rraschetka_2 ПАХТ

Министерство образования Российской Федерации

Казанский государственный технологический университет

Кафедра ПАХТ

Расчетное задание № 1

Расчет трехкорпусной выпарной установки

Выполнила:

Студентка группы 5151-2

Симакова Дарья

Проверил:

Никешин В.В.

Казань 2008

Расчет трехкорпусной выпарной установки

Рассчитать трехкорпусную прямоточную выпарную установку с естественной циркуляцией раствора для концентрирования 5 кг/с 4% раствора СаСl₂. Конечная концентрация раствора 25%. Раствор поступает на выпарку подогретым до температуры кипения в выпарном аппарате. Абсолютное давление греющего водяного пара 4 ат. Высота греющих труб 4 м.давление в барометрическом конденсаторе 0,1 ат.

Решение:

1. Количество воды, выпариваемой в трех корпусах установки:

2. Распределение нагрузки по корпусам.

Сделаем это распределение на основании практических данных, приняв следующее соотношение массовых количеств выпариваемой воды по корпусам:

1:2:3 = 1,0:1,05:1,1.

Следовательно, количество выпариваемой воды:

В 1 корпусе

Во 2 корпусе

В 3 корпусе

_____________________________________

итого: W = 4.2 кг/c

3. Расчет концентраций раствора по корпусам.

Начальная концентрация раствора х_Н = 4%. Из 1 корпуса во 2 переходит раствора:

Концентрация раствора, конечная для первого и начальная для 2, будет равна:

из 2 корпуса в 3 переходит раствора

с концентрацией

из 3 корпуса выходит раствора

с концентрацией

, что соответствует заданию.

4. Распределение перепада давлений по корпусам.

Разность между давлением греющего пара и давлением пара в барометрическом конденсаторе:

Предварительно распределим этот перепад давлений между корпусами поровну, т.е. на каждый корпус примем:

, тогда абсолютное давление по корпусам будут:

В 3 корпусе р₃ = 0,1 ат

Во 2 корпусе р₂ = 0,1 + 1,3 =1,4 ат

В 1 корпусе р₁ = 1,4 + 1,3 = 2,7 ат

Давление греющего пара:

р = 2,7 + 1,3 = 4 ат

По паровым таблицам находим температуры насыщения паров воды и удельные теплоты парообразования для принятых давлений в корпусах:

Для 1 корпуса:

t_H = 119.6+ (132,9 – 119.6) ∙ 0,7/1 = 129 ⁰C

r = 2208+ (2171 – 2208) ∙ 0,7/1 = 2182 КДж/кг

Для 2 корпуса:

t_H =108.7 ⁰C

r = 2237КДж/кг

Для 3 корпуса:

t_H = 45,4 ⁰C

r = 2390 КДж/кг

Для греющего пара:

t_H = 142.9 ⁰C

r = 2141 КДж/кг

	Температура насыщенного пара, 0C	Удельная теплота парообразования, КДж/кг
1 корпус	129	2182
2 корпус	108.7	2237
3 корпус	45,4	2390
Греющий пар	142.9	2141

Эти температуры и будут температурами конденсации вторичных паров по корпусам.

5. Расчет температурных потерь по корпусам.

От депрессии

В справочных таблицах находим температуры кипения растворов при атмосферном давлении

	Концентрация СаСl2, %	Температура кипения, 0C	Депрессия, К или 0C
1 корпус	5.4	101	1
2 корпус	8.7	102	2
3 корпус	25	108	8

Следовательно, по трем корпусам:

∆t_депр = 1 + 2 + 8 = 11⁰C = 11 К.

От гидростатического эффекта

В справочных таблицах находим плотность раствора при 20 ⁰C

Концентрация СаСl2 %	5.4	8.7	25
Плотность, кг/м3	1025	1075	1230

Эти значения примем и для температур кипения по корпусам.

Расчет ведем для случая кипения в трубках при оптимальном уровне.

1 корпус

при р₁=2.7 ат; t_кип = 129 ⁰C;

при р_ср =2.8 ат; t_кип = 119.6 + (132.9 – 119.6 ) ∙ 0,8/1= 130.2⁰C.

∆t_{г. эф} =130.2 - 129 = 1.2К.

2 корпус

при р₁=1,4 ат; t_кип = 108.7 ⁰C;

при р_ср =1.5 ат; t_кип = 108,7 + (112,7 – 108,7 ) ∙ 0,1/1,63 = 109,1 ⁰C.

∆t_{г. эф} =109,1 - 108,7 = 0.4 К.

при р₁=0,1 ат t_кип = 45.4 ⁰C

при р_ср =0,2ат t_кип = 59.7 ⁰C.

∆t_{г. эф} =59.7 – 45.4 = 14.3К.

Всего ∑∆t_{г. эф} = 1.2 + 0.4 +14.3 = 15.9 К

От гидравлических сопротивлений

Потерю разности температур на каждом интервале между корпусами принимаем в 1 К. интервалов всего 3, следовательно,

∆t_{г. с} =1∙3 =3 К

сумма всех температурных потерь для установки в целом:

∑∆t_пот = 11 + 15.9 + 3 =27.2 К

6. полезная разность температур.

Общая разность температур 142.9 – 59.7 = 83.2 К; следовательно, полезная разность температур:

∆t_пол=83.2 – 27.2 = 56 К

7. Определение температур кипения в корпусах:

В 3 корпусе t₃ = 59.7 + 1 + 8 + 14,3 = 83⁰С

В 2 корпусе t₂= 109.1 + 1 + 2 + 0.4 = 112.5 ⁰С

В 1 корпусе t₁= 130.2 + 1 + 1 + 1.2 = 133.4 ⁰С

8. Расчет коэффициентов теплопередачи по корпусам

По найденным температурам кипения и концентрациям растворов в корпусах подбираем в справочниках расчетные константы – физические характеристики растворов ( плотность, теплопроводность, теплоемкость, вязкость). Далее задаемся диаметром труб и их длиной.

По этим данным рассчитываем коэффициенты теплопередачи. При этом следует учесть слой накипи порядка 0,5 мм.

На основании этих расчетов примем:

Для 1 корпуса К₁ = 1700 Вт/м² ∙ К

Для 2 корпуса К₂ =990 Вт/м² ∙ К

Для 3 корпуса К₃ = 580 Вт/м² ∙ К;

Из ориентировочного соотношения коэффициентов теплопередачи по корпусам при выпаривании водных растворов солей К₁:К₂:К₃ = 1:0,58:0,34.

9. Составление тепловых балансов по корпусам.

Для упрощения приближенного расчета составляем тепловые балансы без учета тепловых потерь и принимаем, что каждого последующего корпуса в последующий раствор поступает при средней температуре кипения.

По условию раствор подается на выпарку подогретым до температуры кипения в 1 корпусе. Тогда расход теплоты в 1 корпусе:

Q₁ = W₁ ∙ r₁ =1,3 ∙ 2182000=2836600 Bт

Раствор приходит во 2 корпус перегретым, следовательно, Q_нагр отрицательно и расход теплоты во 2 корпусе:

Q₂ = W₂ ∙ r₂ – G₁ ∙ c₁(t₁ – t₂) =1,4 ∙ 2237000 – 3,7∙ 4190 ∙ 0.946(129 – 108,7) = 2834083Bт

Количество теплоты, которое даст вторичный пар 1 корпуса при конденсации, составляет W₁ ∙ r₁ = 2836600 Bт. Расхождения прихода и расхода теплоты в тепловом балансе 2 корпуса менее 1% (0,1%).

Расход теплоты в 3 корпусе:

Q₃ = W₃ ∙ r₃ – G₂ ∙ c₂(t₂ – t₃) =1,5 ∙ 2390000 – 2,3 ∙ 4190 ∙ 0.913(108,7 – 45,4) = 3028050 Bт

Вторичный пар 2 корпуса дает теплоты при конденсации

W₂ ∙ r₂ = 1,4 ∙ 2237000 =3131800 Вт.

10. Расход греющего пара в 1 корпусе:

Удельный расход пара:

d = G_{Г. П.}/W = 1,3 / 4,2 = 0.31 кг/кг

11. Распределение полезной разности температур по корпусам.

Распределение полезной разности температур по корпусам сделаем в двух вариантах: из условия равной площади поверхности и из условия минимальной общей площади поверхности корпусов, т.е. пропорционально Q/К и пропорционально √ Q/К..

Найдем факторы пропорциональности:

Отношение	Q/К	√ Q/К∙103
1 корпус	1669	1292
2корпус	2862	1692
3корпус	5221	2285
сумма	9752	5269

Полезные разности температур по корпусам:

Отношение	Вариант равной площади поверхности корпусов	Вариант минимальной общей площади поверхности корпусов
∆t1	9.6	13,7
∆t2	16,4	18
∆t3	30	24.3
сумма	56	56

12. Определение площади поверхности нагрева:

Отношение	Вариант равной площади поверхности корпусов	Вариант минимальной общей площади поверхности корпусов
F1	174	94,3
F2	174,5	94
F3	174	94
сумма	522,5	282,3

Следовательно, при равных площадях поверхностей корпусов общая площадь поверхности нагрева больше на 46 %.