- •Многокорпусная выпарная установка с равными поверхностями нагрева
- •Оглавление
- •Основные условные обозначения.
- •Индексы
- •1. Цель и задачи курсового проектирования
- •2. Проработка общих вопросов
- •2.1. Выбор места размещения установки
- •2.2. Теплофизические свойства раствора, водяного пара и его конденсата
- •2.3. Выбор типа выпарного аппарата
- •2.4. Конструкционный материал выпарных аппаратов
- •2.5. Технологическая схема выпарной установки
- •3. Расчет1подогревателя исходного раствора
- •3.1. Расчет тепловой нагрузки
- •3.2. Расход греющего пара в подогревателе
- •3.3. Расчет требуемой поверхности теплообмена подогревателя
- •4. Расчет выпарных аппаратов
- •4.1 Расчет поверхности теплообмена греющих камер выпарных аппаратов
- •Алгоритм расчета.
- •4.2. Размеры сепарационного пространства.
- •4.3. Тепловая изоляция аппарата
- •4.4. Диаметры штуцеров и трубопроводов для материальных потоков
- •4.5. Механический расчет элементов аппарата
- •5. Блок создания и поддержания вакуума
- •5.1. Расчет барометрического конденсатора смешения
- •5.2 Расчет и выбор вакуум-насоса.
- •6. Расчет и выбор вспомогательного оборудования
- •6.1 Перекачивающие насосы.
- •6.2 Конденсатоотводчики.
- •6.3 Емкости
- •7. Оформление кусового проекта
- •7.1 Расчетно-пояснительная записка
- •7.2 Графическая часть проекта.
- •7.3 Защита проекта.
- •Приложение 1. Теплофизические свойства растворов некоторых солей.
- •1.2. Плотность ()
- •1.3. Кинематическая вязкость ( )
- •1.4. Теплоемкость ()
- •1.5. Критерий прандтля
- •1.6. Коэффициент температуропроводности ()
- •Приложение 2 физические свойства воды и водяного пара на линии насыщения
- •2.1. Физические свойства воды на линии насыщения
- •2.2. Физические свойства водяного пара на линии насыщения
- •Приложение 3 пример расчета подогревателя
- •Приложение 4 уточненный выбор конструкции теплообменника и его размеров
- •Приложение 5 пример расчета двухкорпусной выпарной установки
- •Расчет температуры кипения t2 и температурной депрессии 2 для II корпуса
- •Расчет комплексов а1 и а2.
- •Расчет величин b01 и b02.
- •Пример расчета барометрического конденсатора смешения и вакуум-насоса
- •Рекомендуемая литература
Алгоритм расчета.
1. Определяют общее количество удаляемого растворителя W по формуле типа (9.6): . Оно распределяется по корпусам – либо поровну, либо с учетом экстра-пара, тогда. Для двух корпусов,,и.
2. По предварительно найденным Wi рассчитывают концентрации ai (i=1,2,3,…,N-1) и по ним – температурные депрессии δi в корпусах: поначалу стандартные (так как неизвестны давления в корпусах), а для последнего корпуса – точная, так как рабочее давление там известно.
а. Для последнего корпуса (например, третьего) значения t3, Θ3 и δ3 находятся строго, т.к. здесь точно известны концентрация a3 и давление P3: по правилу Бабо, с поправкой для концентрированных растворов, как рекомендовано в [1].
Согласно правилу Бабо отношения давления паров растворителя над раствором P к давлению паров над чистым растворителем PS при температуре кипения раствора не зависит от рабочего давления и температуры кипения
(16)
|
где индекс «ст» означает стандартные условия.
Определение температуры кипения раствора t при любом рабочем давлении P не вызывает затруднений; для этого следует:
–по известной температуре кипения раствора tст в стандартных условиях (P=1атм) найти величину (PS)ст и рассчитать константу Бабо;
–при заданном рабочем давлении P рассчитать PS;
–по PS – отыскать искомую температуру кипения раствора t;
–найти депрессию в рабочих условиях .
Алгоритм такого расчета может быть представлен схемой:
tст → (по таблице насыщенного пара) →(PS)ст →(по (16)) → PS → (по таблице насыщенного пара) → t →
б. Для предыдущих корпусов (первого и второго) депрессии δ берутся в предположении, что давления в них мало отличаются от атмосферного: δ1 и δ2 принимают стандартными при a1 и a2. Но возникает вопрос с концентрациями a1 и a2 в корпусах I и II. В предварительном варианте их можно определить из предположения равенства количеств выпаренной воды в корпусах (см. пункт 1 этого алгоритма расчета):
Для трех корпусов
(17)
|
Общее количество выпаренной воды
(18), (9,6)
|
а концентрации a1 и a2 определяются из аналогичных формул:
(19), (9,6)
(19), (9,6)
|
в. Гидравлические депрессии между корпусами принимают равными 1–2 градуса (из опыта эксплуатации выпарных установок).
3. Суммарную полезную разность температур, рассчитанную по формуле (9.23), предварительно распределяют по корпусам – либо поровну , либо с учетом ухудшения условий теплопередачи, напримерили каким-либо иным образом, в частности.
4. Находят параметры ведения процесса в корпусах, используя формулы , а также энтальпии насыщенных водяных паров и их давления – в зависимости от установленных температур. Рассчитывают величиныAi (задавшись высотой труб H) и B0i.
Параметры ведения процесса по предварительному распределению полезной разности температур на,, иудобно занести в таблицу 1 (сразу же резервируют место для окончательного вариантаI-го приближения, а также – для II-го приближения – при необходимости). Сначала вносятся значения параметров, не изменяющиеся от приближения к приближению: T1, t3, δ3, θ3. Затем находят (аужепредварительно принято); (уже найдено);и т.д. Таблица, если нет арифметических ошибок, сойдется:. Затем заполняются строки ниже горизонтальной линии, разделяющей таблицу:PГР i (по Ti) и Pi (по θi), а также hi (по Ti или PГР i) и ii (по θi или Pi). Таблица предварительного варианта I-го приближения должна быть полностью заполнена.
Таблица 1. Значения параметров процесса.
N N n/n |
Параметр |
Символ |
Раз- мер-ность |
I приближение |
II приближение | |||||||||||||
Предварительный вариант |
Окончательный вариант |
Iк |
IIк |
IIIк | ||||||||||||||
Iк |
IIк |
IIIк |
Iк |
IIк |
IIIк |
|
|
| ||||||||||
1. |
Температура греющего пара |
T |
0C |
T1 |
T2 |
T3 |
T1 |
. |
. |
T1 |
. |
. | ||||||
2. |
Полезная разность температур |
∆ |
0C |
∆1 |
∆2 |
∆3 |
∆1 |
∆2 |
∆3 |
∆1 |
∆2 |
∆3 | ||||||
3. |
Темпер. кипения раствора |
t |
0C |
t1 |
t2 |
t3 |
t1 |
: |
t3 |
: |
: |
t3 | ||||||
4. |
Температурная депрессия |
δ |
0C |
δ1 |
δ2 |
δ3 |
: |
: |
δ3 |
: |
: |
δ3 | ||||||
5. |
Темпер. втор. пара |
θ |
0C |
θ1 |
θ2 |
θ3 |
: |
: |
θ3 |
: |
: |
θ3 | ||||||
6. |
Гидравлическая депрессия |
δг |
0C |
δг1 |
δг2 |
- |
: |
: |
- |
: |
: |
- | ||||||
7. |
Концентрация р-ра. |
a |
кг/кг |
a1 |
a2 |
a3 |
: |
: |
: |
: |
: |
: | ||||||
8. |
Давление греющего пара. |
pгр |
МПа |
pгр1 |
pгр2 |
pгр3 |
: |
: |
: |
: |
: |
: | ||||||
9. |
Давление втор. пара. |
p |
МПа |
p1 |
p2 |
p3 |
: |
: |
: |
: |
: |
: | ||||||
10. |
Энтальпия греющего пара |
h |
кДж/кг |
h1 |
h2 |
h3 |
: |
: |
: |
: |
: |
: | ||||||
11. |
Энтальпия втор. пара. |
i |
кДж/кг |
i1 |
i2 |
i3 |
: |
: |
: |
: |
: |
: |
На основе таблицы 1 (для предварительного варианта) рассчитывают значения Ai и B0i. При этом входящую в Ai высоту труб H либо принимают (от 2 до 6м), либо находят по каталогам на основе ориентировочной поверхности теплообмена Fор (например, , гдеиизвестны из предварительного расчета, а величиной коэффициента теплопередачиKор в первом корпусе задаются на уровне 1000÷1500 Вт/м2К [1,3,6,7,10]). Толщину δст находят по сортаменту труб, λст – для выбранного материала труб (раздел 2.4).
5. Корректируют величины wi путем совместного решения системы уравнений тепловых балансов всех корпусов, кроме первого (уравнения (9.20), (9.21) и т.п.), и баланса (17) по удаленному растворителю. Заметим, что в тепловом балансе первого корпуса содержится неизвестная D1 (дополнительное уравнение и дополнительная неизвестная); поэтому на данной стадии расчета он и не рассматривается.
6. Определяют тепловые нагрузки Qi корпусов по формулам (9.19)–(9.21).
7. Находят F по (9.28а) численным методом. Далее по формулам (9.24)–(9.26) учебника [1] с учетом найденной поверхности теплообменника F рассчитывают соответствующее ей распределение по корпусам, то есть значения,,и т.д.
8. Устанавливают параметры ведения процесса в корпусах, соответствующие найденной величине F, по формулам, приведенным в пункте 4 данного алгоритма и заносят в таблицу 1 как окончательный вариант первого приближения.
9. Вновь находят тепловые нагрузки Qi, предварительно опять уточнив величины wi (см пункты 5 и 6).
10. Если рассчитанные по пункту 9 значения Qi для каждого корпуса отличаются от найденных ранее в пределах обусловленной погрешности расчета (например, до 5% при учебном расчете выпарной установки и до 2–3% при проектном для целей производства), то расчет считают законченным. Найденные значения поверхности F по пункту 7, потоков по пункту 9 и параметров процесса по пункту 8 принимают как окончательные. Расход греющего пара в первом корпусе (D1) определяют по формуле (9.13) учебника [1].
При большем расхождении в значениях Qi для какого-либо корпуса необходима корректировка параметров ведения процесса. В этом случае расчет проводят заново, ориентируясь на найденные в пункте 9 значения wi, установленные в пункте 8 параметры процесса, уточненные температурные депрессии с учетом давлений в корпусах, а, следовательно, и . Вычисляют новые значения поверхности теплообмена, находятпо корпусам (см. пункт7). После реализации пунктов 8 и 9 этого алгоритма вновь сравнивают новые значенияQi с полученными в предыдущем расчете и делают вывод о целесообразности следующего приближения.
Выбор стандартного выпарного аппарата производится [6,11,12] по значению F, полученному по уравнению (8). С учетом возможных отложений солей на поверхностях теплообмена (при длительной работе установки) выбирают ближайший больший стандартный аппарат выбранного (заданного преподавателем) типа.
Техническая характеристика выбранного стандартного выпарного аппарата должна быть приведена в пояснительной записке. Важно, чтобы во вновь выбранном аппарате характеристики (высота H труб, толщина стенок труб и другие) были такими же, как и принятые в расчете.