Расчёт выпарной непрерывной установки

 
 

                                                     Содержание 
 

Реферат…………………………………………………………………………………...3

Введение………………………………………………………………………………….4

1. Основные условные обозначения …………………………………………………...5

2 Принципиальная схема установки и её описание…………………………………...6

3. Определение поверхности теплопередачи выпарного аппарата…………………..8

3.1.Первое приближение………………………………………………………………...8

3.1.1. Концентрации упариваемого раствора…………………………………………..8

3.1.2. Температуры кипения растворов………………………………………………...9

3.1.3. Полезная разность температур…………………………………………………..12

3.1.4. Определение тепловых нагрузок………………………………………………..13

3.1.5. Выбор конструкционного материала…………………………………………...14

3.1.6. Расчет коэффициентов теплопередачи………………………………………....14

3.1.7. Распределение полезной разности температур………………………………...23

3.1.8 Повторный  расчет коэффициентов теплопередачи  ………………………..…..24

3.1.9. Распределение  полезной разности температур. ………………………..…..….31

3.2.Второе приближение……………………………………………………………….32

3.2.1. Уточненный расчет поверхности теплопередачи……………………………...32

3.2.1.1. Расчет тепловых нагрузок……………………………………………………..33

3.2.1.2. Расчет коэффициентов теплопередачи……………………………………….33

3.2.1.3 Распределение полезной разности температур……………………………….42

3.2.1.4. Расчет поверхности теплопередачи выпарных аппаратов…………………..42

4. Определение толщины тепловой изоляции……… ………………………………..43

5. Расчет барометрического конденсатора……………………………………………44

5.1. Расход охлаждающей воды………………………………………………………..44

5.2. Диаметр конденсатора……………………………………………………………..45

5.3. Высота барометрической трубы…………………………………………………..45

5.4. Расчет производительности вакуум-насоса……………………………………....46

6. Тепловой расчет……………………………………………………………………...47

6.1. Расчет теплообменника-подогревателя…………………………………………..47

7. Мероприятия  по технике безопасности…………………………………………….49

Список литературы……………………………………………………………………..50 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                       Реферат

        В задании на курсовое проектирование  проводится расчёт выпарной непрерывной установки.

        Тип выпарной установки- трехкорпусная с выпарными трубчатыми аппаратами с принудительной циркуляцией и вынесенной греющей камерой.

         Целью расчёта выпарной установки  является определение основных  размеров аппарата(диаметра и высоты), балансов, подбор дополнительного оборудования.

         Были изучены мероприятия по  технике безопасности на предприятиях  химической промышленности и  оказание первой помощи пострадавшим. 
 
 

Количество страниц-50

Количество таблиц-6

Количество рисунков-9

Библиограф-5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                       
 
 

                                                             Введение

            В химической и смежной с  ней отраслях промышленности  жидкие смеси, концентрирование которых осуществляется выпариванием, отличаются большим разнообразием как физических параметров (вязкость, плотность, температура кипения, величина критического  теплового потока и др.), так  и других характеристик (кристаллизующиеся, пенящиеся, нетермостойкие растворы и др.). Свойства смесей определяют основные требования к условиям проведения процесса (вакуум-выпаривание, прямо- и противоточные, одно- и многокорпусные выпарные установки), а также конструкциям выпарных аппаратов.

            Такое разнообразие требований вызывает определённые сложности при правильном выборе схемы выпарной установки, типа аппарата, числа ступеней в многокорпусной выпарной установке. В общем случае такой выбор  является задачей оптимального поиска и выполняется технико-экономическим сравнением различных вариантов с использованием ЭВМ.    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Основные условные обозначения

c - теплоемкость, Дж/(кг×К) ;

d - диаметр, м ;

D - расход греющего пара, кг/с ;

F - поверхность теплопередачи, м² ;

G - расход, кг/с ;

g - ускорение свободного падения, м/с² ;

H - высота, м ;

i, I - энтальпия жидкости и пара, кДж/кг ;

K - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²×К) ;

P - давление, Мпа ;

Q - тепловая нагрузка, кВт ;

q - удельная тепловая нагрузка, Вт/м² ;

r - теплота парообразования, кДж/кг ;

t,T - температура, град.

w, W - производительность по испаряемой воде, кг/c ;

x - концентрация, % (масс.) ;

a - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²×К) ;

l - теплопроводность, Вт/(м×К) ;

m - вязкость, Па×с ;

r - плотность, кг/м³ ;

s - поверхностное натяжение, Н/м ;

Re - критерий Рейнольдса ;

Индексы :

1, 2, 3,4 - первый, второй, третий, четвёртый корпус выпарной установки ;

в - вода ;

вп - вторичный  пар ;

г - греющий пар ;

ж - жидкая фаза ;

к - конечный параметр ;

н - начальный  параметр ;

ср - среднее  значение ;

ст - стенка . 

                  

                     2. Принципиальная схема установки и её описание.

 

Рис.1. Принципиальная схема трехкорпусной выпарной установки:

1— емкость исходного раствора; 2.10  — насосы; 3 — теплообменник-подогреватель; 4 —6  выпарные аппараты: 7 — барометрический конденсатор, 8 — вакуум-насос. 9 - гидрозатвор; 11 - емкость упаренного раствора;   12-   конденсатоотводчик 

В приведенном  ниже типовом примере расчета  трехкорпусной установки, состоящей  из выпарных   аппаратов   с  принудительной циркуляцией и кипением   раствора в трубах, даны также рекомендации по расчету выпарных аппаратов некоторых других типов: с естественной циркуляцией, вынесенной зоной кипения, пленочных.

Принципиальная  схема трехкорпусной выпарной установки  показана на рис. 4.1. Исходный разбавленный раствор из промежуточной емкости  1 центробежным насосом 2 подается з теплообменник 3 (где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения), а затем — в первый корпус 4 выпарной установки. Предварительный подогрев раствора повышает интенсивность кипения в выпарном аппарате 4.

   Первый  корпус обогревается свежим водяным паром. Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется з качестве греющего во второй корпус 5. Сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из 1-го корпуса. Аналогично третий корпус 6 обогревается вторичным паром второго и в нем производится концентрирование раствора, поступившего из второго корпуса.

Самопроизвольный  переток раствора и вторичного пара в следующие корпуса возможен благодаря общему перепаду давлений, возникающему в результате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса в барометрическом конденсаторе смешения 7 (где заданное давление поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующихся газов вакуум-насосом 8). Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи барометрической трубы с гидрозатвором 9. Образующийся в третьем корпусе кон 
центрированный раствор центробежным насосом-/0- подается в промежуточную емкость упаренного раствора 11.

Конденсат греющих  паров из выпарных аппаратов выводится с помощью конденсатоотвод-чиков 12. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

3. Определение поверхности теплопередачи выпарного аппарата. 

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

F=Q/(K×Dt_п)

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

3.1.Первое приближение. 

Производительность  установки по выпариваемой воде определяют из уравнения материального баланса :

W = G_н×(1 - х_н/х_к)

Подставив получим :

W = 30000/3600×(1 - 10/38) = 6,116 кг/с 

      3.1.1. 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 :

w₁ : w₂ : w₃: =1,0 : 1,1 : 1,2

Тогда

w₁ = 1,0×W/ (1,0 + 1,1 + 1,2) = 1,0×W/ 3,3 = 1.0×6,116/ 3,3 = 1,85 кг/с

w₂ = 1,1×W/ 3,3 = 1,1×6,116/ 3,3 = 2,04кг/с

w₃ = 1,2×W/ 3,3 = 1,2×6,116/ 3,3 =2,22кг/с