Курсовые работы / Выпарные установки / Расчёт трёхкорпусной выпарной установки 2
.pdf
|
|
|
|
|
|
|
|
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 )(cp3tк′3 − cp2tк′2 + 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/ |
|
|
|
|
|||
|
(м2×°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