2-х корпусная выпарная установка

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 05 Мая 2014 в 22:22, курсовая работа

Краткое описание

В данной работе я произвел технологический расчет выпарного аппарата. Целью этого расчета является нахождение его поверхности теплообмена. По этому параметру я выбрал аппарат со следующими характеристиками:
1. поверхность теплообмена 40 м2;
2. диаметр трубок 38×2 мм
3. длина трубок 3000 мм
4. диаметр греющей камеры 800 мм
5. диаметр сепаратора 1200 мм
6. диаметр циркуляционной трубы 500 мм
7 .высота аппарата 11000 мм
8. масса аппарата 3000 кг
Далее был выполнен конструктивный расчет, где выбираются:
1. конструкционный материал (сталь Х18Н10Т ГОСТ 5632–72);
2. толщина стенок обечайки;
3. штуцера;
4. фланцы;
5. опоры аппарата;
6. брызгоотделитель,
проверяются диаметры греющей камеры и сепаратора. А также были выполнен технологический расчет полочного конденсатора.

Содержание

Введение
Технологическая схема
Технологический расчет выпарной установки
Конструктивный расчет выпарной установки
Технологический расчет полочного конденсатора
Вывод по работе
Список использованной литературы
Спецификация

Прикрепленные файлы: 1 файл

Курсовой проект.doc

— 412.00 Кб (Скачать документ)

Федеральное агентство по образованию РФ

ГОУ ВПО Ивановский Государственный Химико-Технологический

Университет

 

 

 

Кафедра Процессов и Аппаратов Химической Технологии

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту на тему: 2-х корпусная выпарная

установка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент гр. 4/5

Булякин В. А.

Проверил: Волкова Г. В.

 

 

 

 

 

 

Иваново 2007

Содержание:

 

Задание…………………………………………………………………..2

Содержание………………………………………………………….…..3

Введение…………………………………………………………………4

Технологическая схема…………………………………………………5

Технологический расчет выпарной установки………………….…….6

Конструктивный расчет выпарной установки………………………..10

Технологический расчет полочного конденсатора…………………..15

Вывод по работе…………………………………………………...…...18

Список использованной литературы………………………………….19

Спецификация…………………………………………………………..20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Выпаривание - это процесс концентрирования растворов нелетучего вещества путем удаления жидкого летучего растворителя в виде пара. Сущность выпаривания заключается в переводе растворителя в парообразное состояние и отвод полученного пара от оставшегося сконцентрированного раствора. Выпаривание обычно проводят при кипении, т.е. в условиях, когда давление пара над раствором равно давлению в рабочем объеме аппарата. 

Этот процесс подучил широкое распространение в химической промышленности, в связи с тем, что многие вещества, например едкий натр, аммиачная селитра, сульфат аммония и другие получают в виде разбавленных водных растворов, а на дальнейшую переработку и транспорт они должны поступать в виде концентрированных продуктов.

Для нагревания выпариваемых растворов до кипения используют топочные газы, электрообогрев и высокотемпературные теплоносители, но наибольшее применение находит водяной пар, характеризующийся высокой теплотой конденсации и высоким коэффициентом теплоотдачи.

Выпаривание можно проводить под вакуумом, при атмосферном и повышенном давлении.

Процесс выпаривания проводится в выпарных аппаратах, конструкции которых очень разнообразны, что значительно усложняет их классификацию. Наибольшее распространение получили выпарные аппараты с паровым обогревом, имеющие поверхность теплообмена, выполненную из труб.

Выпарные аппараты с паровым обогревом состоят из двух основных частей:

- кипятильник (греющая камера) в котором расположена поверхность теплообмена и происходит выпаривание раствора;

- сепаратор - пространство, в котором вторичный пар отделяется от раствора.

В зависимости от характера движения кипящей жидкости в выпарном аппарате различают:

- выпарные аппараты со свободной циркуляцией;

- выпарные аппараты с естественной циркуляцией;

- выпарные аппараты с принудительной циркуляцией;  

- пленочные выпарные: аппараты.

Выпарные аппараты с естественной циркуляцией отличаются высокой производительностью и широко используются для выпаривания растворов с относительно невысокой вязкостью. В таких аппаратах циркуляция осуществляется за счет разности плотностей в отдельных точках аппарата.

Раствор, находящийся в кипятильных трубках закипает и в результате испарения части жидкости в этих трубках образуется парожидкостная смесь, плотность которой меньше плотности самого раствора. В результате этого раствор в кипятильных трубках поднимается, а в циркуляционной трубе опускается. При циркуляции повышается коэффициент теплоотдачи со стороны кипящей жидкости и предохраняется поверхность труб от образования накипи.

Существует несколько типов аппаратов с естественной циркуляцией: с центральной циркуляционной трубой, с подвесной греющей камерой, с выносной греющей камерой и т.д.

Выпарные аппараты с центральной циркуляционной трубой получили наиболее широкое распространение из-за простоты конструкции и легкоти очистки и ремонта. В тоже время наличие обогреваемой циркуляционной трубы снижает интенсивность циркуляции.

 

 

Технологическая схема

 


 

 

1. Теплообменник.

2, 3. Выпарная установка.

4. Барометрический конденсатор.

5. Барабанный кристаллизатор.

6. Вакуум-фильтр.

7.Сушилка кипящего слоя.

8. Циклон.

9. Калорифер.

 

 

 

Рис. 1 Технологическая схема.

 

 

Исходный раствор  центробежным насосом подается в теплообменник, где нагревается до заданной температуры и поступает в выпарной аппарат. Нагрев раствора в теплообменнике и выпаривание осуществляются за счет теплоты конденсации  греющего пара: образовавшийся при этом конденсат, сбрасывается в линию конденсата и может использоваться в качестве оборотной воды. Упаренный раствор из 1-го корпуса поступает во второй корпус 2 выпарного аппарата. Образовавшийся при выпаривании вторичный пар из первого корпуса подается во второй в качестве греющего пара, а вторичный пар из второго корпуса поступает в барометрический конденсатор, где смешивается с холодной водой, конденсируется и сбрасывается в линию конденсата. Упаренный раствор поступает в барабанный кристаллизатор, затем раствор фильтруется вакуум-фильтром. После этого кристаллы поступают на сушку в сушилку кипящего слоя, в которую поступает горячий воздух из калорифера. В циклоне улавливаются мельчайшие частицы кристаллов соли, уносимые из сушилки потоком воздуха.

 

Технологический расчет выпарной установки

 

W = Gн∙(1-вн/вк) = 6000/3600∙(1-30/47) = 0,6 кг/с

W1 = W2 = 0.6/2 = 0.3 кг/с

вп =

в1 = ;      в2 =

 

Определение температуры кипения раствора:

ΔРобщ = Ргп1-Рвп= 0,3-0,04 = 0,26 МПа

Ргп2 = Ргп1-ΔРобщ/2 = 0,3-0,26/2 = 0,17 МПа

Рвп = Ргп2-ΔРобщ/2 = 0,17-0,26/2 = 0,04 МПа

 

Пар

Р, Мпа

t, 'C

λ , кДж/кг

r, кДж/кг

Греющий 1 корпуса

0,3

132,9

2730

2171

Греющий 2 корпуса

0,17

114,5

2706

2222

Вторичный 2 корпуса

0,04

75,4

2632

2320




[1c535] 
Δ’= 16,2∙

Δ’= 16,2∙

 

Δ’= 16,2∙

 

Рср= Рвп+hопт ∙ ρ ∙g

hопт= H ∙(0.26+0.0014(ρ- ρв))

Принимаем Н=4м      ρ1=1127,8 кг/м3  ρв1=947,4 кг/м3

ρ2=1259,1 кг/м3    ρв2=974,8 кг/м3  [1c536]

 

hопт1= 4(0,26+0,0014(1127,8-947,4)) = 2,05 м

hопт2= 4(0,26+0,0014(1259,1-974,8)) = 2,63 м

Рср1= 1,7 ∙105+2,05 ∙1127,8 ∙9,81 = 1,93 ∙105 Па

Рср2= 0,4 ∙105+2,63 ∙1259,1 ∙9,81 = 0,72 ∙105 Па

 

Этим давлениям соответствует температура насыщенного водяного пара:

t1ср=118,4 0С   [1c553]

t2ср=90,04 0С

 

Δ’’= tср- tвп

в первом корпусе: Δ1’’= 118,4-114,5 = 3,9 0С

во втором корпусе: Δ2’’= 90,04-75,4 = 14,64 0С

Принимаем Δ1-2’’’= 1 0C

∑ Δ1= Δ1’ +Δ1’’= 3.19+3.9 = 7.09 0C

∑ Δ2= Δ2’ +Δ2’’+Δ1-2’’’= 5.35+14.64+1 = 20.99 0C

∑ Δ  = ∑ Δ1+∑ Δ2 = 7.09+20.99 = 28.08 0C

 

Δtобщ= tгп-tвп = 123,9-75,4 = 57,5 0С

∑ Δt = Δtобщ-∑ Δ = 57,5-28,08 = 29,42 0C

tкип1 =tвп1+∑ Δ1= 114,5+7,09 = 121,59 0C

tкип2 =tвп2+∑ Δ2= 75,4+20,99 = 96,39 0C

Δ t1 = tгр.п.1- tкип1 = 132,9-121,59 = 11,31 0C

Δ t2 = tгр.п.2- tкип2 = 114,5-96,39 = 18,11 0C

 

Проверим правильность расчета: ∑ Δt = Δ t1+ Δ t2

26,42=11,31+18,11

29,42=29,42 (верно)

 

Определение тепловых нагрузок по корпусам:

1 корпус: Q1= D1 ∙(λгр.п.1-i1) = 1.02(Gн ∙cн ∙(tкип1-tн)+W1(λвп1-cв ∙tкип1))

2 корпус: Q1= W1 ∙(λгр.п.2-i2) = 1.02((Gн –W1)∙c1 ∙(tкип2-tкип1)+W2(λвп2-cв ∙tкип2))

 

для удаляемой воды:W = W1+W2

При в>0.2 c=cтв ∙в+4,19 ∙(1-в)

ств = кДж/(кг ∙К)

сн = 1,66 ∙0,3+4,19 ∙(1-0,3) = 3,1431 кДж/(кг ∙К)

с1 = 1,66 ∙0,37+4,19 ∙(1-0,37) = 3,254 кДж/(кг ∙К)

с2 = 1,66 ∙0,47+4,19 ∙(1-0,47) = 3,0 кДж/(кг ∙К)

tн = tвп1+ Δ1’ = 114,5+3,19 = 117,69 0C

св1 = 4,27 кДж/(кг ∙К)      θ1 = 130,9 0C

св2 = 4,23 кДж/(кг ∙К)      θ2 = 112,5 0C    [1c242]

 

Q1 = D1 ∙2171.06 = 8.19+W1 ∙2235.51

Q2 = W1 ∙(2706-4.23 ∙112.5)+W2 ∙(2632-4.23 ∙96.39))

Q2 = 2146.49W1 = -50.18+W2 ∙2268.76

W1+W2 = 0.6

W1 = 0.6-W2

2146.49 ∙(0.6- W2) = -50.18+ W2 ∙2268.76

W2 = 0.303 кг/с

W1 = 0,6-0,303 = 0,297 кг/с

D1 = 0.31кг/с

d = D1/W = 0.31/0.6 = 0.52

Q1 = 672.14 кВт

Q2 = 637.51 кВт

 

Отклонения для 1 корпуса:

Отклонения для 2 корпуса:

Расчет коэффициента теплоотдачи для 1 корпуса:

Предварительно принимаем Δ t’ = 2 0C

tпл = tгр.п+ Δ t’/2 = 132,9+2/2 = 133,9 0C

α1 = Вт/(м2К)

q1 = α1 ∙ Δ t’ =

 0C

Δ t’’ = Δ t1- Δ tст- Δ t’ = 11.31-7.12-2 = 2.19 0C

α2 = 7.71∙179380.6 = 2750.71

q2 = α2∙Δt’’ =2750∙2.19 = 6024.07

 

Принимаем Δ t’ = 1 0C

 Вт/(м2К)

Δ tст = 10666,35∙1∙3,97∙10-4 = 4,23 0C

Δ t’’= 11,31-4,23-1 = 6,08 0C

q1 = 10666.35∙1 = 10666.35 Вт/(м2К)

α2 = А∙q10.6 = 10666.350.6∙7.71 = 2013.68 Вт/(м2К)

q2 = α2 ∙ Δ t’’= 2013,68 ∙6,08 = 12234,05 Вт/м2

 

    Рис. 2.

 

По графику принимаем Δ t’= 1,14 0C

α1= 8969,3 =10322,61 Вт/(м2К)

Δ tст = 10322,61 ∙1,14 ∙3,97 ∙10-4 = 4,67 0C

Δ t’’ = 11,31-4,67-1,14 = 5,5 0C

q1 = 10322,61 ∙1,14 = 11767,78 Вт/м2

α2 = 7,71 ∙11767,780,6 = 2135,99 Вт/(м2К)

q2 = 2135.99 ∙5.5 = 11744.06 Вт/м2

 

К1 = Вт/(м2К)

 

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи для второго корпуса:

Принимаем Δ t’’ = 2 0C

α1 = Вт/(м2К)

A =

Δ tст = 8734,35 ∙2 ∙3,97 ∙10-4 = 6,95 0C

Δ t’’ = 18,11-2-6,95 = 9,16 0C

α2 = 6,75 ∙(8734,35 ∙2)0,6 = 3854,8 Вт/(м2К)

q1 = 8734,35 ∙2 = 17468,71 Вт/м2

q2 = 35300,18 Вт/м2


q2>q1

 

Принимаем Δ t’= 3 0C

α1 = 8734,35 ∙ Вт/(м2К)

Δ tст = 7892,38 ∙3 ∙3,97 ∙10-4 = 9,42 0C

Δ t’’ = 18,11-3-9,42 = 5,69 0C

α2 = 6,75 ∙(7892,38 ∙3)0,6 = 3627,34 Вт/(м2К)

q1 = 7892,38 ∙3 = 23677,14 Вт/м2

q2 = 3627,34 ∙5,69 = 20626,87 Вт/м2

q1 > q2

 

По графику принимаем Δ t’ = 2,85 0C                       Рис. 3.

α1 = 8734,35 ∙ = 7994,24 Вт/(м2К)

Δ tст = 7994,24 ∙2,85 ∙3,97 ∙10-4 = 9,07 0C

Δ t’’ = 18,11-2,85-9,07 = 6,19 0C

α2 = 6,75 ∙(7994,24 ∙2,85)0,6 = 3655,36 Вт/(м2К)

q1 = 7994,24 ∙2,85 = 22783,58 Вт/м2

q2 = 3655,36 ∙6,19 = 22634,47 Вт/м2

 

 

К2 = = 1255,24 Вт/(м2К)

Δ ti =

 

Δ t1= 0C;       Δ t2= 0C

 

∑ Δ t = Δ t1+ Δ t2 = 16.48+12.94 = 29.42 0C

 

Поверхность теплообмена выпарного аппарата:

 

м2

 

м2

Конструктивный расчет выпарной установки

(расчет ведем по первому корпусу)

Выбор конструкционного материала

Так как водный раствор (NH4)2SO4 при температуре кипения является коррозионно-активным веществом, то в качестве конструкционного материала для основных деталей выбираем нержавеющую сталь Х18Н10Т ГОСТ 5632–72, которая является стойкой в сильно агрессивных средах до  температуры 600 °С.

Диаметр греющей камеры

Число нагревательных трубок диаметром 38´2, высотой 3 м:

n = F/pdcpL

где dcp = 0,036 м – средний диаметр трубки.

n = 40/p0,036×3,0 = 118 шт.

Площадь суммарного сечения всех кипятильных трубок:

fтр = 0,785ndвн2 = 0,785×118×0,0342 = 0,107 м2.

Площадь сечения циркуляционной трубы:

fц = 0,3fтр = 0,3×0,107 = 0,032 м2.

Диаметр циркуляционной трубы:

dц = (fц/0,785)0,5 = (0,032/0,785)0,5 = 0,20 м.

Принимаем dц = 200 мм.

Диаметр греющей камеры:

,

где b = 1,25 – коэффициент шага трубок;

a=60°–при размещении труб по вершинам правильных треугольников;

y = 0,8 – коэффициент использования трубной решетки;

dн = 0,038 м – наружный диаметр трубок;

А – площадь занимаемая циркуляционной трубой.

A = (dц+2bdн)2 = (0,2+2×1,25×0,036)2 = 0,08 м2

D = (0,4×1,252sin60°×40×0,038/0,8×3 + 0,08)0,5 = 0,76 м.

Принимаем диаметр корпуса греющей камеры 800 мм.

Толщина обечайки

d = DP/2sj +Cк

где D = 0,8 м – диаметр греющей камеры аппарата;

       P = 0,34 МПа – давление греющего пара;

       s = 138 МН/м2 – допускаемое напряжение для стали [2 c.76];

       j = 0,8 – коэффициент ослабления из-за сварного шва [2 c.77];

       Cк = 0,001 м – поправка на коррозию.

d = 0,8×0,34/2×138×0,8 + 0,001 = 0,003 м.

            принимаем толщину обечайки d=8 мм        [3 c.24].

Диаметр сепаратора

Принимаем диаметр сепаратора равным Dc = 1,2 м, тогда скорость пара в сепараторе:

wп = w/rп0,785Dc2 = 0,348/1,049×0,785×1,22 = 0,29 м/с.

Критерий Рейнольдса:

Re = wпdкrп/mп,

где dк = 0,3 мм – диаметр капли;

       mп = 1,2×10-5 Па×с – вязкость пара [1 с.557];

Re = 0,29×0,3×10-3×1,049/1,2×10-5 = 7,7.

Коэффициент сопротивления:

x = 18,5/Re0,6 = 18,5/7,70,6 = 5,44.

Скорость витания капли

,

wвит = [4×9,8(930 – 1,049)0,3×10-3/3×5,44×1,049]0,5 = 0,80 м/с.

Так как wп < wвит, то капли раствора будут оседать под действием силы тяжести, поэтому увеличивать диаметр сепаратора нет необходимости.

Днища

Наибольшее распространение в химическом машиностроении получили эллиптические отбортованные днища по ГОСТ 6533 – 78 [3 c.25], толщина стенки днища d1 =d = 8 мм.



 

 

 

                                              

 

Рис. 4.Схема днища.

Фланцы

Соединение обечайки с днищами осуществляется с помощью плоских приварных фланцев по ОСТ 26–428–79 [3 c.25]:

 

Рис. 5. Схема фланцев.

 

Опоры аппарата

Максимальная масса аппарата:

Gmax = Ga + Gв,

               где Ga = 3000 кг – масса аппарата,

                      Gв – масса воды заполняющей аппарат.

Gв = 1000×0,785D2H = 1000×0,785×0,82×11,0 = 5526 кг,

где Н = 11,0 м – высота аппарата.

Gmax = 3000 + 5526 = 8524 кг = 0,084 МН.

Информация о работе 2-х корпусная выпарная установка