ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра промышленной теплоэнергетики
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по курсу «Тепломассообменное оборудование промышленных предприятий»
Расчетно-пояснительная записка:
«Расчет выпарной установки»
Выполнил: студент гр.ТЭ-08
Дергунова И.А.
Проверил: Крамченков Е.М.
Липецк 2012
Оглавление
1.Определение поверхности теплопередачи выпарных установок 4
1.1. Концентрация упариваемого раствора 4
1.2. Температура кипения раствора 5
1.3. Расчёт полезной разности температур 8
1.4. Определение тепловых нагрузок 9
1.5. Выбор конструкционного материала 11
1.6. Расчёт коэффициентов теплопередачи 12
1.7. Распределение полезной разности температур 16
Корпус 16
1.8. Уточнённый расчёт поверхности теплопередачи 17
Корпус 19
2. Определение тепловой изоляции 20
3. Расчёт барометрического конденсатора 21
3.2. Расчёт диаметра конденсатора 21
3.3. Расчёт высоты барометрической трубы 22
4. Расчёт производительности вакуум-насоса 23
Библиографический список 24
АННОТАЦИЯ
Стр. 26, табл. 13, ист. 4.
В курсовом проекте произведен расчет трёхкорпусной выпарной установки для концентрирования водного раствора КОН. В курсовом проекте рассчитаны тепловые нагрузки и поверхности теплопередачи, определены толщины тепловой изоляции, подобрано основное оборудование выпарной установки: выпарной аппарат, барометрический конденсатор и вакуум-насос.
Графическая часть.
Технологическая схема установки – А1.
Чертеж выпарного аппарата – А1.
Всего листов формата А1 – 2
1.Определение поверхности теплопередачи выпарных установок
Поверхность теплопередачи каждого корпуса выпарной установки определяется по основному уравнению теплопередачи [1]:
(1)
Для определения тепловых нагрузок Q, коэффициентов теплопередачи K и полезных разностей температур Dtп необходимо знать распределение упариваемой воды, концентраций растворов и их температур кипения по корпусам. Эти величины находят методом последовательных приближений.
П е р в о е п р и б л и ж е н и е
Производительность установки по выпариваемой воде определяют из уравнения материального баланса [1]:
кг/с
(2)
1.1. Концентрация упариваемого раствора
Распределение концентраций по корпусам установки зависит от соотношения нагрузок по выпариваемой воде в каждом аппарате. В первом приближении на основании практических данных принимают, что производительность по выпариваемой воде распределяется между корпусами в соответствии с соотношением [1]:
(3)
Тогда
кг/с
кг/с
кг/с
Далее рассчитывают концентрации растворов в корпусах:
(4)
то есть 6,4%
,то есть 9,2%
то есть 18%
Концентрация раствора х3 в последнем корпусе соответствует заданной концентрации упаренного раствора хк.
1.2. Температура кипения раствора
Общий перепад давлений в установке равен [1]:
МПа (5)
В первом приближении общий перепад давлений распределяют между корпусами поровну. Тогда давления греющих паров в корпусах равны:
МПа
МПа (6)
МПа
Давление пара в барометрическом конденсаторе [1]:
МПа ,
что соответствует заданной величине Рбк.
По давлениям паров находим их температуры и энтальпии [2]. Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1.
Температуры и энтальпии пара
-
Давление Р, МПа
Температура t, оС
Энтальпия I, кДж/кг
Энтальпия воды, кДж/кг
Рг1=0,36
tг1=141,9
I1=2733,8
588,5
Рг2=0,245
tг2=129,7
I2=2720,3
545,1
Рг3=0,13
tг3=113,3
I3=2696,8
475,3
Рбк=0,014
tбк=56,6
Iбк=2603,5
236,9
При определении температуры кипения растворов в аппаратах исходят из следующих допущений. Распределение концентраций раствора в выпарном аппарате с интенсивной циркуляцией практически соответствует модели идеального перемешивания. Поэтому концентрацию кипящего раствора принимают равной конечной в данном корпусе и, следовательно, температуру кипения раствора определяют при конечной концентрации.
Изменение температуры кипения по высоте кипятильных труб происходит вследствие изменения гидростатического давления столба жидкости. Температуру кипения раствора в корпусе принимают соответствующей температуре кипения в среднем слое жидкости. Таким образом, температура кипения раствора в корпусе отличается от температуры греющего пара в последующем корпусе на сумму температурных потерь от температурной (D'), гидростатической (D") и гидродинамической (D'") депрессий (ΣD=D'+D''+D'").
Гидродинамическая депрессия обусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчетах принимают D'"=1,0-1,5 °С [1] на корпус. Примем для каждого корпуса D'"=1,5°С. Тогда температуры вторичных паров в корпусах равны:
(7)
Сумма гидродинамических депрессий:
По температурам вторичных паров tвп определяем их давления Рвп [2]. Результаты представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Давление вторичного пара
Температура tвп, °С |
Давления, МПа |
tвп1=131,2 |
Рвп1=0,28 |
tвп2=114,8 |
Рвп2=0,168 |
tвп3=58,1 |
Рвп3=0,018 |
Гидростатическая депрессия обусловлена разностью давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности. Давление в среднем слое кипящего раствора Рср каждого корпуса определяется по уравнению [1]:
(8)
где h – высота кипятильных труб в аппарате, м;
r - плотность кипящего раствора, кг/м2;
e - паронаполнение (объёмная доля пара в кипящем растворе), м3/м3.
Для выбора величины h необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата Fор. Можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляцией раствора q = 20 000¸50 000 Вт/м2, аппаратов с принудительной циркуляцией раствора в корпусах q=40 000¸80 000 Вт/м2. Принимаем q = 50 000 Вт/м2, тогда поверхность теплопередачи первого корпуса ориентировочно будет равна:
(9)
Здесь r1=2366,6 кДж/кг – теплота парообразования вторичного пара.
По ГОСТ 11987-81 трубчатые аппараты с естественной и вынесенной греющей камерой (тип 1, исполнение 2) состоят из кипятильных труб высотой 4 и 5 м при диаметре dн=38мм и толщине стенки dст=2 мм. Примем высоту кипятильных труб H=4м.
При пузырьковом (ядерном) режиме кипения паронаполнение составляет e=0,4 ¸ 0,6. Принимаем e = 0,5.
Плотность водных растворов KOH по корпусам при t = 15 0C равна [1]:
r1 = 1054 кг/м3; r2 = 1085,3 кг/м3; r3 = 1163 кг/м3.
При определении плотности растворов в корпусах пренебрегаем изменением её с повышением температуры ввиду малого значения коэффициента объёмного расширения и ориентировочно принятого значения e.
Давления в среднем слое кипятильных труб корпусов [1]:
МПа
МПа
МПа
Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты испарения растворителя [2]. Данные представлены в таблице 3.
Таблица 3.
Температуры кипения и теплоты испарения растворителя
Давление Рср, МПа |
Температура tср, °С |
Теплота испарения r, кДж/кг |
Р1 ср=0,291 |
t1 ср=132,5 |
rвп 1=2167 |
Р2 ср=0,179 |
t2 ср=116,8 |
rвп 2=2211,8 |
Р3 ср=0,0295 |
t3 ср=68,7 |
rвп 3=2336,9 |
Определим гидростатическую депрессию по корпусам
(10)
Сумма гидростатических депрессий равна:
Температурная депрессия определяется по уравнению:
(12)
Где Т – температура паров в среднем слое кипятильных труб, К;
D¢атм – температурная депрессия при атмосферном давлении [1].
Значение D¢ по корпусам:
Сумма температурных депрессий:
Температуры кипения растворов в корпусах [1]:
(13)
