166526 (625036), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

При температуре Т=127⁰С l = 68,6*10-2 Вт/мК

r = 935 кг/м3 (3, стр. 512)

m = 212*10-6Па*с

r = 2194 кДж/кг (3, стр. 524)

Н = 4м

Тогда А = 8647,8

5.6.3. Расчёт коэффициента теплопередачи К.

К = {(К^1/3D_ср^1/3/А^4/3) + (d_стl_стa2}^-1

D_ср= 82,7⁰C;

d_ст= 2мм = 0.002м – толщина стенок нагревательных труб;

l_ст= 16,8 Вт/м*К – теплопроводность материала стенки;

a2 = 4220 Вт/К*м²- коэффициент теплоотдачи от поверхности трубки к раствору;

А= 8647,8 ;

a2= 4220 Вт/м² .

Воспользуемся итерационным расчётом:

К(d_стl_ст a2) = 1- (К/А)^4/3 *D_ср^1/3

Пусть y_л = К(d_стl_ст a2)

Y_п = К(d_стl_ст a2)

Построим оба графика в одной системе координат, пересечение этих графиков дает истинное значение К.

Из графиков видно, что К = 2600 Вт/(м²*К).

Реальное значение коэффициента теплопередачи в работающем теплообменнике всегда меньше рассчитанного из-за дополнительных термических сопротивлений загрязнений стенок r_загр с обеих сторон. При этом общее термическое сопротивление в реальном теплообменнике:

(1/К)_реал = (1/К)_расч + r_загр.1 + r_загр.2

Значение термических сопротивлений загрязнений стенок r_загр взяты из (3, стр. 506):

r_загр.1= 1,7*10^-4м²*К/Вт - для водяного пара, r_загр.2=1,7*10^-4м²*К/Вт - для кипящего исходного раствора.

(1/К)_реал= 1/2600 + 1,7*10^-4+1,7*10^-4 = 7,2*10^-4м²*К/Вт

Тогда К_реал=1380 Вт/(м²*К).

5.7. Расчёт поверхности теплообмена.

Fор = Q/KорDср = 6,06*10⁶/1380*56,8 = 77м².

5.8. Подбор теплообменника по каталогу.

Подбираем по (7, стр.51) теплообменник:

• Поверхность теплообмена 79 м²;

• Длина труб 4м;

• Диаметр труб d = 20*2;

• Число ходов z = 6;

• Общее число труб 316.

6. Блок создания и поддержания вакуума.

Для создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подаётся в конденсатор при температуре окружающей среды (г. Стерлитамак t = 20⁰C). Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуум-насоса откачивают неконденсирующиеся газы.

6.1. Расчёт барометрического конденсатора смешения.

6.1.1. Расход охлаждающей воды Gв.

Gв определяют из теплового баланса конденсатора:

Gв=W₃(h_бк-c_вt_к)/c_в(t_k-t_н),

где h_бк – энтальпия паров в барометрическом конденсаторе; t_н = 20⁰С - начальная температура охлаждающей воды;

C_в =4,19 кДж/кг;

t_к – конечная температура смеси воды и конденсата ;

Р_бк = 7000 Па = 0,0714 ат, то по (2, стр. 23) t_бк = 38,7 ⁰С и h_бк = 2572,2 кДж/кг.

Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3 – 5 ⁰С. Поэтому конечную температуру воды t_к на выходе из конденсатора примем на 4 градуса ниже температуры конденсации паров: t_к = t_бк-4= 38,7-4=34,7⁰С.

Тогда Gв= 3716,5(2572,2-4,19*34,7)/4,19(38,7-20) = =115110кг/ч = 31,98 кг/с.

6.1.2. Диаметр конденсатора.

Определяют по уравнению расхода:

d_бк = (4W₃/(rpv))^1/2

r= 0,04782 кг/м3 – плотность паров (2, стр. 23).

При остаточном давлении к конденсаторе порядка 10⁴ Па скорость паров v=15 – 25 м/с.

Тогда d_бк = (4*3716,4/3600(0,04782*3,14*20))^1/2 = 1,17м.

По (4, стр. 41) подбираем конденсатор:

• d_бк = 1200мм;

• Высота цилиндрической части 4,90м

• Диаметры штуцеров условные:

• Для входа вторичного пара 450мм;

• Для входа охлаждающей воды 250мм;

• Для барометрической трубы 250мм;

• Для выхода парогазовой смеси 200мм.

6.1.3. Высота барометрической трубы.

Диаметр барометрической трубы d_бт = 250мм.

Скорость воды в барометрической трубе:

v = 4(Gв + W₃)/(rpd_бт²) = 4(31,98+1,03)/(1000*3,14*0,25²)= =0,67м/с.

Высота барометрической трубы:

Н_бт=В/r_вg + (1+Sx+l Н_бт/ d_бт)v²/2g + 0,5 ,

где В – вакуум в барометрическом конденсаторе;

Sx - сумма коэффициентов местных сопротивлений;

l - коэффициент трения в барометрической трубе;

0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления.

В = Ратм - Рбк = 98000 – 7000 = 91000 Па;

Sx = xвх+xвых =0,5 +1,0 =1,5, где xвх, xвых – коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и выходе из неё (3, стр. 494).

Коэффициент трения l зависит от режима течения жидкости. Определим режим:

Re = d_бтv/n_в = 0,25*0,67/0,81*10^-6 = 206790 ,

где n_в = 0,81*10^-6 м²/с при t_к = 34,7⁰С (3, стр. 512).

При Re = 206790 коэффициент трения определяется по формуле Никурадзе:

l = 0,0032 + 0,221*Re^-0,237=0,015

Т. о., Н_бт=91000/1000*9,81 + (1+1,55 Н_бт/ 0,25)0,67²/2*9,81 + 0,5=9,833+0,00137 Н_бт

Н_бт=9,8 м.

6.1.4. Барометрический ящик.

Барометрический ящик, заполненный водой и сообщающийся с атмосферой, является гидравлическим затвором для барометрической трубы. Объём воды в ящике должен обеспечивать заполнение барометрической трубы при пуске установки. Следовательно, объём ящика должен быть не менее объёма барометрической трубы, а форма ящика может быть произвольной:

V₃ >= pd_бт²Н_бт /4>=3,14*0,25²*9,8/4 = 0,48 м³.

6.2. Расчёт производительности вакуум-насоса.

Производительность вакуум-насоса G_возд определяется количеством газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора:

G_возд =2,5*10^-5(Gв + W₃)+0,01W₃= 2,5*10^-5 (31,98+1,03) +0,01*1,03 = 11,1*10^-3кг/с

Объёмная производительность вакуум-насоса равна:

V_возд = R(273+t_возд) G_возд/(M_воздP_возд), где R = 8314 Дж/(кмоль*К)- универсальная газовая постоянная;

M_возд = 29 кг/кмоль – молекулярная масса воздуха;

t_возд - температура воздуха:

t_возд= t_н +4+0,1*( t_к – t_н) = 20 + 4 + 0,1* 14,7 = 25,5⁰С;

Р_возд- парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе:

Р_возд = Р_бк –Р_п = 7000-3355 = 3645 Па, где давление сухого насыщенного пара Р_п = 0,03426 ат = 3355 Па при температуре 25,5⁰С (2, стр. 17).

Тогда V_возд = 8314(273+25,5) 1,1*10^-3/(29*3645)=0,026 м³/с =1,55 м³/мин

Зная объёмную производительность и остаточное давление, по каталогу (7, стр. 188) подбираем вакуум-насос типа ВВН-3 с мощностью на валу N = 6,5 кВт.

7. Расчет и выбор вспомогательного оборудования выпарной установки.

7.1. Конденсатоотводчики.

Для отвода конденсата, образующегося при работе теплообменных аппаратов, в зависимости от давления пара, применяют различные виды устройств.

7.1.1. Конденсатоотводчик для отвода конденсата из теплообменника, обогревающего исходный раствор до температуры кипения.

Температура греющего пара на входе в теплообменник 127⁰С, следовательно, давление Р = 2,5160 ат = =0,247 МПа.

При данном давлении устойчиво работает конденсатороотводчик термодинамический муфтовый чугунный типа 45ч12нж.

• Расчётное количество конденсата после теплообменника:

Расход греющего пара Gрасч = 2774 кг/ч, тогда G = 1,2Gрасч = 3,3 т/ч.

• Давление пара перед конденсатоотводчиком:

Р₁ = 0,95*Р = 1,44 ати.

• Давление пара после конденсотоотводчика:

Р₂ = 0,5* Р₁ = 0,72 ати.

• Условная пропускная способность:

KVy = G/(A*DP^0,5), где DP = 0,72ат = 0,07МПа – перепад давления на конденсатоотводчике;

А = 0,67 – коэффициент, учитывающий температуру конденсата и перепад давлений на конденсатоотводчике (11, стр.6).

KVy = 3,3/(0,67*0,72^0,5) = 6 т/ч.

• Подбор конденсатоотводчиков типа 45ч12нж по (11, стр. 7):

Установим 3 одинаковых конденсатоотводчика с условной пропускной способностью KVy = 2; диаметр условного прохода равен 40мм; размеры L=170мм, L1= 22мм, Hmax=89мм, H1= 42,5мм, Do=111,5мм.

7.1.2. Конденсатоотводчик для отвода конденсата из первого корпуса выпарной установки.

Температура греющего пара на входе в аппарат 150⁰С, следовательно, давление Р = 4,85 ат =0,476 МПа.

При данном давлении устойчиво работает конденсатороотводчик термодинамический муфтовый чугунный типа 45ч12нж.

• Расчётное количество конденсата после теплообменника:

Расход греющего пара Gрасч = 6596 кг/ч, тогда G = 1,2Gрасч = 7,9 т/ч.

• Давление пара перед конденсатоотводчиком:

Р₁ = 0,95*Р = 3,61 ати.

• Давление пара после конденсотоотводчика:

Р₂ = 0,5* Р₁ = 1,81 ати.

• Условная пропускная способность:

KVy = G/(A*DP^0,5), где DP = 1,8 ат = 0,18 МПа – перепад давления на конденсатоотводчике;

А = 0,55 – коэффициент, учитывающий температуру конденсата и перепад давлений на конденсатоотводчике (11, стр.6).

KVy = 4,61/(0,55*0,18^0,5) = 6,2 т/ч.

• Подбор конденсатоотводчика типа 45ч12нж по (11, стр. 7):

Установим 2 одинаковых конденсатоотводчика с условной пропускной способностью KVy = 2 и один с условной пропускной способностью KVy = 2,5.

При KVy = 2 диаметр условного прохода равен 40мм; размеры L=170мм, L1= 22мм, Hmax=89мм, H1= 42,5мм, Do=111,5мм.

При KVy = 2,5 диаметр условного прохода равен 50мм; размеры L=200мм, L1= 24мм, Hmax=103мм, H1= 60мм, Do=115мм.

7.1.3. Конденсатоотводчик для отвода конденсата из второго корпуса выпарной установки.

Температура греющего пара на входе в аппарат 127⁰С, следовательно, давление Р =0,247 МПа.

При данном давлении устойчиво работает конденсатороотводчик термодинамический муфтовый чугунный типа 45ч12нж.

• Расчётное количество конденсата после теплообменника:

Расход греющего пара Gрасч = W1-E1=2,3 т/ч, тогда G = 1,2Gрасч = 2,8 т/ч.

• Давление пара перед конденсатоотводчиком:

Р₁ = 0,95*Р = 1,425 ати.

• Давление пара после конденсотоотводчика:

Р₂ = 0,5* Р₁ = 0,713 ати.

• Условная пропускная способность:

KVy = G/(A*DP^0,5), где DP = 0,7125 ат – перепад давления на конденсатоотводчике;

А = 0,7 – коэффициент, учитывающий температуру конденсата и перепад давлений на конденсатоотводчике (11, стр.6).

KVy = 2,8/(0,7*0,713^0,5) = 5 т/ч.

• Подбор конденсатоотводчика типа 45ч12нж по (11, стр. 7):

Установим 2 одинаковых конденсатоотводчика с условной пропускной способностью KVy = 2,5.

При KVy = 2,5 диаметр условного прохода равен 50мм; размеры L=200мм, L1= 24мм, Hmax=103мм, H1= 60мм, Do=115мм.

7.1.4. Конденсатоотводчик для отвода конденсата из третьего корпуса выпарной установки.

Характеристики

Список файлов курсовой работы