Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Оборудование Практика.doc
Скачиваний:
1
Добавлен:
01.04.2025
Размер:
542.21 Кб
Скачать

Основные технические данные испарителей со стекающей пленкой

(диаметр труб 38 х 2 мм)

Внутренний диаметр кожу­ха D,

м

Число труб

z, шт,

Площадь поверхности теплообмена F2) при длине труб L, м

2,0 м

3,0 м

4,0 м

5,0 м

0,6

54

11,5

17,0

23,0

29

0,8

120

25,6

38,4

51,2

64

1.0

210

44,8

67,0

89,6

112

1,2

360

77,0

115,0

153,0

192

1,4

510

109,0

163,0

218,0

272

1,8

932

299,0

398,0

498

2,0

1154

370,0

493,0

616

Приклад 5.2. Розрахунок роторного плівкового випарювача.

Необходимо подобрать стандартный роторный пленочный аппарат для концентрирования раствора.

Производительность аппарата, приведенная к началь­ной концентрации

qmн = 0,06 кг/с.

Начальная концентрация раствора хн = 0,50 кг/кг;

конечная концентрация хк = 0,75 кг/кг;

температура кипения при начальной концентрации tкип.н = 83,5 °С,

температура кипения при конечной концентрации tкип.к= 109 °С;

максимальная температура греющего пара tп = 158°С;

допустимое время пребывания жидкости в зоне нагрева τдоп = 30 с.

Теплофизические свойства раствора при средней концентрации имеют следующие значения:

ж = 1097 кг/м3; ср = 3,59.103 Дж/(кг.К); ж = 0,45 Вт/(м.К);

rн = 2,32106 Дж/кг; ж = 1,25.10 -6 м2/с.

Предварительный расчет аппарата осуществляется в следующей последо­вательности.

Производительность аппарата по конечному раствору

qmк = qmнхн / хк = 0,06 = 0,04 кг/с.

Производительность по испаряемому растворителю

qmв = qmн - qmк = 0,06 – 0,04 = 0,02 кг/с.

Средний массовый расход жидкости через аппарат

qтср= (qтн+qтк)/2= (0,06+0,04)/2=0,05 кг/с.

Средний объемный расход жидкости

qж = 4,55.10-5 м3/с.

Тепловой поток, необходимый для нагревания раствора и испарения раство­рителя

Q = qmн ср(tkип к—tкип.н) + qmвrи =

= 0,06 . 3,59 .103(109 - 83,5) + 0,02 . 2,32 . 106 = 5,19.104 Вт.

Предварительно примем толщину стенки аппарата cт = 12 мм (табл. 5.2);

коэффициент теплоотдачи со стороны греющего пара 1 = 104 Вт/(м2.К);

коэф­фициент теплоотдачи со стороны перемешиваемой пленки

2 =1,5103 Вт/(м2.К);

термические сопротивления загрязнений со стороны греющего пара и продукта

r1 = r2 = 104 м2.К/Вт .

Корпус аппарата обычно бывает выполнен из нержавеющей стали с коэффи­циентом теплопроводности ст = 17,5 Вт/(м.К).

Тогда ориентировочное значение коэффициента теплопередачи составит

К = = 605 Вт/(м2.К).

Разность температуры теплоносителей в верхней и нижней частях аппарата составит:

tв = tп  tкип.н = 158  83,5 = 74,5 °С;

tн = tп  tкип.к = 158 – 109 = 49о С.

Средняя разность температур

tcр = (tв + tн)/2 = (74,5 + 49) / 2 = 61,75° С.

Ориентировочная площадь теплообмена

Fmin = = = 1,36 м2.

При концентрировании или нагревании термолабильных растворов ротор­ный аппарат должен иметь площадь теплообменной поверхности меньше мень­шего из значений, вычисленных по формулам:

Fmax1=2,3 g0,45q / ; Fmax2 = 0,55( gq ж)0,4.

Из этого условия найдем максимально допустимую площадь теплопередающей поверхности аппарата:

Fmax1= 2,3 =13,2 м2.

Fmax2 = 0,56 = 11,2 м2.

В соответствии с условием 1,36<F<11,2 из табл. 5.2 выбираем наименьший аппарат со следующими основными параметрами:

D = 0,3 м; F = 1,6 м2; H= 1,73 м; с т= 10 мм; z = 6; пл = 3 мм; n = 2,1 с-1; Nэ = 3 кВт.

Уточненный расчет аппарата проведем в следующей последовательности. Коэффициент мощности в предположении, что лопасти работают в режиме «стирания», вычисляем по формуле

KN2 =7,75z2

КN2 = 7,75. 6 . 0,0342 = 0,0548.

Параметр , входящий в это выражение,

 =2,4.6-0,33.1550,27 (l,51•105)-0,38. 0,1350,17 sin 600 = 0,034.

Здесь критерии подобия соответственно составят

Reпл = 4Гср/ж = = 155;

Reцб = nD2/ж = = 1,51.105;

Frцб =n2D/g = = 0.135.

При работе лопастей в режиме «плавания» коэффициент мощности при массе лопасти длиной 1 м, равной

mуд = лплпb = 7800 • 0,003 • 0,04 = 0,936 кг,

определим по формуле

КN1 = 15,5 sin 2

КN1 = 15,5 sin 1200 = 1,02.

В рассматриваемом случае КN1N2, т.е. лопасти работают в режиме «стирания» и зазор =0. Коэффициент мощности, характеризующий затраты энергии на вращение ротора, с учетом трения лопастей о корпус (лопасти стальные и коэффициент трения f =0,17) вычислим по формуле :

KN3 =

КN3 = = 0,286.

а мощность— по выражению :

N=КNiжn3D4H

N =0,286.10972,130.34 1,73=40,7 Вт.

Объемный расход жидкости в одном валике согласно

qвл = (qж- qпл)/z

составит

qвл = = 0,76.10-5 м3/с.

Для нахождения площади сечения валиков выполним расчеты по уравне­ниям (5.100) и (5.101):

Sвл /D2 = 0,95 Fr Re [qвл/( D)]0'56 (KN/z)0,12 (sin )-0,32

Sвл = 3,75 [qвл /(gsin )]0,5

Sвл = 0,95.0.32 (1,51.105)-0,76.0,1350,56 (sin 60)-0,32 =10,4.10-6 м2.

Sвл = 3,75 = 3,97.10-6 м2.

Принимаем площадь сечения валиков равной наибольшему из найденных значений: Sвд = 10,4.10-6 м2.

Удерживаемый на теплообменной поверхности объем жидкости вычислим по формуле (5.94):

Vж = DH + zHSвл

Vж = 0 + 6.10,4. 10-6.1,73 = 1,08. 10-4 м3 .

Среднее время пребывания жидкости на теплообменной поверхности составит

ср = Vжж / qmср = 1,08.10-4 . 1097 / 0,05 = 2,37 с.

Найденное время меньше допустимого (доп=30 с), т. е. одно из условий выбора аппарата выдержано.

Коэффициент теплоотдачи найдем по формуле (5.130):

 =1,13(z n ж ср)0,5

 = 1,13 (6.2,1.0,45.1097.3,59.103) = 1516 Вт/(м2.К) ,

где Рг = сржж / ж = 3,59.103.1097.1,25.10-6/0,45 = 10,94.

Уточненный коэффициент теплопередачи

К = = 652 Вт/(м2.К).

Необходимая площадь поверхности теплообмена по формуле (5.119):

F=(Q-N)/(Ktср)

F = = 1,27 м2.

Найденное значение F меньше площади теплообмена ранее выбранного аппарата РП-300-1,6, но больше, чем у ближайшего меньшего типа РП-160-0,8, поэтому окончательно выбираем аппарат РП-300-1,6.

Таблица 5.2