Расчёт барометрического конденсатора

Найдем K₃.

 Вт/(м²∙К)

 

3.7 Распределение полезной разности температур

 

Полезные  разности температур в корпусах установки находим из условия равенства их поверхностей теплопередачи:

где - полезная разность температур для j-го корпуса;

      Q_j, тепловая нагрузка для j-го корпуса;

       K_j - коэффициент теплопередачи для j-го корпуса.

град

 град

 град

Проверим  общую полезную разность температур установки:

 град

Теперь  рассчитаем поверхность теплопередачи выпарных аппаратов по формуле (1)

 м²

 м²

 м²

Найденные значения мало отличаются от ориентировочно определенной ранее поверхности F_ор.

Поэтому в последующих приближениях нет необходимости вносить коррективы на изменение конструктивных размеров аппаратов (высоты, диаметра и числа труб). Сравнение распределенных из условия равенства поверхностей теплопередачи и предварительно рассчитанных значений полезных разностей температур  представлено ниже:

 

	Корпус
	1	2	3
Распределённые в 1-м приближении  значения ,0С	29,453	24,94	30,997
Предварительно рассчитанные значения ,0С	11,82	18,49	55,08

 

Как видно, полезные разности температур, рассчитанные из условия равного перепада давления в корпусах и найденные в 1-м  приближении из условия равенства  поверхностей теплопередачи в корпусах, существенно различаются. Поэтому  необходимо заново перераспределить температуры (давления) между корпусами установки.

В основу этого перераспределения температур (давлений) должны быть положены полезные разности температур, найденные из условия равенства поверхностей теплопередачи аппаратов.

 

3.8 Уточненный расчёт поверхности теплопередачи

 

Второе приближение. В связи с тем, что существенное изменение давлений по сравнению с рассчитанным в первом приближении происходит только в 1-м и 2-м корпусах, где суммарные температурные потери незначительны, во втором приближении принимаем такие же значения , и для каждого корпуса, как в первом приближении.

Полученные  после перераспределения температур (давлений) параметры растворов и  паров по корпусам представлены в  таблице

 

 

Таблица 6 Параметры растворов и паров по корпусам после перераспределения температур

 

Параметры	Корпус
	1	2	3
Производительность по испаряемой воде ω, кг/с	0,98	1,05	1,15
Концентрация растворов х, %	11,7	17,5	38,0
Температура греющего пара в 1-м корпусе tr1, 0С	183,2	-	-
Полезная разность температур , град	29,453	24,94	30,997
Температура кипения раствора tк=tr - , 0С	153,747	141,36	109,603
Температура вторичного пара tВП=tк – ( ), 0С	149,667	135,15	78,683

Рассчитаем  тепловые нагрузки (в кВт):

 

                        (8)

            (9)

     (10)

                                                                                     (11)

 

 

 

Расчет  коэффициентов теплопередачи, выполненный описанным выше методом, приводит к следующим результатам:

К₁= 1470 Вт/(м²∙К)

К₂= 1734 Вт/(м²∙К)

К₃= 1598 Вт/(м²∙К)

 

Полезные  разности температур в корпусах установки  находим из условия равенства  их поверхностей теплопередачи:

где - полезная разность температур для j-го корпуса;

       Q_j, тепловая нагрузка для j-го корпуса;

        K_j - коэффициент теплопередачи для j-го корпуса.

град

 град

 град

 

Проверка  суммарной полезной разности температур:

Сравнение полезных разностей температур, полученных во 2-м и 1-м приближениях, приведем ниже:

 

Таблица 7

 

	Корпус
	1	2	3
Значения  во 2-м приближении, 0С	30,347	25,61	29,433
Значения  в 1-м приближении, 0С	29,453	24,94	30,997

 

Различия  между полезными разностями температур по корпусам в 1-м и 2-м приближениях не превышают 5 %.

Поверхность теплопередачи выпарных аппаратов:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Расчёт барометрического конденсатора

4.1 Определение расхода охлаждающей воды

 

Для создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подается в конденсатор  чаще всего при температуре окружающей среды (около 20 °С). 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.

Необходимо рассчитать расход охлаждающей  воды, основные размеры (диаметр и  высоту) барометрического конденсатора и барометрической трубы.

 

Расход охлаждающей воды G_B определяют из теплового баланса конденсатора:

                                                                      (22)

где I_бк — энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг;

t_H — начальная температура охлаждающей воды, °С;

t_K — конечная температура смеси воды и конденсата, °С.

Разность температур между паром  и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3—5 град. Поэтому конечную температуру воды t_K на выходе из конденсатора принимают на 3—5 град ниже температуры конденсации паров:

t_K = t_бк – 3,0 = 53,6 – 3,0 = 50,6 °С

Тогда

 кг/с

 

4.2 Расчёт диаметра барометрического конденсатора

 

Диаметр барометрического конденсатора d_бк определяют из уравнения расхода:

                                                                         (23)

где ρ — плотность паров, кг/м³;

 υ — скорость паров, м/с.

При остаточном давлении в конденсаторе порядка 10⁴ Па скорость паров υ принимают 1,5— 2,5 м/с

 м

По нормалям НИИХИММАШа подбираем конденсатор диаметром, равным расчетному или ближайшему большему. Определяем его основные размеры.

Выбираем барометрический конденсатор  диаметром d_бк = 1200 мм.

4.3 Расчёт высоты барометрической трубы

 

В соответствии с нормалями, внутренний диаметр барометрической  трубы d_бт равен 300 мм.

Скорость воды в барометрической  трубе υ_В равна:

Высоту барометрической трубы  определяют по уравнению

                                                (24)

где  В—вакуум в барометрическом  конденсаторе, Па;

 — сумма коэффициентов  местных сопротивлений;

 λ — коэффициент трения  в барометрической трубе;

Н_БТ - высота барометрической трубы, м;

d_бт —диаметр барометрической трубы, м;

0,5 — запас высоты на  возможное изменение барометрического  давления, м.

 Па

где , — коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из нее.

Коэффициент трения λ зависит от режима течения, жидкости.

Определим режим течения воды в  барометрической трубе:

Для гладких труб при Re = 536000 коэффициент трения λ = 0,013

Отсюда находим Н_бт = 8,55 м.

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В курсовом проекте был изучен процесс выпаривания. Выбрана и описана принципиальная схема трехкорпусной выпарной установки, рассмотрено устройство выпарных аппаратов  с принудительной циркуляцией, соосной греющей камерой.

 

Данная  работа содержит:

Таблиц - 7

Рисунков  – 15                                                                                                         

Источников  литературы -4

 

По- ГОСТ 11987—81  выбираем выпарной аппарат с принудительной циркуляцией и соосной греющей камерой со следующими характеристиками:

 

Номинальная поверхность теплообмена	FH	63 м3
Диаметр труб	d	38х2 мм
Высота труб	Н	6000 мм
Диаметр греющей камеры, не менее	dК	600 мм
Диаметр сепаратора, не более	dС	1600 мм
Диаметр циркуляционной трубы, не более	dЦ	400 мм
Общая высота аппарата, не более	На	19500 мм
Масса аппарата, не более	Ма	9500 кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

 

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. Л., Химия, 1976.
2. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. Москва, Химия, 1983.
3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Изд. 9-е, М., Химия, 1973.
4. Викторов М.М. Методы вычисления физико-химических величин и прикладные расчёты. Л., Химия, 1977.