Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Курсовые работы / Выпарные установки / Расчёт трёхкорпусной выпарной установки 2

.pdf
Скачиваний:
160
Добавлен:
20.05.2014
Размер:
188.34 Кб
Скачать
ср1,ср2 ,ср3

 

 

 

 

 

 

 

 

II

 

 

 

 

 

 

D = W =

АW2 (Hвт cp1tк1)

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1

Hп2

Hк2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 0,01xк2

q2 )

 

 

+

 

А(Gн W1 W2 )(cp2tк2

cp1tк1

 

 

 

 

 

 

 

Hп 2 Hк2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

= W

=

АW3 (Hвт cp2tк2)

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

2

 

 

Hп3 Hк 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

А(Gн W1 W2 W3 )(cp3tк3 cp2tк2 + 0,01xк3 q3 )

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hп3 Hк3

 

 

 

 

Потери тепла в окружающую среду принимают равными 3 % от тепла греющего пара, т. е. А =1,03. Энтальпию

вторичного пара НВПI , НВПII , НВПIII находят из таблиц [2], [3] по

давлению вторичного пара РВПI , РВПII , РВПIII или по tвтI , tвтII , tвтIII . Начальную теплоемкость раствора сн1 определяют по

концентрации xн при температуре раствора tн1 , которую принимают на 1-2 0С ниже температуры tкУР1 или равной ей. Энтальпии греющего пара Нп1, Нп2 , Нп3 и энтальпии конденсата Нк1, Нк2 , Нк3 определяют из таблиц [2], [3] по

температурам Т 1,Т 2 ,Т 3 . Теплоемкость раствора находят по табличным данным при соответствующих

концентрациях

x , x , x

и

температурах

t′ ,

t′ , t.

 

 

к1

к2

к3

 

 

 

к1

к2

к3

Теплота

изменения

 

концентрации

(дегидратации)

q1, q2 ,

q3

определяется по

концентрациям

раствора

в

корпусах.

q1 = q(xк1) − q(xн1); q2 = q(xк2 ) − q(xн2 ); q3 = q(xк3 ) − q(xн3 ),

где q(xкi ) , q(xнi ) – интегральные теплоты растворения при конечной и начальной концентрациях раствора в

55

соответствующем корпусе.

При подстановке найденных величин, уравнения для значений D1, D2 , D3 принимают вид

D1 = B1W1 + C1; B2W1 C2W2 = E; W2 = C3W3 E1,

где B,C, E – постоянные числа.

Учитывая, что W = W1 +W2 +W3 , и решая систему уравнений, определяют D1, W1, W2 , W3 , а затем конечную

концентрацию раствора по корпусам (см. подпрограмму 1). 2. Тепловая нагрузка аппаратов

Q1 = D1(Hп1 Hк1),

Q2 = D2 (Hп2 Hк2 ) = W1(Hп2 H Q3 = D3 (Hп3 Hк3 ) = W2 (Hп3 H

к2

к3

),

).

Для расчета подпрограммы 5 на ЭВМ нужно ввести следующие параметры: количество исходного раствора; коэффициент А ; температуры кипения раствора на верхнем уровне; энтальпии греющего пара и его конденсата;

концентрации раствора xн , xк1, xк2 , xк3 ; энтальпии вторичного

пара; теплоемкости раствора начальную и при конечных концентрациях; теплоты изменения концентрации; расход выпаренной воды в установке.

Все расчетные параметры сводят в табл. 8.5

Таблица 8.5

 

Наименование

Обозна-

 

Корпус

 

 

 

 

 

 

чение

I

II

III

 

1

 

 

2

3

4

5

6

 

1

 

Расход греющего пара, кг/ч

D

D1

D2

D3

2

 

Расход выпаренной воды,

W

W1

W2

W3

 

 

 

кг/ч

 

 

 

 

 

3

 

Конечная

концентрация

х

х

х

х

 

 

 

раствора, мас. дол., %

к

к1

к2

к3

 

 

 

 

 

 

 

4

 

Тепловая

нагрузка

Q

Q1

Q2

Q3

 

 

 

аппаратов, кВт

 

 

 

 

56

 

5

 

Энтальпия греющего пара,

 

Нп

 

 

Нп1

 

Hп2

 

Нп3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кДж/кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

Энтальпия

конденсата

 

Нк

 

 

Нк1

 

Нк2

 

Нк3

 

 

 

 

греющего пара, кДж/кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

Энтальпия

вторичного

 

Нвп

 

 

Нвп1

 

Нвп2

 

Нвп3

 

 

 

 

пара, кДж/кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 8.5 (продолжение)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

3

 

 

4

 

5

 

6

 

 

8

 

Теплоемкость кипящего

 

ср

 

 

ср1

 

ср2

 

ср3

 

 

 

 

раствора, кДж/(кг °С)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

Теплоемкость

исходного

 

сн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

раствора, кДж/(кг °С)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

Теплота

изменения

 

q

 

 

q1

 

q2

 

q3

 

 

 

 

концентрации, кДж/кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОДПРОГРАММА 6

В этой подпрограмме рассчитывают коэффициенты теплоотдачи, удельные тепловые нагрузки и коэффициенты теплопередачи.

Коэффициент теплопередачи

К =

1

 

,

1 α + Σ δ λ + 1 α

2

 

1

 

где α1 – коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося

пара к внешней стенке трубки;

Σ δ

λ

=

δТ

+

δн

– суммарное

 

 

 

λТ

 

λн

 

термическое сопротивление стенки трубки и накипи; α2

коэффициент теплоотдачи от внутренней стенки трубки к кипящему раствору.

Для выбранного материала греющих трубок по справочнику определяют коэффициент теплопроводности. Толщину накипи можно принять 0,0005 м, а ее коэффициент

теплопроводности λн = 1,5–3,5 Вт/(м °С).

1. Коэффициент теплоотдачи α1 рассчитывают по формуле

57

α = 2,044

 

λ3ρ2r

 

= 2,04 A (

 

)− 0,25

( t′)−0,25.

 

 

тр

1

 

μ тр t

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Значения коэффициента

А = 4 λ3ρ2r для конденсата пара

 

 

 

 

t

μ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в зависимости от температуры конденсации пара приведены в табл. 8.6.

Таблица 8.6

Температ

100

110

 

120

130

140

150

160

170

180

ура

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

конденса

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ции пара,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

°С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

At

6960

7100

 

7240

7330

7420

7455

7490

7505

7520

Коэффициент α1

рассчитывают методом последовательных

приближений, принимая разность значений температур

конденсации пара и стенки t

 

(начиная с одного градуса)

α1

= 2,04A I (

тр

)−0,25

(

t′)−0,25 ,

1

t

 

 

 

1

α2

= 2,04A II (

тр

)−0,25

(

t′ )−0,25 ,

1

t

 

 

 

2

α3

= 2,04A III (

тр

)−0,25 (

t′)−0,25.

1

t

 

 

 

3

2. Удельная тепловая нагрузка аппарата (удельный тепловой поток) для установившегося процесса теплопередачи может быть рассчитана по формуле

q = q = α t′ = α

 

t′′ =

1

 

 

t .

 

Σδ λ

1

2 1

 

2

 

 

ст

Определив для 1-го корпуса

q1

= α

t′,

находят перепад

 

 

 

 

1

 

1

1

 

 

температур стенки греющей трубки

 

 

 

 

 

 

t1

= α1

t′Σ δ λ,

 

 

 

 

ст

 

1

1

 

 

 

 

 

а затем разность между температурами стенки трубки и

58

кипящего раствора

Dt1¢¢= Dt1 - Dt1¢ - DtстI .

Далее определяют коэффициент теплоотдачи α2 от стенки греющей трубки к кипящему раствору

 

 

 

 

αI

= 805

 

λ1,3p1ρ0,5p1 ρп10,06

 

 

 

(q I )0,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

σ0,5c0,3μ0,3r0,6

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p1

p1

p1

п1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и сравнивают тепловые потоки qI

= αI

Dt¢

 

 

и

qI

= αI

Dt¢¢ . Если

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

1

 

 

 

t

2

2

1

q1

¹ q1

,

то

задают

 

новые

значения

 

 

 

,

рассчитывают

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

¢¢

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

Dtст , Dt1, α1, α2 , добиваясь, чтобы (q1

- q2 )100 / q2 £ 5%.

 

Коэффициент теплоотдачи во втором и третьем корпусах

 

 

 

 

αII

= 805

 

λ1,3p2 ρp20,5ρп20,06

 

 

(qII

)0,6

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

σ0,5

с0,3μ

0,3r0,6

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p2

 

p2

p2

п2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ1,3

ρ0,5ρ0,06

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

αIII

= 805

 

p3

p3

п3

 

 

(q III )0,6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

σ0,5c0,3μ

0,3r0,6

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p3

 

p3

p3

п3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Коэффициент теплопередачи по корпусам

 

 

 

 

 

 

 

К1

=

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 αI

+ Σ δ λ +

1 αI

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К2

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

1 αII

+ Σδ λ +

1 αII

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К3 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

1 αIII

+ Σ δ λ +

1 αIII

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

Для расчета подпрограммы 6 на ЭВМ, необходимо ввести следующие исходные данные: коэффициенты по корпусам At ;

полезные разности температур; коэффициент теплопроводности стенки трубки; коэффициент теплопроводности накипи; толщину стенки трубки; толщину накипи; длину греющих трубок; коэффициенты поверхностного натяжения раствора; коэффициенты

59

динамической вязкости раствора; теплоемкость раствора; плотность вторичного пара; удельные теплоты парообразования греющего пара по корпусам.

Значения выбранных и расчетных величин заносят в табл. 8.7.

Таблица 8.7

 

Наименование

Обознач

 

Корпус

 

 

 

 

 

 

ение

I

II

III

1

 

2

 

 

3

4

5

6

1

Коэффициент

 

 

lр

lр1

lр2

lр3

 

теплопроводности

 

 

 

 

 

раствора, Вт/(м×°С)

 

 

 

 

2

Плотность раствора, кг/м3

rр

rр1

rр2

rр3

3

Коэффициент

 

 

sр

sр1

sр2

sр3

 

поверхностного

 

 

 

 

 

 

натяжения раствора, Н/м

 

 

 

 

4

Коэффициент

 

вязкости

mр

mр1

mр2

mр3

 

динамической

 

 

 

 

 

 

раствора, Н×с/м2

 

 

 

 

 

5

Теплоемкость

 

раствора,

ср

ср1

ср2

ср3

 

Дж/(кг×°С)

 

 

 

 

 

 

6

Плотность

вторичного

rп

rп1

rп2

rп3

 

пара, кг/м3

 

 

 

 

 

 

7

Удельная

 

теплота

rn

rn1

rn2

rn3

 

парообразования, Дж/кг

 

 

 

 

8

Коэффициент теплоотдачи

α

αI

α1II

αIII

 

от

конденсирующегося

1

1

 

1

 

 

 

 

 

 

пара к стенке, Вт/(м2×°С)

 

 

 

 

9

Коэффициент теплоотдачи

α2

α2I

α2II

α2III

 

от стенки к раствору, Вт/

 

 

 

 

 

2×°С)

 

 

 

 

 

 

10

Удельный тепловой поток,

q1

q1I

q1II

q1III

 

Вт/(м2×°С)

 

 

 

 

 

 

11

Коэффициент

А

t

А t

AtI

AII

AIII

 

 

 

 

 

 

t

t

12

Длина греющих трубок, м

тр

тр

тр

тр

 

 

 

 

 

60

 

13

 

Толщина стенки греющей

 

dT

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

трубки, м

 

 

 

 

 

 

14

 

Коэффициент

 

lT

 

 

 

 

 

 

теплопроводности стенки,

 

 

 

 

 

 

 

 

Вт/(м×°С)

 

 

 

 

 

Таблица 8.7 (продолжение)

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

3

4

5

6

15

Коэффициент

 

 

lн

 

 

 

 

теплопроводности

 

 

 

 

 

 

накипи, Вт/(м×°С)

 

 

 

 

 

16

Коэффициент

 

 

К

К1

К2

К3

 

теплопередачи, Вт/(м2×°С)

 

 

 

 

17

Разность

температур

t

t1

t2

t3

 

конденсации

пара

и

 

 

 

 

 

стенки трубки, °С

 

 

 

 

 

18

Разность

между

t′′

t1′′

t2′′

t3′′

 

температурой

трубки

и

 

 

 

 

 

кипящим раствором, °С

 

 

 

 

 

19

Перепад температур

на

tст

tстI

tстII

tстIII

 

стенке греющей трубки, °

 

 

 

 

 

С

 

 

 

 

 

 

ПОДПРОГРАММА 7

В этой части программы рассчитывают новое распределение полезной разности температур по корпусам с учетом коэффициентов теплопередачи, рассчитанных в подпрограмме 6, поверхность теплообмена выпарных аппаратов и количество греющих трубок в каждом аппарате.

1. Распределение полезной разности температур по корпусам

t1П = Σ t

 

 

Q1 K1

 

 

 

,

Q K + Q

K

2

+ Q

K

3

 

 

 

1

1

2

 

3

 

 

t2П = Σ t

 

 

Q2 K2

 

 

 

,

Q K

+ Q

K

2

+ Q

K

3

 

 

 

1

1

2

 

3

 

 

61

t3П = Σ t

 

 

Q3 K3

 

 

 

.

Q K

+ Q

K

2

+ Q

K

3

 

 

 

1

1

2

 

3

 

 

Суммарная полезная разность температур

Σ tП = t1П + t2П + t3П .

2. Поверхность теплообмена выпарных аппаратов

F1

=

 

Q1

, F2

=

 

 

Q2

 

, F3

=

 

Q3

,

K

1

tП

 

K

2

tП

 

K

3

tП

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

F= (F1+F2 +F3 ) 3 .

 

 

 

 

 

3. Число греющих трубок

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

=

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

πdвн тр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где dвн – внутренний диаметр греющей трубки, м.

Для расчета подпрограммы 7 на ЭВМ вводят следующие параметры: тепловые нагрузки Q1, Q2, Q3, рассчитанные в подпрограмме 5; коэффициенты теплопередачи K1, K2, K3; суммарную полезную разность температур, определенную в подпрограмме 4; длину греющих трубок; наружный диаметр греющих трубок и толщину стенки греющей трубки.

Значения выбранных и рассчитанных величин заносят в табл. 8.8.

Таблица 8.8

 

 

 

 

 

 

Наименование

Обознач

 

Корпус

 

 

 

 

ения

I

II

III

1

Полезная

разность

tП

t1П

t2П

t3П

 

температур, °С

 

 

 

 

 

2

Суммарная

полезная

Σ tП

 

 

 

 

разность температур, °

 

 

 

 

 

С

 

 

 

 

 

3

Тепловые

нагрузки

Q

Q1

Q2

Q3

 

аппаратов, Вт

 

 

 

 

 

4

Коэффициенты

К

К1

К2

К3

 

теплопередачи, Вт/(м2×°

 

 

 

 

 

С)

 

 

 

 

 

62

 

 

 

 

 

 

5

Поверхность

F

F1

F2

F3

 

теплообмена, м2

 

 

 

 

6

Число греющих трубок,

n

 

 

 

 

шт.

 

 

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической промышленности. – М.: Химия, 1987.

2.Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи

по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 1987.

3.Вукалович М.П. Термодинамические свойства воды и водяного пара. – М.: Машгиз, 1967.

4.Чернобыльский И.И. Выпарные установки. – Киев: Высшая

школа, 1970.

63