Содержание

1. Определение поверхности теплопередачи 3

1.1. Концентрации упариваемого раствора 3

1.2. Температуры кипения растворов 4

1.3. Полезная разность температур 8

1.4. Определение тепловых нагрузок 8

1.5. Выбор конструкционного материала 9

1.6. Расчёт коэффициентов теплопередачи 10

1.7. Распределение полезной разности температур 15

1.8. Уточнённый расчет 17

2. Определение толщины тепловой изоляции 22

3. Расчёт барометрического конденсатора 23

3.1. Расход охлаждающей воды 24

3.2. Диаметр конденсатора 24

3.3. Высота барометрической трубы 25

4. Расчёт производительности вакуум-насоса 26

5. Конструктивный расчёт 27

Список использованной литературы 29

1. Определение поверхности теплопередачи

Поверхность теплопередачи каждого корпуса выпарной установки определяют по основному уравнению теплопередачи

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

Производительность установки по выпариваемой воде определяют из уравнений материального баланса:

1. Концентрации упариваемого раствора

Распределение концентраций раствора по корпусам установки зависит от соотношений нагрузок по выпариваемой воде в каждом аппарате.

На основании практических данных принимают, что производительность каждого корпуса по выпариваемой воде определяется соотношением: w₁ : w₂ : w₃ = 1,0 : 1,1 : 1,2. Тогда:

Далее рассчитывают концентрации растворов в корпусах:

Концентрация раствора в последнем корпусе x₃ соответствует заданной концентрации упариваемого раствора х_к.

2. Температуры кипения растворов

Общий перепад давлений в установке равен:

В первом приближении общий перепад давлений распределяют между корпусами поровну. Тогда давления греющих паров в корпусах равны:

Давление пара в барометрическом конденсаторе:

что соответствует заданному значению P_Б.К. (P_Б.К = 0,1 ат = 0,01 МПа).

По давлению паров находим их температуры и энтальпии:

Таблица 1.

Давление Р, МПа	Температура t, оС	Энтальпия h’’г.п., кДж/кг	Энтальпия h’конд, кДж/кг	Теплота парообразования r, кДж/кг
PГ.1. = 1,0	tГ.1. = 179,9	277,0	762,6	2014,4
PГ.2. = 0,67	tГ.2. = 163,2	2761,1	689,4	2071,7
PГ.3. = 0,34	tГ.3. = 137,9	2731,2	579,9	2151,3
PБ.К. = 0,01	tБ.К. = 45,8	2584,4	191,84	2392,6

Температура кипения раствора в корпусе отличается от температуры греющего пара в последующем корпусе на сумму температурных потерь ∑∆ от температурной (∆'), гидростатической (∆'') и гидродинамической (∆''') депрессий (∑∆=∆'+∆''+∆''').

Гидродинамическая депрессия обусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчётах принимают ∆'''= 1,0 - 1,5 град на корпус. Примем для каждого корпуса ∆'''=1 град. Тогда температуры вторичных паров в корпусах будут равны:

Сумма гидродинамических депрессий:

По температурам вторичных паров определим их давления

Таблица 2

Температура, ˚С	Давление, МПа
tв.п.1. = 164,2	Pв.п.1. = 0,687
tв.п.2. = 138,9	Pв.п.2. = 0,35
tв.п.3. = 46,8	Pв.п.3. = 0,011

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

(1)

где Р_вп - давление вторичного пара в корпусе, Па; H - высота кипятильных труб в аппарате, м; r - плотность кипящего раствора, кг/м ³; e - паронаполнение (объёмная доля пара в кипящем растворе), м³/м³.

Для выбора значения H необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата F_ор. При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с принудительной циркуляцией q = 40 000 ¸ 80 000 Вт/м². Примем q = 40 000 Вт/м². Тогда поверхность теплопередачи 1-го корпуса ориентировочно равна:

где r₁ - теплота парообразования вторичного пара, Дж/кг.

По приложению 4.2 [1] – ГОСТ 11987-81 выбираем аппарат с принудительной циркуляцией, вынесенной греющей камерой и кипением раствора в трубах (тип IV).

Принимаем высоту кипятильных труб Н = 6 м, при диаметре труб d = 38 мм и толщине стенки s_ст = 2 мм.

При пузырьковом (ядерном) режиме кипения паронаполнение составляет e = 0,4 ¸ 0,6. Примем e = 0,5. Плотность растворов NaCl при температуре 15˚С и соответствующих концентрациях в корпусах равна:

r₁ = 1011,7 (кг/м³);

r₂ = 1018,7 (кг/м³);

r₃ = 1120,6 (кг/м³)

При определении плотности растворов в корпусах пренебрегаем изменением её с повышением температуры от 15 ˚С до температуры кипения ввиду малого значения коэффициента объёмного расширения и ориентировочно принятого значения e.

Давления в среднем слое кипятильных труб корпусов равны:

Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты испарения растворителя:

Таблица 3

Давление, МПа	Температура, ˚С	Теплота испарения, кДж/кг
P1.ср. = 0,7019	t1.ср. = 165,,1	rвп.1. = 2065,5
P2.ср. = 365	t2.ср. = 140,4	rвп.2. = 2143,8
P3.ср. = 0,0275	t3.ср. = 67,1	rвп.3. = 2340,9

Гидростатическая депрессия по корпусам:

Сумма гидростатических депрессий равна:

Температурная депрессия ∆' определяется по уравнению:

(2)

где T - температура паров в среднем слое кипятильных труб, K; ∆'_атм- температурная депрессия при атмосферном давлении.

По таблице теплофизических свойств раствора хлорида натрия и заданным концентрациям находим:

для 1-го корпуса ∆'_атм = 0,685 (˚С)

для 2-го корпуса ∆'_атм 0,765 (˚С)

для 3-го корпуса ∆'_атм 3,5 (˚С)

Тогда температурная депрессия по корпусам равна:

Сумма температурных депрессий ∑∆'=1,03+0,99+2,8=4,82 (˚С)

Температуры кипения растворов в корпусах: