Расчет трехкорпусной выпарной установки непрерывного действия Министерство образования и науки Украины Национальный Технический Университет «Харьковский Политехнический Институт» Кафедра Общей химической технологии, процессов и аппаратов Курсовой проект Тема проекта: Расчет трехкорпусной выпарной установки непрерывного действия Проектировал студент Шорин В. В.. гр. Н-48 Руководитель проекта Новикова Г. С. Харьков 2010 г. Введение Технологическая схема выпарной установки В химической промышленности для концентрирования растворов нелетучих и мало летучих веществ широко применяется процесс выпаривания. Наиболее целесообразно для этого использовать многокорпусные выпарные установки непрерывного действия (МВУ). МВУ состоят из нескольких корпусов, в которых вторичный пар предыдущего корпуса используется в качестве греющего пара для последующего корпуса. В этих установках первичным паром обогревается только первый корпус. В многокорпусных выпарных установках достигается значительная экономия греющего пара по сравнению с однокорпусными установками той же производительности. Принципиальная технологическая схема трехкорпусной вакуум-выпарной установки непрерывного действия представлена на рис.1.1. Исходный раствор подается из емкости 1 центробежным насосом 2 через теплообменник 3 в первый корпус выпарной установки 4 . В теплообменнике 3 исходный раствор нагревается до температуры близкой к температуре кипения раствора в первом корпусе выпарной установки. Первый корпус установки обогревается свежим (первичным) паром. Вторичный пар, образующийся при кипении раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего пара во второй корпус 5 ; сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из первого корпуса. Аналогично упаренный раствор из второго корпуса подается в третий корпус 6 , обогреваемый вторичным паром второго корпуса. Упаренный до конечной концентрации в третьем корпусе готовый продукт поступает из него в емкость 10 . По мере прохождения из корпуса в корпус давление и температура пара понижаются, и из последнего (третьего) корпуса пар с низким давлением отводится в барометрический конденсатор смешения 7 , в котором при конденсации пара создается вакуум. Раствор и вторичный пар перемещаются из корпуса в корпус самотеком благодаря общему перепаду давления, возникающего в результате избыточного давления в первом корпусе и вакуума в последнем. Воздух и неконденсирующиеся газы, поступающие в установку с охлаждающей водой (в конденсаторе) и через неплотности трубопроводов, отсасываются через ловушку 8 вакуум-насосом. Смесь охлаждающей воды и конденсата сливается самотеком через барометрическую трубу в бак-гидрозатвор 9 .Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов и теплообменника выводится с помощью конденсатоотводчиков. Выбор выпарных аппаратов Конструкция выпарного аппарата должна удовлетворять ряду общих требований, к числу которых относятся: высокая производительность и интенсивность теплопередачи при возможно меньших объеме аппарата и расходе металла на его изготовление, простота устройства, надежность в эксплуатации, легкость чистки поверхности теплообмена, осмотра и ремонта. Вместе с тем выбор конструкции и материала выпарного аппарата определяется в каждом конкретном случае физико-химическими свойствами раствора. Для выпаривания растворов небольшой вязкости (до 8 мПа∙с) без образования кристаллов, чаще всего используют выпарные аппараты с естественной циркуляцией. Высоковязкие и кристаллизующиеся растворы выпаривают в аппаратах с принудительной циркуляцией. Растворы чувствительные к повышенным температурам рекомендуется выпаривать в роторно-пленочных выпарных аппаратах, а растворы склонные к пенообразованию – в прямоточных аппаратах с восходящей пленкой. Типы и основные размеры выпарных аппаратов представлены в ГОСТ 11987–81, и каталогах УКРНИИХИММАШа [11,12]. Задание на расчет выпарной установки Цель расчета выпарной установки – расчет материальных потоков, затрат тепла и энергии, размеров основного аппарата, расчет и выбор вспомогательного оборудования, входящего в технологическую схему установки. Задание на курсовое проектирование Рассчитать и спроектировать трехкорпусную выпарную установку непрерывного действия для концентрирования водного раствора по следующим данным: 1. Производительность установки по исходному раствору –8000 кг/ч; 2. Концентрация раствора: начальная – 5% масс.; конечная – 15 % масс.; 3. Давление греющего пара –Р=0,4 МПа; 4. Давление в барометрическом конденсаторе –,Р=0,0147 МПа; 5. Раствор подается в первый корпус подогретым до температуры кипения; 6. Схема выпаривания - прямоточная; циркуляция естественная 1. Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов Технологический расчёт выпарных аппаратов заключается в определении поверхности теплопередачи. Поверхность теплопередачи выпарного аппарата определяется по основному уравнению теплопередачи , (1.1) где – поверхность теплопередачи, м2 ; – тепловая нагрузка, Вт; – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 ∙К); – полезная разность температур, К. Для определения тепловых нагрузок, коэффициентов теплопередачи и полезных разностей температур необходимо знать распределение упариваемой воды, концентрации растворов по корпусам и их температуры кипения. Первоначально определим эти величины по материальному балансу, в дальнейшем уточним их по тепловому балансу. 1.1 Расчёт концентраций выпариваемого раствора Производительность установки по выпариваемой воде определяем по формуле: , (1.2) где – производительность по выпаренной воде, кг/с; – производительность по исходному раствору, кг/с; – соответственно начальная и конечная концентрация раствора, масс. доли, кг/с. На основании практических данных принимаем, что выпариваемая вода распределяется между корпусами в соотношении Тогда: Проверка: W 1 + W 2 + W 3 = W =0,45+0,49+0,54=1,76 кг/с. Рассчитываем концентрации растворов в корпусах: Концентрация раствора в третьем корпусе соответствует заданной концентрации упаренного раствора . 1.2 Определение температур кипения раствора Температура кипения раствора в корпусе определяетсякак сумма температур греющего пара последующего корпуса и температурныхпотерь , (1.3) где – соответственно температурная, гидростатическая и гидравлическая депрессии, К. Для определения температур греющего пара примем, что перепад давлений в установке ∆P распределяется между корпусами поровну: , (1.4) где P Г1 – давление греющего пара в первом корпусе, МПа; P бк – давление в барометрическом конденсаторе, МПа. Тогда давление греющих паров, МПа, в корпусах составляет: P Г1 =0,4МПа P Г2 = P Г1 – ∆P = 0,4 – 0,1284 = 0,2716 МПа P Г3 = P Г2 – ∆P = 0,2716 – 0,1284 = 0,1432 МПа P бк = P Г3 – ∆P = 0,1432 – 0,1284 = 0,0148 МПа По давлению греющего пара находим его температуру и теплоту парообразования (табл. 2.1) по корпусам. Таблица 1.1 – Температуры и теплоты парообразования Давление, МПа Температура, ºС Теплота парообразования, кДж/кг P Г1 =0,4 t Г1 =143,6 r Г1 =2139 P Г2 =0,2716 t Г2 =129,78 r Г2 =2180 P Г3 =0,1432 t Г3 =110,4 r Г3 =2234 P бк =0,0148 t бк =53,71 r бк =2372,3 1.2.1 Определение температурных потерь Температурные потери в выпарном аппарате обусловлены температурной , гидростатической и гидродинамической депрессиями. а) Гидродинамическая депрессия вызвана потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трения и местных сопротивлений паропроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчётах принимают = 1,0 – 1,5 ºС на корпус. Примем = 1 ºС, тогда температуры вторичных паров в корпусах равны: t вп1 = t Г2 + = 129,78+1=130,78 ºС t вп2 = t Г3 + = 110,4+1=111,4С t вп3 = t бк + =53,71+1=54,71 ºС Сумма гидродинамических депрессий: ºС По температурам вторичных паров определим их давления и теплоты парообразования (табл. 2.2). Таблица 1.2 – Давления и теплоты парообразования Температура,ºС Давление, МПа Теплота парообразования, кДж/кг tвп1=130,78 Pвп1=0,2787 rвп1=2177 tвп2=111,4 Pвп2=0,1504 rвп2=2230 tвп3=54,71 Pвп3=0,0155 rвп3=2367 б) Гидростатическая депрессия обусловливается наличием гидростатического эффекта, заключающегося в том, что вследствие гидростатического давления столба жидкости в трубах выпарного аппарата температура кипения раствора по высоте труб неодинакова. Величина не может быть точно рассчитана ввиду того, что раствор в трубах находится в движении, причем величина зависит от интенсивности циркуляции и изменяющейся плотности парожидкостной эмульсии, заполняющей большую часть высоты кипятильных труб. Приблизительно расчет возможен на основе определения температуры кипения в среднем поперечном сечении кипятильных труб. Величина определяется как разность температуры кипения в среднем слое труб и температуры вторичного пара (): (1.5) Для того, чтобы определить нужно найти давление в среднем слое (P ср ) и по этому давлению определить температуру в среднем слое (по таблице свойств насыщенного водяного пара). Плотность парожидкостной эмульсии в трубах при пузырьковом режиме кипения принимается равной половине плотности раствора. Плотность раствора (при 100 °С) определяется в зависимости от концентрации раствора в корпусе. Давление в среднем сечении кипятильных труб (в МПа) равно сумме давлений вторичного пара в корпусе и гидростатического давления столба жидкости (∆P ср ) в этом сечении трубы длиной H : P ср = P вп + ∆ P ср = P вп + Для выбора значения H нужно ориентировочно определить поверхность теплопередачи выпарного аппарата. При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляцией q = 10000 ÷ 30000 Вт/м2 .Примем q = 10000 Вт/м2 . Тогда поверхность теплопередачи первого корпуса ориентировочно будет равна: По ГОСТ 11987—81 для выпарного аппарата с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой ближайшая будет поверхность – 63 м2 при диаметре труб 38x2 мми длине труб Н = 4000 мм. Давления в среднем слое кипятильных труб корпусовравны: P 1ср = P вп1 + МПа P 2ср = P вп2 + МПа P 3ср = P вп3 + МПа Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты парообразования (табл. 1.3): Таблица1.3 – Температуры кипения и теплоты парообразования Давление, МПа Температура,ºС Теплота парообразования, кДж/кг P 1ср = 0,2872 t 1ср =131,9 r 1ср =2173,5 P 2ср = 0,1611 t 2ср =113,4 r 2ср =2225 P 3ср = 0,0268 t 3ср =62,3 r 3ср =2374 Определяем гидростатическую депрессию по корпусам Сумма гидростатических депрессий составляет: в) Температурная депрессия определяется по уравнению: , (1.6) где Т ср =(t ср + 273), К; – температурная депрессия при атмосферном давлении, ºС; – теплота парообразования вторичного пара, кДж/кг. Определяется величина как разность между температурами кипения раствора и чистого растворителя (воды) при атмосферном давлении. Температуры кипения раствора при атмосферном давлении в зависимости от концентрации даны в справочной литературе. Находим значение по корпусам: ºС ºС ºС Сумма температурных депрессий равна: Тогда температуры кипения растворов по корпусам равны: ºС ºС ºС 1.3 Расчёт полезной разности температур Необходимым условием передачи тепла в каждом корпусе является наличие некоторой полезной разности температур греющего пара и кипящего раствора. Полезные разности температур по корпусам равны: ºС ºС ºС Общая полезная разность температур: ºС Проверим общую полезную разность температур: 1.4 Определение тепловых нагрузок Расход греющего пара в первом корпусе, производительность каждого корпуса по выпариваемой воде и тепловые нагрузки по корпусам определяются путем совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнениями баланса по воде для всей установки: (1.7) , а , то (1.8) (1.9) (1.10) W = W 1 + W 2 + W 3 , (1.11) гдеD – расход греющего пара в первом корпусе, кг/с; Н, h – энтальпия пара и конденсата, соответственно, Дж/кг; 1,03, 1,02, 1,01 – коэффициенты, учитывающие 3;2;1 % потерь тепла в окружающую среду по корпусам, соответственно (потери тепла обычно принимают в размере 2 ÷ 6% от тепловой нагрузки аппарата); C – удельная теплоемкость, Дж/кг∙К; – теплота концентрирования по корпусам. Величинами пренебрегаем, поскольку эти величины значительно меньше принятых потерь тепла; t н – температура кипения исходного раствора, подаваемого в первый корпус, – температура кипения в i -ом корпусе. , где – температурная депрессия для исходного раствора; с н , с 1 , с 2 – теплоёмкость растворов при концентрациях , кДж/(кг×К) Теплоёмкость (в кДж/(кг×К)) разбавленных водных растворов ( < 20%) рассчитывается по формуле: (1.12) Подставим известные значения в уравнения. W = 1,48 = W 1 + W 2 + W 3 1,48 = + + Oтсюда :D = 0,2286 кг/с. Тогда: W 1 = 0,954×0,2286 – 0,0141 = 0,204 кг/с W 2 = 0,875×0,2286 + 0,58 = 0,78 кг/с W 3 = 0,7001×0,2286 + 0,336 = 0,496 кг/с Проверка W = W 1 + W 2 + W 3 = 0,204+0,78+0,496= 1,48 кг/с Определим тепловые нагрузки, кВт Q 1 = D ∙2139 = 0,2286∙2139=488,98 Q 2 = W 1 ∙2180 = 0,204∙2180=444,72 Q 3 = W 2 ∙2234 =0,78∙2234= 1742,52 Полученные данные сводим в табл.1.4. Таблица 1.4 – Параметры растворов и паров по корпусам Параметр Корпус 1 2 3 Производительность по испаряемой воде W ,кг/с 0,204 0,78 0,496 Концентрация растворов x , % 6,5 8,7 15 Температура греющих паров t Г , ºC 143,6 129,78 110,4 Температура кипения раствора t к ,ºC 133,37 115,19 64,8 Полезная разность температур ∆t п , ºC 10,23 14,59 45,6 Тепловая нагрузка Q , кВт 488,98 444,72 1742,52 1.5 Расчет коэффициентов теплопередачи Коэффициент теплопередачи рассчитываем, исходя из того, что при установившемся процессе передачи тепла справедливо равенство: (1.13) Коэффициент теплопередачи К в [Вт/(м2 К)] можно рассчитать по уравнению: , (1.14) где q – удельная тепловая нагрузка, Вт/м2 ; q = Q /F ; и – коэффициенты теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке и от стенки к кипящему раствору соответственно, Вт/(м2 ∙К); – сумма термических сопротивлений стенки загрязнений и накипи, (м2 ∙К/Вт); – разность температур между греющим паром и стенкой со стороны пара в первом корпусе, ºС; – перепад температур на стенке, ºС; – разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, °С. Коэффициент теплоотдачи рассчитываем по уравнению: , (1.15) где – теплота конденсации греющего пара, Дж/кг; – разность температур конденсата пара и стенки, ºС; – соответственно плотность, кг/м3 , теплопроводностьВт/(м∙К)и вязкость конденсата, Па∙с, при средней температуре плёнки: Первоначально принимаем ºС. Значения физических величин конденсата берём при t пл = 142,85ºС. Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору в условиях его естественной циркуляции для пузырькового режима в вертикальных трубах равен: , (2.16) где – плотность греющего пара в первом корпусе, – плотность пара при атмосферном давлении; – соответственно, теплопроводность, поверхностное натяжение, теплоемкость и вязкость раствора в первом корпусе. Значения величин, характеризующих свойства растворов NaOH , представлены в таблице 1.5. Параметр Корпус 1 2 3 Плотность раствора, , кг/м3 1012,88 1031,88 1088,22 Вязкость раствора, 1,151 1,2258 1,51 Теплопроводность раствора, 0,5912 0,5886 0,5815 Поверхностное натяжение, 73,4 74,28 77,0 Теплоёмкость раствора, 3923 3831 Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок: Как видим Для второго приближения примем Очевидно, что Для определения строим графическую зависимость тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой (см. рис. 1.1) и определяем = 1,1 ºС. Проверка: Как видим Рассчитываем коэффициент теплопередачи К 1 в первом корпусе: Коэффициент теплопередачи для второго корпуса К 2 и третьего К 3 можно рассчитывать так же , как и коэффициент К1 или с достаточной точностью воспользоваться соотношением коэффициентов , полученных из практики ведения процессов выпаривания .Эти соотношения варьируются в широких пределах: К1 : К2 : К3 = 1 :(0,85 0,5) (0,7 0,3) Поскольку – СaCl2 –соль, соотношение коэффициентов принимаем по верхним пределам. К1 : К2 : К3 = 1 : 0,85: 0,7 К2 = К1 0,85 = 1096,5 0,85 =932 К3 = К1 0,7 = 767,55 1.7 Распределение полезной разности температур Полезные разности температур в корпусах установки находим из условия равенства их поверхностей теплопередачи: , (1.21) где – общая полезная разность температур выпарной установки; – отношение тепловой нагрузки к коэффициенту теплопередачи в корпусе; i = 1,2,3 – номер корпуса. Проверим общую полезную разность температур установки: Поскольку рассчитаны величины тепловых нагрузок, коэффициентов теплопередачи и полезной разности температур по корпусам, следовательно, можно найти поверхность теплопередачи выпарных аппаратов: Полученные значения поверхности теплопередачи сравниваем с определенной ранее ориентировочной поверхностью F ор =49 м2 . Различие незначительное. Значит, размеры выпарных аппаратов выбраны правильно. По ГОСТ 11987 выбираем аппарат с поверхностью теплообменаF =63м2 и длиной труб Н = 4 м. Основные технические характеристики выпарного аппарата представлены в таблице 1.6. Таблица 1.6 – Техническая характеристики выпарного аппарата. F при диаметре трубы 38х2 и длине Н = 4000мм Диаметр греющей камеры D , мм Диаметр сепаратораD с , мм Диаметр циркуляционной трубы D 2 , мм Высота аппарата Н а , мм 63 800 1600 500 15500 1.8 Определение толщины тепловой изоляции Толщину тепловой изоляции находим из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции в окружающую среду: , (1.22) где – коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляции к воздуху, Вт/(м2 К) ; – температура изоляции со стороны воздуха, ° С; Для аппаратов, работающих внутри помещения выбирают в пределах 35 ÷ 45 ºС, а для аппаратов, работающих на открытом воздухе в зимнее время – в интервале 0 ÷ 10 ºС.; – температура изоляции со стороны аппарата, ºС (температуру t ст1 можно принимать равной температуре греющего пара, ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции); – температура окружающей среды (воздуха), ºС; – коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(мК). В качестве изоляционного материала выбираем совелит, который содержит 85% магнезии и 15 % асбеста. Коэффициент теплопроводности совелита Толщина тепловой изоляции для первого корпуса: Такую же толщину тепловой изоляции принимаем для второго и третьего корпусов. 2. Расчет вспомогательного оборудования 2.1 Расчет барометрического конденсатора Для создания вакуума в выпарных установках применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качество охлаждающего агента используют воду, которая подается в конденсатор чаще всего при температуре окружающей среды (около 20 ºС). Смесь охлаждающей воды и конденсата выходит из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянного вакуума в системе вакуум-насос постоянно откачивает неконденсирующиеся газы. 2.1.1 Определение расхода охлаждающей воды Расход охлаждающб ей воды G в (в кг/с) определяем из теплового баланса конденсатора: , (2.1) где – энтальпия пара в барометрическом компенсаторе, кДж/кг; – теплоёмкость воды, кДж/(кг К); С в =4190 кДЖ/(кгК); - начальная температура охлаждающей воды, ºС; tн = 10 20 ºС - конечная температура смеси воды и конденсата, ºС. Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора составляет 3 ÷ 5 град., поэтому конечную температуру воды принимают на 3 ÷ 5 град. ниже температуры конденсации паров: ºС Тогда 2.1.2 Расчет диаметра барометрического конденсатора Диаметр барометрического конденсатора ‚ определяем из уравнения расхода , (2.2) где – плотность пара, кг/м3 выбираемая по давлению пара в конденсаторе P бк ; – скорость пара, м/с, принимаемая в пределах 15 ÷ 25 м/с. По нормалям НИИХИММАШа подбираем барометрический конденсатор диаметром d бк = 600 мм с диаметром трубы d бт = 150 мм. 2.1.3 Расчет высоты барометрической трубы Скорость воды в барометрической трубе Высота барометрической трубы , (2.3) где В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па; – сумма коэффициентов местных сопротивлений; – коэффициент трения в барометрической трубе; – высота и диаметр барометрической трубы, м; 0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления. , где – коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из неё. Коэффициент трения зависит от режима движения воды в барометрической трубе. Определим режим течения воды в барометрической трубе: где – вязкость воды, Па∙с, определяемая по номограмме при температуре воды t ср . Для гладких труб при Re = 123250, 2.2 Расчёт производительности вакуум – насоса Производительность вакуум-насоса G возд определяется количеством воздуха, который необходимо удалять из барометрического конденсатора: , (2.4) где 2,5∙10-5 – количество газа, выделяющегося из 1 кг воды; 0,01 – количество газа, подсасываемого в конденсатор через уплотнения на 1 кг паров. Тогда Объёмная производительность вакуум-насоса , (2.5) где R – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль К); M в – молекулярнаямассавоздуха, кг/кмоль; t в – температура воздуха, ºС; Р в – парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па. Температура воздуха ºС давление воздуха , (2.6) где Р п – давление сухого насыщенного пара при t в , Па. При температуре воздуха 27,07ºС, Р п = 0,038∙9,8∙104 Па. . Тогда Зная объёмную производительность воздуха и остаточное давление в конденсаторе Р бк , по каталогу подбираем вакуум-насос типа ВВН – 3мощность на валу . Удельный расход энергии на тонну упариваемой воды, , . 2.3 Определение поверхности теплопередачи подогревателя Поверхность теплопередачи подогревателя (теплообменника) F п ,м2 определяем по основному уравнению теплопередачи: , (2.7) где – тепловая нагрузка подогревателя, Вт определяется из теплового баланса теплообменника: К п – коэффициент теплопередачи, Вт/(м К), К п = 120 ÷ 340; – средняя разность температур между паром и раствором, ºС; – количество начального раствора, кг/с, и его теплоёмкость, Дж/(кг∙К); – начальная температура исходного раствора, ºС; – температура раствора на выходе из теплообменника, ºС, равная температуре с которой раствор входит в первый корпус. t 1н = 143,6ºС пар t 1к = 143,6ºС t 2н = 20ºС раствор t 2к = 129,9ºС Так как отношение , то величину определим как среднелогарифмическую: Тогда поверхность теплообменника Площадь поверхности теплопередачи теплообменника принимается на 10—20 % больше расчетной величины: На основании найденной поверхности по ГОСТ 15122 – 79 выбираем кожухоторубчатый одноходовой теплообменник с такими параметрами: площадь поверхности теплопередачи F = 65 м2 , число труб n = 283длина труб l = 3 м, диаметр труб 25 х 2 мм, диаметр кожуха D = 600 мм . 2.4 Расчёт центробежного насоса Основными типами насосов, используемых в химической технологии, являются центробежные, осевые и поршневые. Для проектируемой выпарной установки используем центробежный насос. При проектировании обычно возникает задача определения необходимого напора Н и мощности N при заданной подаче (расходе) жидкости Q , перемещаемой насосом. Далее по найденному напору и производительности насоса определяем его марку, а по величине мощности на валу – тип электродвигателя к насосу. Мощность на валу насоса, кВт, , (2.8) где Q – производительность насоса, м3 /c; Н – напор, развиваемый насосом, м; – к.п.д. насоса, = 0,4 ÷ 0,9; –к.п.д. передачи (для центробежногонасоса = 1). Напор насоса , (2.9) где Р 1 – давление жидкости для исходного раствора (атмосферное), Па; Р 2 – давление вторичного пара в первом корпусе, Па; Н Г – геометрическая высота подъема раствора, м, Н Г = 8 ÷ 15 м; h п – напор, теряемый на преодоление гидравлических сопротивлений (трения и местных сопротивлений) в трубопроводе и теплообменнике, м. Потери напора , (2.10) где и – потери напора соответственно в трубопроводе и в теплообменнике, м. В связи с громоздкостью расчета потери напора в теплообменнике можно не рассчитывать и принимать их в пределах , в зависимости от скорости движения раствора в трубах теплообменника, длины, количества труб и числа ходов теплообменника; w – скорость раствора, м/с, w = 0,5 ÷ I,5 м/с; l иd – длина и диаметр трубопровода, м; l = 10 ÷ 20 м; – коэффициент трения; – сумма коэффициентов местных сопротивлений. Определим диаметр трубопровода из основного уравнения расхода: Для определения коэффициента трения рассчитываем величину Rе: , (2.11) где плотность, кг/м3 и вязкость, Па∙с исходного раствора; при концентрации x = 5%; Для гладких труб при Re = 49168 по задачнику Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений : Коэффициент местных сопротивлений равны: вход в трубопровод = 0,5; выход из трубопровода = 1,0; колено с углом 90º (дл--+я трубы d = 54 мм); = 1.1; вентиль прямоточный = (для трубы d = 24,6 мм); ; Примем потери напора в теплообменнике и аппарата плюс 2 метра,Н Г = 6,5 + 2 = 8,5 м. Тогда, по формулам (2.8) и (2.9) ; . По приложению табл. П11 устанавливаем, что данным подаче и напору больше всего соответствует центробежный насос марки X8/30, для которого в оптимальных условиях работы Q = 2,4 10-3 м3 /с, H = 30 м. Насос обеспечен электродвигателем АО2 – 32 – 2 номинальной мощностью N = 4 кВт. По мощности, потребляемой двигателем насоса, определяем удельный расход энергии: 2.5 Расчёт объёма и размеров емкостей Большинство емкостей представляют собой вертикальные или горизонтальные цилиндрические аппараты. При проектировании емкостей основными руководящими документами являются нормали и Государственные стандарты. По номинальному объему аппарата выбирают его основные конструктивные размеры (диаметр, высоту), которые должны соответствовать ГОСТ 9941 – 72, ГОСТ 9671 – 72. Длина (высота) емкостей принимается равной (1 ÷1,5) D н . Расчет емкостей для разбавленного и упаренного раствора ведем из условий шестичасовой (сменной) работы выпарного аппарата, т.е. ч. 0бъём емкости для разбавленного (исходного) раствора , (2.12) где – количество (кг/ч) и плотность (кг/м3 ) исходного раствора; – коэффициент заполнения емкости, = 0,85 - 0,95. Для удобства работы устанавливаем три емкости объемом 20м3 . Принимаем диаметр емкости равным D = 2,6м. Тогда длина ее l = 3,8, м. Объем емкости упаренного раствора , (2.13) где – количество (кг/ч) и плотность (кг/м3 ) упаренного раствора. Устанавливаем емкость объемом 8 м3 диаметром 2 м и длиной 2,6 м. 3.6 Определение диаметра штуцеров Штуцера изготовляют из стальных труб необходимого размера. По ГОСТ 9941 – 62 применяют трубы следующих диаметров: 14, 16, 18, 20, 22, 25, 32, 38, 45, 48, 57, 70, 76, 90, 95, 108, 133, 159, 194, 219, 245, 273, 325, 377, 426. Диаметр штуцеров определим из основного уравнения расхода: , (2.14) где V c – расход раствора или пара, м3 /с; w – средняя скорость потока, м/с. Диаметр штуцера для разбавленного раствора Диаметр штуцера для упаренного раствора Диаметр штуцера для ввода греющего пара в первом корпусе , (2.15) где – расход пара, кг/с; – плотность пара при давлении его Р Г1 , кг/м3 ; (при Р Г1 = 0,4 МПа = 2,16 кг/м3 ). 2.7 Подбор конденсатоотводчиков Для отвода конденсата и предотвращения проскока пара в линию отвода конденсата теплообменные аппараты, обогреваемые насыщенным водяным паром, должны снабжаться конденсатоотводчиками. Расчет и подбор стандартного поплавкового конденсатоотводчика по ГОСТ 15112 – 69 заключается в определении диаметра условного прохода по максимальному коэффициенту пропускной способности k и в выборе по найденной величине D у конструктивных размеров аппарата [3]. Значение максимального коэффициента пропускной способности определяется в зависимости от расхода конденсата в (т/ч) и перепада давлений (кгс/см2 ) между давлением до конденсатоотводчика и после него: (2.16) Давление до конденсатоотводчика Р 1 следует принимать равным 90 – 95 % от давления греющего пара, поступающего в аппарат, за которым установлен конденсатоотводчик; давление после конденсатоотводчика принимается в зависимости от его типа и от величины давления в аппарате, но не более 40 % этого давления. P 1 = 3,92∙0,9 = 3,53 кгс/см2 ; P 1 = 3,92∙0,4 = 1,568кгс/см2 ; =3,92– 1,568= 2,35 кгс/см2 . Количество конденсата G равняется количеству пара, поступающего в греющую камеру аппарата, т.е. G = 0,2286 кг/с = 0,823 т/ч. Тогда Согласно зависимости при К = 2,11 т/ч конденсатоотводчик должен иметь диаметр условного прохода D у = 32 мм. По этой величине диаметра условного прохода выбираем конструктивные размеры конденсатоотводчика. Список источников информации 1. Касаткин А.Г. Основные процесс и аппараты химической технологии: Химия, I97I. 784 с. 2. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1976. 550 с. 3. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Под ред. Ю.И.Дытнерского. - М.: Химия, 1983. 272 с. 4. Методические указания к выполнению курсового проекта «Расчет выпарной установки» по курсу «Процессы и аппараты химической технологии» -Харьков- НТУ«ХПИ»,2004.55с.