2.1 Объем и содержание проекта

2.1.1 Пояснительная записка

Пояснительная записка включает следующие материалы:

- титульный лист;

- задание;

- содержание;

- реферат;

- описание схемы и принципа действия выпарной установки;

- расчет температурных депрессий;

- распределение полезной разности температур по корпусам;

- расчет коэффициентов теплопередачи;

- расчет расхода греющего пара и количества выпаренной воды;

- расчет поверхности нагрева корпусов;

- расчет тепловой изоляции корпусов;

- конструктивный расчет первого корпуса;

- расчет барометрического конденсатора;

- расчет конденсационной колонки;

- расчет на ЭВМ подогревателя раствора;

- выбор вакуум-насоса;

- стандартизация;

- список использованной литературы.

2.1.2 Графическая часть проекта

Лист 1 – выполняется общий вид, разрезы и узлы первого корпуса по ГОСТ 2.305.

Лист 2 – на одной половине листа выполняется в разрезе барометрический конденсатор, на второй половине листа выполняется в разрезе конденсационная колонка.

Основная надпись - согласно образцу, приведенному на стенде в ауд.428.

3 Последовательность расчета установки

3.1 Тепловой расчет

Поверхность теплопередачи каждого корпуса выпарной установки определяют по основному уравнению теплопередачи:

(1)

Для определения тепловых нагрузок Q, коэффициентов теплопередачи К и полезных разностей температур ∆t_П необходимо знать распределение упариваемой воды, концентраций растворов и их температур кипения по корпусам. Эти величины находят методом последовательных приближений.

Производительность установки по выпариваемой воде определяют из уравнения материального баланса, кг/с:

. (2)

1. Концентрации упариваемого раствора

Распределение концентраций раствора 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 1,0 : 1,1 : 1,2.

Тогда

, (3)

, (4)

. (5)

Далее рассчитывают концентрации растворов в корпусах:

, (6)

, (7)

. (8)

Концентрация раствора в последнем корпусе B₃ соответствует задан-ной концентрации упаренного раствора B_K .

2. Распределение перепада давления по корпусам

Общий перепад давлений в установке равен, Па:

. (9)

В первом приближении общий перепад давлений распределяют между корпусами поровну, т.е. на каждый корпус примем:

. (10)

Тогда давления греющих паров по корпусам будут:

; (11)

. (12)

Давление пара в барометрическом конденсаторе:

, (13)

что соответствует заданному значению.

По давлениям паров находим их температуру, энтальпию, удельную теплоту парообразования.

3. Расчет температурных потерь по корпусам

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 ∆_ф-х , гидростатической ∆_гс и гидродинамической (гидравлической) ∆_г депрессий.

Гидродинамическая депрессия обусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчетах принимают ∆_г = 1,0  1,5 град на корпус. Тогда температуры вторичных паров в корпусах равны, ⁰С:

. (14)

Сумма гидродинамических депрессий

. (15)

По температурам вторичных паров определим их давления.

Гидростатическая депрессия обусловлена разностью давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности. Давление в среднем слое кипящего раствора Р_ср каждого корпуса определяется по уравнению:

,

где Н – высота кипятильных труб в аппарате, м; ρ – плотность кипящего раствора, кг/м³; ε – паронаполнение (объемная доля пара в кипящем растворе), м³/м³.

По ГОСТ 11987 трубчатые аппараты с естественной циркуляцией состоят из кипятильных труб высотой 4 и 5 м. При пузырьковом кипении паронаполнение составляет ε = 0,4–0,6.

По этим давлениям находим температуры кипения и теплоту растворения парообразования растворителя. Гидростатическая депрессия по корпусам, ⁰С:

. (16)

Сумма гидростатических депрессий:

. (17)

Физико-химическую депрессию определи по уравнению:

, (18)

где t_{CP j} – температура паров в среднем слое кипятильных труб, К;

– физико-химическая депрессия при атмосферном давлении.

Сумма физико-химических депрессий:

. (19)