расчет выпарки уфа
.pdf
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 21 |
|
|
|
Классификация выпарных аппаратов |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Индексгруппы |
Тип |
Исполнение |
|
Наименование |
|
Область применения |
|||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
Выпарные аппараты с естественной |
Упаривание растворов, выделяющих |
|||||
121 |
1 |
2 |
циркуляцией соосной греющей каме- |
кристаллы и образующих на грею- |
|||||
рой, вынесенной зоной кипения и |
щих поверхностях растворимый оса- |
||||||||
|
|
|
солеотделением |
|
|
док, удаляемый при промывке |
|||
|
|
|
Выпарные |
аппараты с естественной |
Упаривание растворов, не образую- |
||||
|
|
1 |
циркуляцией, |
вынесенной |
греющей |
щих значительного осадка на грею- |
|||
|
|
камерой и кипением раствора в труб- |
щей поверхности |
|
|||||
122 |
II |
|
ках |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Выпарные аппараты с естественной |
Упаривание растворов, образующих |
|||||
|
|
2 |
циркуляцией, вынесенными греющей |
на греющих поверхностях осадок, |
|||||
|
|
|
камерой и зоной кипения |
|
удаляемый механическим способом |
||||
|
|
|
Выпарные аппараты с принудитель- |
Упаривание растворов, выделяющих |
|||||
|
|
1 |
ной циркуляцией, соосной греющей |
кристаллы и образующих на грею- |
|||||
|
|
камерой и солеотделением |
|
щих поверхностях осадок, удаляе- |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
мый при промывке |
|
126 |
III |
|
Выпарные аппараты с принудитель- |
Упаривание вязких растворов и рас- |
|||||
|
ной циркуляцией, соосной греющей |
творов, образующих на греющих по- |
|||||||
|
|
|
|||||||
|
|
2 |
камерой и вынесенной зоной кипения |
верхностях |
незначительный |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
труднорастворимый осадок, удаляе- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мый механическим способом и про- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мывкой |
|
|
|
|
Выпарные аппараты с принудитель- |
Упаривание растворов, образующих |
|||||
126 |
IV |
1 |
ной циркуляцией, |
вынесенными |
на греющих поверхностях трудно- |
||||
греющей камерой и зоной кипения |
растворимый осадок, удаляемый ме- |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ханическим способом |
|
|
|
|
Выпарные |
пленочные |
аппараты с |
Упаривание пенящихся или термо- |
|||
127 |
V |
1 |
восходящей |
пленкой |
и |
соосной |
нестойких растворов, не образующих |
||
|
|
|
греющей камерой |
|
|
осадка на греющих поверхностях |
80
F1, F2 – поверхности тела и окружающей среды: обычно поверхность F2>> F1 (например, при расположении аппарата в цеху), поэтому:
С=С1=ε1Сч , |
(50) |
где CЧ = 5,7 Вт/м2К4 – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного
тела;
ε1 – степень черноты поверхности изоляции.
Значения εi для различных материалов приводятся в таблице 6.
Таблица 6
Значения εI для различных материалов
|
Материал |
Степень черноты |
|
|
|
|
|
|
|
|
железо оцинкованное |
0,27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
масляная краска |
0,78 – 0,96 |
|
|
|
|
|
|
|
|
лак алюминиевый |
0,40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
асбест |
0,96 |
|
|
|
|
|
|
|
|
алюминий |
0,05 – 0,07 |
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент теплоотдачи за счет естественной конвекции (α′0) |
опреде- |
|||
ляется из зависимостей: |
|
|
|
|
|
при(Gr Pr)<500 |
Nu =1,16(Gr Pr)0,125 , |
(51) |
|
|
при(Gr Pr)=500 − 2 107 |
Nu = 0,54(Gr Pr)0,25 , |
(52) |
|
|
при(Gr Pr)> 2 107 |
Nu = 0,135(Gr Pr)0,33 . |
(53) |
В уравнениях (51 – 53) критерий Нуссельта:
Nu =α01 l / λ ,
где λ – коэффициент теплопроводности воздуха при средней температуре пограничного слоя, равной (θ3+tСР)/2.
Критерий Прандтля Рr для воздуха в диапазоне температур 10 ÷ 500 0С при атмосферном давлении остается практически постоянным и равным 0,722.
Gr = ql β ∆t – Критерий Грасгофа,
ν 2
где β – коэффициент объемного расширения воздуха, равный β = 1/Т = 1/(273 + tср); ν – кинематическая вязкость воздуха при температуре tcp ;
41
l – определяющий размер (высота – для вертикальных аппаратов, наружный диаметр – для горизонтальных)
Примечание: для аппаратуры, находящейся в закрытых помещениях и температуре стенки аппарата θ3 ≤ 150 °С, определение суммарного коэффициента теплоотдачи α0 рекомендуется [14] проводить по приближенной формуле
α |
=α |
′ +α ″ =9,74 + 0,07 t(Вт/ м2 |
К) , |
(54) |
0 |
0 |
0 |
|
|
где t =θ3 −tcp .
Глава З. Сепарационное пространство
3.1. Высота и диаметр сепаратора
Паровое (сепарационное) пространство над кипящим раствором в выпарном аппаратеслужитдляпредотвращенияуносавторичнымпаромкапельупариваемого раствора, так как капли уносимого раствора попадают в межтрубное пространство следующего (по ходу вторичного пара) выпарного аппарата, увеличивают его термическое сопротивление, загрязняют конденсат пара. Унос также уменьшает выход готовогопродуктаитемсамымувеличивает егостоимость.
Величину уноса капель характеризуют объемным напряжением парового пространства Rv , представляющего отношение объемного потока вторичного пара (м3/час) на 1 м3 парового пространства. На рис. 23 представлена экспериментальная зависимость Rv от рабочего давления (р) в сепараторе выпарного аппарата. Эта зависимость получена при кипении воды. Однако большинство водных растворов солей склонно к активному вспениванию. Поэтому для реальных случаев выпаривания принимают предельное напряжение парового пространства Rvïðåä = (0.3 ÷0.4)Rv , где Rv – напряжение парового пространства для кипящей воды при соответствующем рабочем давлении (определяется по графику (рис. 23).
Объем сепарационного пространства определяется по формуле:
V |
= |
W |
|
, |
(55) |
сеп |
|
Rпредρ |
n |
||
|
|
v |
|
где W – количество вторичного пара, образующегося в выпарном аппарате (кг/час); ρn – плотность вторичного пара (кг/м3).
42
Глава 9. Основные конструкции выпарных аппаратов
9.1.Выпарные стальные трубчатые аппараты, разработанные
всоответствии с ГОСТ 11987 – 81
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 20 |
||
|
|
|
|
Типы, исполнения, основные параметры |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Тип |
Исполнение |
|
|
|
|
|
50 |
Поверхность теплообмена, м2 |
|
Условное избыточ- |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 |
ное давление, |
||||||||||||||||||
|
|
|
Наименование |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
МПа |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в грею- |
|
в сепа- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
щей |
|
раторе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
камере |
|
|
|
|
|
Выпарные аппараты с ес- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
тественной |
циркуляцией, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
I |
2 |
соосной греющей камерой, |
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
+ |
|
+ |
|
0,3; 0,6 |
|
|
|||||
|
|
вынесенной зоной кипения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
и солеотделением |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Выпарные аппараты с ес- |
|
|
|
+ |
|
+ |
|
+ |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
1 |
тественной |
циркуляцией, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
вынесенной |
греющей |
ка- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
II |
|
мерой и кипением раство- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,3; |
0,6; |
|
|
||||
|
ра в трубках |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,0 |
|
|
|
|||
|
|
Выпарные аппараты с ес- |
|
|
|
|
+ |
|
+ |
|
+ |
+ |
+ |
|
+ |
|
|
|
|
|
||||
|
2 |
тественной |
циркуляцией, |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
вынесенными |
греющей |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,6 |
|||
|
|
камерой и зоной кипения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Выпарные |
аппараты |
с |
|
|
+ |
|
|
+ |
|
+ |
|
+ |
+ |
|
|
|
0,3; 0,6 |
|
0,3; |
|||
|
1 |
принудительной |
циркуля- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
III |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
+ |
|
|
|
0,092*;- |
||||||
Выпарные |
аппараты |
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
цией, |
соосной |
греющей |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
камерой и солеотделением |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
2 |
принудительной |
циркуля- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
цией, |
соосной |
греющей |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
камерой и вынесенной зо- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
ной кипения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Выпарные |
аппараты |
с |
|
|
+ |
|
|
+ |
|
+ |
|
+ |
+ |
+ |
|
|
|
|
|
|
||
IY |
1 |
принудительной |
циркуля- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
цией, вынесенными грею- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
щей |
камерой |
и зоной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
кипения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Выпарные |
пленочные |
ап- |
+ |
|
|
|
+ |
|
+ |
|
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
0,3; |
0,6; |
|
|
||
Y |
1 |
параты с |
восходящей |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,0 |
|
|
|
|||
|
|
пленкой и соосной грею- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
щей камерой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
* |
Соответствует вакууму 700 мм рт.ст. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
79 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 18 Коэффициент запаса для электродвигателя различной мощности
Мощность эл. |
Коэффициент |
Мощность эл. |
Коэффициент |
двигателя N, квт |
запаса |
двигателя N, квт |
запаса |
до 1,0 |
2,0 – 1,5 |
5 – 50 |
1,2 – 1,1 |
|
|
|
|
от 1,0 до 5, 0 |
1,5 – 1,2 |
> 50 |
1,1 |
|
|
|
|
Таблица 19
Техническая характеристика вакуум-насосов типа ВВН
|
Оста- |
|
Мощ- |
|
|
|
Мощ- |
Типо- |
точное |
Произво- |
|
Остаточ- |
Произво- |
||
давле- |
дитель- |
ность |
Типораз- |
ное |
дитель- |
ность |
|
размер |
ние, |
ность, |
на валу, |
мер |
давление, |
ность, |
на валу, |
|
мм рт. |
м3/мин |
кВт |
|
мм рт. ст |
м3/мин |
кВт |
|
ст. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ВВН-0,75 |
110 |
0,75 |
1,3 |
ВВН-12 |
23 |
12 |
20 |
ВВН-1,5 |
110 |
1,5 |
2,1 |
ВВН-25 |
15 |
25 |
48 |
ВВН-3 |
75 |
3 |
6,5 |
ВВН-50 |
15 |
50 |
94 |
ВВН-6 |
38 |
6 |
12,5 |
|
|
|
|
78
Рис. 23. Зависимость предельного напряжения парового пространства Rv
от давления при кипении воды
Полученный по формуле (55) объем сепарационного пространства позволяет определить диаметр сепаратора:
D = |
4Vсеп , |
(56) |
сеп |
πНсеп |
|
|
|
где Нсеп – высота сепаратора (м), принимаемая равной: Нсеп ≤ 1,8 м– для невспенивающихся растворов; Нсеп = 2,5 – 3 м – для пенящихся растворов.
Расчетное значение Dсеп сравнивается с величиной Dсеп стандартного вы-
парного аппарата [7, 8]. В случае, если (Dсеп)расч > (Dсеп)станд при конструировании выпарного аппарата следует исходить из величины (Dсеп)расч.
Отмечается [1, 2], что свободное сепарационное пространство выпарного аппарата не устраняет полностью уноса брызг. Поэтому, вместо увеличения объема (высоты) сепаратора устанавливают брызгоотделители, встроенные в корпус сепаратора или вынесенные за его пределы.
3.2. Брызгоотделители
Брызгоотделители располагаются в верхней части сепарационного пространства и служат для окончательного отделения капель раствора от вторичного пара. Брызгоотделители разделяются на два типа: инерционные и инерционно-центробежные.
В брызгоотделителях инерционного действия отделение капель от вторичного пара происходит за счет резкого изменения движения потока пара. В
43
этом случае капля, имея большую массу, силой инерции отбрасывается на стенки конструктивных элементов брызгоотделителя, отсюда стекает в рабочую зону аппарата.
Брызгоотделители инерционного типа (рис. 24) не стандартизованы, их основные размеры принимают, исходя из конструктивных соображений. При этом исходят из того, что скорость парового потока в элементах брызгоотделителя больше в 5-7 раз скорости вторичного пара в сепарационном пространстве.
Рис. 24. Брызгоотделители инерционного типа
Следует иметь в виду, что рост числа поворотов на 180° потока вторичного пара увеличивает эффективность брызгоотделителя, но в тоже время увеличивает его гидравлическое сопротивление. Последнее приводит к росту гидравлических депрессий, т.е. снижает теплосодержание вторичного пара.
Всвязи с этим нормализованы [8] брызгоотделители инерционноцентробежного типа (рис. 25 а). В этих брызгоотделителях использованы эффекты инерционного действия (резкий поворот потока вторичного пара) и центробежного: отогнутые внутрь направляющие закручивают поток пара, созданный центробежный эффект обеспечивает достаточно полное отделение капель раствора от вторичного пара.
Втабл. 7 приведены основные геометрические размеры брызгоуловителей инерционно-центробежного типа.
Для вспенивающих растворов, а также для выпарных аппаратов с вынесенной зоной кипения (рис. 6) сепарационное пространство дополнительно оборудуют дополнительными статическими отбойниками (поз. 7 на рис. 6). Этот отбойник состоит из стальных листов, изогнутых по форме лопаток турбинных колес, что создает дополнительный центробежный эффект при разделении раствора и вторичного пара непосредственно в объеме сепаратора.
44
а) |
б) |
Рис. 43. Схемы барометрических конденсаторов
а) с концентрическими полками (изготовляются диаметром 500 и 600 мм); б) с сегментными полками (изготавливаются диаметром 800 – 2000 мм)
77
8.3.2. Расчет и подбор вакуум-насоса.
Производительностьвакуум-насосаопределяется поуравнениюсостояния:
Рв-ха υв-ха = Gв-ха Rв-ха Тпвс, где Рв-ха = Рконд – Рвп; Рконд,
Рвп – соответственно давление в конденсаторе и водяного пара при температуре паровоздушной смеси;
Тпвс = tпвс + 273,
где tпвс = t′в + 4 0С + 0,1(t″в - t′в) = 10 + 4 + 0, 1(45, 44 – 10) = 17,50С.
Этой температуре соответствует Рвп = 0,019 ата,
поэтому Рвозд = 0,106 – 0,019 = 0,087 ата.
Массовый расход конденсирующихся газов рассчитывается по эмпирической формуле:
Gв-ха = [0,025(GН2О + W2) + 10W2]·10-3 ,
Gв-ха =[0,025(42,04 + 20602) + 10 · 2,602] ·10-3 =0,0271 кг/с .
В результате производительность |
вакуум-насоса: |
|
|||
|
GВ-ХАRВ-ХАТПВС |
|
0,0271 |
21,27(273 +17,5) |
3 |
ϑВ−ХА = |
|
= |
|
|
= 0,0265м /с. |
РВ−ХА |
|
0,087 105 |
Мощность вакуум-насоса:
N= ϑВ−ХА LАД ,
ηМЕХ ηАД
где удельный расход работы на 1 м3 газа равен:
|
|
К |
|
1,05Р0 |
|
К−1 |
|
|
1,4 |
|
5 |
|
1,05 10 |
5 |
|
|
0,4 |
|
3 |
|
||
|
|
|
К |
|
|
|
|
|
|
1,4 |
|
|||||||||||
LАД |
= |
|
|
РКОНД ( |
|
) |
|
|
−1 |
= |
|
0,106 10 |
|
( |
|
|
|
) |
|
−1 |
=34220 кДж/м |
. |
К −1 |
РКОНД |
|
|
0,4 |
|
0,106 10 |
5 |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тогда:
N = 0,0265 34,22 =1,40 кВт, 0,65
гдеηМЕХ ηАД ≈ 0,65 .
Заводы-изготовители указывают мощность насоса для пускового периода [13].
76
Улучшают отделение капель раствора от вторичного пара также сетчатые отбойные элементы или отбойники из S-элементов, характеризуемые небольшим гидравлическим сопротивлением (рисунки 25 б, в).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) |
|
|
|
б) |
|
|
|
в) |
|
|
|
|
|
|
Рис. 25. Типы брызгоотделителей |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
а) циклонный; 6) жалюзийный; в) сетчатый |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5 |
||
|
|
Основные размеры (мм) циклонных брызгоотделителей |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диаметр |
Количество |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сепаратора |
вторичного |
|
D3 |
* |
* |
Нσ |
В |
С |
К |
I1 |
I2 |
|
Количество |
||
3 |
|
d1 |
Н3 |
|
|||||||||||
D2 , |
пара (м /час) |
|
мм |
мм |
мм |
мм |
мм |
мм |
мм |
мм |
мм |
|
|
щелей п |
|
мм |
приведенного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к Р = 1 ата |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1000 |
|
2500-3500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
200 |
|
|
4 |
|
|
3500-4500 |
|
550 |
325 |
940 |
750 |
200 |
450 |
300 |
200 |
50 |
|
6 |
||
1200 |
|
|
|
||||||||||||
|
4500-8000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
8 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
1400 |
|
4500-6000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
160 |
|
|
6 |
|
|
6000-9000 |
|
700 |
500 |
1030 |
850 |
250 |
500 |
300 |
160 |
60 |
|
8 |
||
1600 |
|
|
|
||||||||||||
|
9000-14000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
10 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
1800 |
|
8000-9000 |
|
|
|
|
|
300 |
650 |
|
240 |
|
|
6 |
|
|
9000-11000 |
|
900 |
600 |
1250 |
1050 |
300 |
650 |
400 |
150 |
75 |
|
8 |
||
2000 |
|
|
|
||||||||||||
|
11000-14000 |
|
|
|
|
|
300 |
650 |
|
150 |
|
|
10 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
2000 |
|
14000-24000 |
|
900 |
600 |
1250 |
1050 |
400 |
550 |
400 |
150 |
75 |
|
10 |
|
2.2 |
|
13.0-17.0 |
|
|
|
|
|
350 |
700 |
|
|
|
|
8 |
|
|
17.0-20.0 |
|
1200 |
800 |
1350 |
1150 |
350 |
700 |
500 |
150 |
90 |
|
10 |
||
2.4 |
|
|
|
||||||||||||
|
20.0-35.0 |
|
|
|
|
|
400 |
650 |
|
|
|
|
12 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
45 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Окончание таблицы 5
|
19.0-20.0 |
|
|
|
|
400 |
750 |
|
|
|
8 |
|
2.6 |
20.0-25.0 |
1400 |
800 |
1480 |
1250 |
400 |
750 |
500 |
180 |
100 |
10 |
|
2.8 |
25.0-32.0 |
500 |
650 |
10 |
||||||||
|
32.0-46.0 |
|
|
|
|
500 |
650 |
|
|
|
12 |
|
|
25.0-28.0 |
|
|
|
|
450 |
850 |
|
300 |
|
8 |
|
3.0 |
28.0-32.0 |
1600 |
1000 |
1700 |
1400 |
450 |
850 |
600 |
150 |
120 |
10 |
|
3.2 |
32.0-40.0 |
450 |
850 |
150 |
12 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
40.0-62.0 |
|
|
|
|
850 |
750 |
|
150 |
|
14 |
*Размеры относятся также к сетчатым и жалюзийным брызгоотделителям.
3.3. Смотровые окна
Смотровые окна стекла (стекла) для химической аппаратуры выполняют двух типов с размерами в свету: диаметром от 50 до 150 мм (для условного давления Ру ≤ 1 Па и tс ≤ 150 0С). Смотровые стекла выпарных аппаратов устанавливают на сепараторе для контроля за уровнем кипящего раствора в аппарате и интенсивности кипения. Смотровые стекла располагают на поверхности сепаратора либо на просвет, либо вертикально (не менее двух) для подсветки внутреннего пространства сепаратора. Для очистки внутренней поверхности смотровые стекла оборудуют смывателями.
Смотровые стекла с размерами в свету d = 50 и 125 мм для аппаратов из углеродистой стали изображены на рис. 26. Материал бобышки и кольца – Ст.З. Материал прокладки выбирается в зависимости от условий выпаривания и свойств упариваемого раствора.
Рис. 26. Смотровые окна из углеродистой стали
а) диаметр окна 50 мм; б) диаметр окна 125 мм.
1 – смотровое стекло; 2 – прокладка: 3 – кольцо; 4 – бобышка; 5 – сварочное соединение
46
Таблица 16 Конструктивныеразмерыпротивоточных конденсаторовсмешения
каскадноготипа
|
|
Размерность |
|
|
Диаметр конденсатора, мм |
|
||||||||||||
Показатели |
500 |
600 |
|
800 |
|
1000 |
|
1200 |
|
1600 |
|
2000 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Высота цилиндр.части |
м |
4,05 |
4,10 |
|
4,25 |
|
4,50 |
|
4,90 |
|
5,70 |
|
6,50 |
|||||
2. Диаметры щтуцеров, Dу |
мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.1 Для входа вторичного пара |
мм |
300 |
350 |
|
350 |
|
400 |
|
450 |
|
|
600 |
|
800 |
||||
2.2 Для входа охл. воды |
мм |
100 |
125 |
|
200 |
|
200 |
|
250 |
|
|
300 |
|
400 |
||||
2.3 Для барометрической трубы |
мм |
125 |
150 |
|
200 |
|
200 |
|
250 |
|
|
300 |
|
400 |
||||
2.4 Для выхода парогаз. смеси |
мм |
80 |
100 |
|
125 |
|
150 |
|
200 |
|
|
200 |
|
250 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 17 |
||
Основные размеры барометрических конденсаторов |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Размеры, мм |
|
|
Внутренний диаметр конденсатора , мм |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
500 |
600 |
|
800 |
|
1000 |
|
1200 |
|
1600 |
|
2000 |
|||||
Толщина стенки аппарата, δ |
|
5 |
5 |
|
5 |
|
|
|
6 |
|
6 |
|
6 |
|
10 |
|||
Расстояние от верхней полки |
|
1300 |
1300 |
|
1300 |
|
1300 |
|
1300 |
|
1300 |
|
1300 |
|||||
до крышки аппарата, α |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расстояние от нижней полки |
|
1200 |
1200 |
|
1200 |
|
1200 |
|
1200 |
|
1200 |
|
1200 |
|||||
до днища аппарата, r |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ширина полки, b |
|
– |
– |
|
500 |
|
|
650 |
|
750 |
|
100 |
|
1250 |
||||
Расстояние между осями кон- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
денсатора и ловушки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К1 |
|
675 |
725 |
|
950 |
|
1100 |
|
1200 |
|
1450 |
|
1650 |
|||||
К2 |
|
– |
– |
|
835 |
|
|
935 |
|
1095 |
|
1355 |
|
1660 |
||||
Высота установки, Н |
|
4300 |
4550 |
|
5080 |
|
5680 |
|
6220 |
|
7530 |
|
8500 |
|||||
Ширина установки, Т |
|
1300 |
1400 |
|
2350 |
|
2600 |
|
2975 |
|
3200 |
|
3450 |
|||||
Диаметр ловушки, D |
|
400 |
400 |
|
500 |
|
|
500 |
|
600 |
|
800 |
|
800 |
||||
Высота ловушки, h |
|
1440 |
1440 |
|
1700 |
|
1900 |
|
2100 |
|
2300 |
|
2300 |
|||||
Диаметр ловушки, D |
|
– |
– |
|
400 |
|
|
500 |
|
500 |
|
600 |
|
800 |
||||
Высота ловушки, h1 |
|
– |
– |
|
1350 |
|
1350 |
|
1400 |
|
1450 |
|
1550 |
|||||
Расстояние между полками: α 1 |
|
220 |
260 |
|
200 |
|
|
250 |
|
300 |
|
400 |
|
500 |
||||
α 2 |
|
260 |
300 |
|
260 |
|
|
320 |
|
400 |
|
500 |
|
650 |
||||
α 3 |
|
320 |
360 |
|
320 |
|
|
400 |
|
480 |
|
640 |
|
800 |
||||
α 4 |
|
360 |
400 |
|
380 |
|
|
475 |
|
575 |
|
750 |
|
950 |
||||
α 5 |
|
390 |
430 |
|
440 |
|
|
550 |
|
660 |
|
880 |
|
1070 |
||||
|
|
|
75 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Hδ= |
( р0 − рконд ) |
+ (λ |
Нδ |
+ Σξ) w2 |
+ 0,5 м, |
|
ρН2О g |
dδ |
|||||
|
|
2g |
|
где р0 – атмосферное давление, р0 = 103300 Па; рконд – определяется по температуре θ′ = 48,440С и составляет
рконд = 0,106 ата (0,106·105 Па);
Σξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений, Σξ = 1,5; прибавка 0,5 м учитывает колебания атмосферного давления.
Коэффициент гидравлического сопротивления является функцией Re:
λ = ƒ(R), Re = wdδ ρH 2O = 1,17 0,22 1000 = 257400 >104 , μH 2O 1 10−3
что соответствует турбулентному режиму, поэтому можно воспользоваться формулой:
λ= Re0,160,16 = 2574000,16 0,16 = 0,0218 .
Врезультате имеем расчетную зависимость:
Hδ |
|
(1,033 − 0,106)105 |
|
|
Hδ |
|
|
|
1,17 |
2 |
|
+ 0,5 =10,12 м, |
||
= |
|
|
+ 0,0218 |
|
|
+1,5 |
|
|
|
|
|
|||
1000 |
9,81 |
0,22 |
2 9,81 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
принимаем Hδ = 10,2 м.
Конструктивные размеры конденсатора смешения зависят от расхода вторичного пара.
Рис. 42. Зависимость диаметра барометрического конденсатора смешения (Дбк) от расхода конденсирующегося вторичного пара (W)
74
Смотровые стекла для аппаратов из нержавеющей стали с размерами d = 50 и 125 мм представлены на рисунке 27. Материал бобышки выбирается такой же как и для аппарата; материал кольца Ст.З. Материал прокладки должен соответствовать температурным условиям и удовлетворять условиям коррозионной устойчивости.
По данным [16] смотровые окна для аппаратов, работающих при Ру ≤ 0,6Па и t ≤ 150 0C, изготавливают из углеродистой стали (тип I – У и III – У) и высоколегированной стали (тип I – К и II – К). Конструкции смотровых окон показаны на рисунке 28; их основные размеры приведены в табл. 8.
Условное обозначение смотрового окна типа I с D = 50 мм для аппаратов из углеродистой стали «Окно смотровое I 50 MX 60 – 56».
Условное обозначение смотрового окна типа II из легированной стали
«Окно смотровое II К 50 MX 60 – 56».
Рис. 27. Смотровые окна из легированной стали
а) диаметр окна 50 мм; б) диаметр окна 125 мм
Таблица 8
Окна смотровые для аппаратов из углеродистой и кислотостойкой стали (z – число болтов)
D |
DН |
Dб |
D1 |
D2 |
|
H |
h |
h1 |
h2 |
S |
dб |
z |
|
|
|
|
|
|
|
мм |
|
|
|
|
|
|
|
80 |
89 |
125 |
150 |
100 |
|
50 |
25 |
|
12 |
14 |
11 |
М10 |
8 |
125 |
133 |
175 |
205 |
150 |
|
50 |
35 |
|
14 |
16 |
17 |
М12 |
8 |
150 |
159 |
195 |
225 |
170 |
|
55 |
35 |
|
14 |
20 |
20 |
М122 |
8 |
|
|
|
|
|
47 |
|
|
|
|
|
|
|
а) |
б) |
Рис. 28. Окна смотровые для стальных аппаратов |
|
а) тип I; б) тип II |
|
Глава 4. Днища и крышки
Выпарные аппараты обычно оборудуются эллиптическими крышками и эллиптическими или коническими днищами (рис. 1 – 6).
Использование эллиптических днищ и крышек объясняется прежде всего тем, что распределение на них давления является наиболее оптимальным. Применение конических днищ удобно при удалении выпавших кристаллов, при чистке аппаратов. В этих условиях рекомендуется для вязких жидкостей и
суспензий принимать угол конусности α = 600 .
Днища крышки для удобства сварки их с корпусом встык изготовляются с отбортовкой. Это удобно также при фланцевом соединении крышек и днищ с другими частями аппарата.
Номинальную расчетную толщину эллиптической крышки (днища) (рис. 29) рассчитывают по формуле:
|
′ |
|
Dвн р |
|
|
δ |
ст |
= |
2σ ϕ |
, |
(57) |
|
|
|
д |
|
где Dвн – внутренний диаметр днища; р – давление на крышку (днище);
σд – допускаемое напряжение на растяжение для материала крышки(днища); ϕ – коэффициент ослабления крышки (днища) отверстиями, причем:
ϕ = |
Dвн − ∑di |
, |
(58) |
|
|||
|
D |
|
|
|
вн |
|
|
|
48 |
|
|
Рис. 41. Барометрический конденсатор смешения
8.3.1. Тепловой баланс конденсатора смешения |
|
||||||||||||||||||||
|
W i |
2 |
+ G |
H2O |
C |
H2O |
t' |
= |
(W + G |
H2O |
)C |
H2O |
t" , |
||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
2 |
|
|
в |
|||||||
откуда расход охлаждающей воды: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
G |
|
|
W |
(i |
2 |
−C |
|
t 0 ) |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
= |
|
|
2 |
|
|
|
H2O в |
. |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
H2O |
|
|
|
|
CH2O (tв0 −tв1 ) |
|
|
|
|
|||||||
Обычно принимают: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t'в = 8 – 100С, а , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t"в = θ′ – (2 ÷ 3)0С = θ2 – 2 – 3 = 50,44 – 5 = 45,440С |
|
|
|||||||||||||||||||
|
GH 2O = |
2,602(2510 − 4,19 45,44) |
= 42,04 кг/с. |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
4,19(45,44 −10) |
|
|
|
|
|
|||||||||||
Диаметр барометрической трубы, принимая скорость движения воды |
|||||||||||||||||||||
w = 1 м/с, равен: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dδ = |
4(GH2O + w |
2) |
= |
4(42,04 + 2,602) |
= 0,238 м, |
|
|||||||||||||||
ρH2O π w |
|
|
|
1000 3,14 |
1 |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
принимаем dδ = 220 мм.
Тогда скорость движения воды в трубе равна:
w = 4(GH2O +W2 ) = 4(42,04 + 2,602) =1,17 м/с. 1000 dδ2π 1000(0,22)2 3,14
Высота барометрической трубы рассчитывается по формуле:
73
8.2.11. Расчет поверхностей выпаривания
Расчет поверхностей выпаривания проводился без учета снижения коэффициентов теплопередачи за счет термических сопротивлений теплопереносу и загрязнения кипятильных труб. Из практики известно, что действительная поверхностьвыпарныхаппаратовпринимаетсясзапасом(10-20%).
Для рассматриваемого примера принимаем поверхность корпусов F = 100 м2, при этом коэффициент запаса составляет 1,176.
8.2.12. Проверочные расчеты
Согласно учебно-методическому пособию, сделав выбор стандартного аппарата, студент (по заданию преподавателя) проводит проверочные расчеты греющей камеры, сепарационного пространства, основных штуцеров и т.д. (см. разделы 2 – 6) .
8.3. Расчет барометрического конденсатора смешения
Использование вакуум-насосов для создания вакуума в последнем корпусе установки экономически невыгодно, т.к. приходится удалять большие потоки вторичного пара и, следовательно, затрачивать значительное количество энергии.
Экономически целесообразно использовать барометрический конденсатор смешения, в котором создание вакуума происходит за счет контакта горячего вторичного пара и холодной воды. В этом случае имеет место конденсация паров и создание необходимого разряжения.
Поддерживают созданный вакуум высотой столба воды в барометрической трубе и откачкой небольшого количества несконденсировавшейся паровоздушной смеси (с помощью небольшого вакуум-насоса).
На рис. 41 представлена схема работы барометрического конденсатора смешения.
Объем барометрического ящика определяется по формуле:
Vящ = (4 ÷5) π 4dБ2 НБ м3.
72
где Σdi – суммарный диаметр отверстий в крышке (днище). Отметим, что при наличии нескольких отверстий в крышке (днище), работающем под внутренним давлением, эти технологические отверстия рекомендуется укреплять специальными кольцами.
Необходимо отметить, что при расчете толщины днища по формуле (57) следует учитывать не только рабочее давление в аппарате, но и гидростатическое давление столба упариваемого раствора.
Расчетная толщина стенки крышки (днища) с учетом условий процесса (коррозия, агрессивность среды и т. д.) определяется аналогично толщине стенки греющей камеры (см. раздел 2.2, расчетная формула 10).
а) б)
Рис. 29. Эллиптическая крышка (днище) (а) и коническое днище (б)
Условное обозначение эллиптической крышки (днище) с Dвн = 600мм,
δст =10мм изсталимарки16ГС«Крышка(днище) 600 x 10–16 ГСГОСТ6533 – 78».
Условное обозначение конического днища с α = 600 с Dвн = 600мм,
δст =10мм из стали марки 16 ГС «Днище 600 x 10 – 16 ГС ГОСТ 12619 – 78». При α = 900 ГОСТ 12619 – 78, для неотбортованных днищ α = 1200 ГОСТ
12620 – 78, α = 1400 ГОСТ 12621 – 78.
Расчетная толщина стенки δст (10) стандартизуется по номограмме (рис. 30); при этом по значениям Dвн и δст определяется высота отбортовки h [10].
49
Рис. 30. Номограмма для определения толщины стенки и высоты отбортовки эллиптических крышек (днищ)
Расчет номинальной толщины конических днищ (рис. 30) проводят по формуле:
|
′ |
|
Dвн р |
|
||
δ |
|
= |
|
|
у, |
(59) |
ст |
2σ ϕ |
0 |
||||
|
|
|
д |
|
|
где ϕ0 – коэффициент ослабления днища сварным швом (ϕ0 ~ 0,95); при дополнительном ослаблении днища технологическими отверстиями можно
принимать ϕ = ϕ0 |
= 0,8 – 0,9. |
|
|
|
|
|
||
Величина у – коэффициент формы днища при конусности α = 60°; |
|
|||||||
значения у = f(Rвн / Dвн) приведены ниже. |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rвн /Dвн |
0,10 |
|
0,15 |
0,20 |
0,30 |
0,40 |
|
0,50 |
у |
3,40 |
|
2,90 |
2,55 |
2,00 |
1,40 |
|
1,00 |
За расчетную толщину днища принимают величину δст.
В номограмме на рис. 31 приведены размеры конических стандартных отбортованных днищ с углом конусности α = 60° [10].
50
При расчете количества вторичного пара из I корпуса (W1), а также тепловых нагрузок корпусов Q1 и Q2 величины теплосодержаний паров и температур кипения растворов берутся из таблицы первого приближения.
Тогда количество выпариваемой воды:
W1 = 5,017(2590 − 4,19 68,34) + 5,56 4,071(68,34 −119,42) = 2,415кг/с , (2710 − 4,19 117,92) + 2590 − 4,19 68,34 −119,42
W2 = W – W1 = 5,017 – 2,415 = 2,602 кг/с.
Тепловые балансы корпусов:
Q1 = W1(i1 – Cкондt1) + SнСн(t1 - tн),
Q1 = 2,415 (2710 – 4,19·119,42) + 5,56·4,071·(119,42 – 100) = 5776,5 кВт , Q2 = W1(i1 - Cкондθ1) = 2,415(2710 – 4,19·117,92) = 6050,5 кВт .
Таким образом, суммарная тепловая нагрузка установки составляет:
QΣ = Q1 + Q2 = 5776,5 + 6050,5 = 11827кВт,
разбаланс в количестве суммарного расхода тепла составляет:
η = |
(QΣ )зад−(QΣ )получ |
100% = |
11393 −11827 |
100% = −3,8% . |
|
(QΣ )зад |
11393 |
||||
|
|
|
Учитывая, что разбаланс η не превышает ± 5%, можно принять достаточную сходимость тепловых балансов и отказаться от дальнейших приближений.
8.2.9. Расход греющего пара (с учетом потерь в окружающую среду)
Дгп = 1,05Q1 =1,05 5776,5 = 2,833 кг/с. rгп 2141
Удельный расход греющего пара:
d = ДWгп = 5,0172,833 = 0,564 кг пара/кг воды.
8.2.10. Коэффициенты теплопередачи по корпусам установки
К1 = |
|
Q1 |
= |
5776,5 103 |
= 2894 Вт/м |
2 |
К, |
|
|
F 1 |
85 23,48 |
|
|||||
К2 = |
|
Q2 |
= |
6050,5 103 |
=1480 Вт/м |
2 |
К. |
|
F 2 |
|
85 48,08 |
|
Достаточно резкое падение коэффициентов теплопередачи по корпусам установки объясняется низкой концентрацией раствора на выходе I корпуса:
а1= |
Sн ан |
|
= |
5,56 0,035 |
= 0,0618(6,18% вес). |
|
Sн −W1 |
5,56 − 2,415 |
|||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
71 |
|