Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов

 

Подставим известные величины в  уравнение

Коэффициент теплопередачи от стенки к кипящему раствору составляет

α₂ = 11,408 ∙ (α₁ ∙ ∆t₁)^0,6

α₂= 11,408 ∙ (8773,2 ∙ 2)^0,6 = 4015,3 Вт/м∙К

Проверим правильность первого  приближения

q₁ = α₁ ∙ ∆t₁

q₁= 8773,2 ∙ 2 = 17546 Вт/м²

q₂ = α₂ ∙ ∆t₂

q₂= 4015,3 ∙ 15,59 = 62590 Вт/м²

q₁ ≠ q₂

 

2-е  приближение                            

Принимаем ∆t₁ = 5,7 °С и проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок.      

Коэффициент теплопередачи от пара к стенке составит

 

          

 

 

Перепад температур на стенке определим  по формуле

∆t_СТ = 6752,2 ∙ 5,7 ∙ 0,00029 = 11,0 °C

Тогда разность температур составляет

∆t₂ = 22,61 - 11,0 - 5,7 = 5,89 °С

Коэффициент теплопередачи от стенки к кипящему раствору составляет

α₂ = 11,408 ∙ (6752,2 ∙ 5,7)^0,6 = 6432,8 Вт/м∙К

Проверим правильность второго  приближения

q₁ = α₁ ∙ ∆t₁

q₁= 6752,2 ∙ 5,7 = 38488 Вт/м²

q₂ = α₂ ∙ ∆t₂

q₂= 6432,8 ∙ 5,89 = 37906 Вт/м²

q₁ ≈ q₂

 

Тогда коэффициент теплопередачи в  третьем корпусе составит

 Вт/м²∙К

Полезные разности температур в  корпусах установки найдем из условия  равенства их поверхностей теплопередачи                    

 °С

 °С

 °С

Проверим общую полезную разность температур

∑∆t_П = 89,67 + 39,50 + 29,39 = 158,56 °С                     

  Таблица 11 Сравнение распределенных и расчитанны           

Параметр	1	2	3
Распределенные во втором приближении  значения ∆t, °С	89,67	39,50	29,39
Распределенные в первом приближении  значения ∆t, °С	91,33	44,62	22,61

 

Уточним поверхность теплопередачи

                   (54)

 м²

 

 м²

Окончательно  выбираем установку с номинальной  поверхностью теплообмена

Fн =160м²

 

 

10. Определение толщины тепловой изоляции

 

Толщину тепловой изоляции находим из равенства  удельных тепловых потоков

через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду.      

     (55) 

где t_СТ2 = 35…45°С - температура изоляции  со стороны окружающей среды   

  t_СТ1 - температура изоляции со стороны аппарата, принимается равной t_Г1   

  t_В = 20°С - температура воздуха окружающей среды           

      λ_И = 0,09 Вт/м∙К - коэффициент теплопроводности изоляции совелит (85% магнезии +15% асбеста)                              

Коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности  изоляции в окружающую среду

α_В = 9,3 + 0,058 ∙ t_СТ2                                                    (56)

α_В = 9,3 + 0,058 ∙ 40 = 11,6 Вт/м²∙К

Отсюда

                          (57)

Принимаем толщину теплоизоляции 95 мм            

 

11. Расчет  барометрического конденсатора

 

12. Определение расхода охлаждающей воды

 

Расход  охлаждающей воды Gв определяют из теплового баланса конденсатора 

           (58) 

где I_БК - энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг       

   t_Н = 10…20°С - начальная температура охлаждающей воды (принимаем t_Н = 15°С)

   t_К = t_БК - (3…5)°С - конечная температура смеси и конденсата        

   t_К = 93 – 4 = 89 °С                   

 

Тогда                           

 кг/с

 

 

13. Расчет диаметра барометрического конденсатора       

 

Диаметр барометрического конденсатора D_К определим по формуле

                     (59)

где ρ - плотность пара при Р_БК                    

 V = 15…25 м/с - скорость паров.                  

 

Принимаем внутренний диаметр D_БК = 1,2 м при толщине стенки 6 мм с диаметром

барометрической трубы d_БТ = 0,4 м                  

 

 

14. Расчет высоты барометрической трубы

 

Скорость  воды в барометрической трубе 

                                              (60) 

Высоту  барометрической трубы определим по формуле

          (61)

где В - вакуум в барометрическом конденсаторе, МПа            

  ∑ξ - сумма коэффициентов местных сопротивлений           

  ∑ξ =ξ_ВХ + ξ_ВЫХ = 1 + 0,5 = 1,5                   

  λ - коэффициент трения в барометрической трубе           

  0,5 - запас высоты                       

 

Вакуум  в барометрической трубе

В = Р_АТМ - Р_БК                               (62)

В = 100000 – 79700 = 20300 Па

Число Рейнольдса определим по формуле

                                           (63)

В трубе турбулентный режим течения, для гладких труб коэффициент трения соста-

вляет λ = 0,013                         

Решим это уравнение

Н_БТ = 2,0693 + 0,5699 + 0,00105 Н_БТ

 м

Принимаем Н_БТ = 3,0 м                    

 

 

15. Расчет  производительности вакуум-насоса

 

Производительность  вакуум-насоса G_ВОЗ определяется количеством газа, который

 

нужно удалить  из барометрического конденсатора             

G_ВОЗ = 2,5 ∙ 10^-5 ∙ (W₃ + G_B) + 0,01 ∙ W₃  (64)

где 2,5 ∙ 10^-5 - количество газа, выделяемого из 1 кг воды          

  0,01 - количество газа, подсасываемого в конденсатор через неплотности                     

Тогда                           

G_ВОЗ = 2,5 ∙ 10^-5 ∙ (11,084 + 82) + 0,01 ∙ 11,084 = 0,1132 кг/с

Объемная  производительность вакуум-насоса

      (65)

где R = 8310 Дж/кмоль∙К - универсальная газовая постоянная         

  М_ВОЗ = 29 кг/кмоль - молекулярная масса воздуха            

  t_ВОЗ - температура воздуха, град                  

  Р_ВОЗ - порациональнее давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па

Температура воздуха

t_ВОЗ =t_H + 4 + 0,1 (t_K - t_H)                                 (66)

t_ВОЗ = 15 + 4  + 0,1∙ (89 - 15) = 26,4 °C

Давление  воздуха                       

Р_ВОЗ = Р_БК - Р_П                                (67)

Р_ВОЗ = 79700 – 3500 = 76200 Па

где Рп - давление сухого насыщенного пара при t_ВОЗ.

 

Тогда                           

 м³/с

Выбираем  насос ВВН-12 производительностью 12 м³/мин.        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

 

Маркировку  выбранного оборудования запишем в  таблицу 12       

 

       Таблица 12 Техническая характеристика выпарного аппарата       

Теплообменик	Марка
Насос центробежный	ОХ6-34Г
Вакуум-насос	ВВН-12
Теплообменик	Кожухотрубный F = 160 м2
Емкость начального раствора	ГЭЭ 1-1-100-0,6
Емкость конечного раствора	ВЭЭ 1-1-10-0,6
Барометрический конденсатор	Стандартный D = 1,2 м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК         

 

 

1. Зайцев  И.Д., Асеев Г.Г. Физико-химические  свойства бинарных и многокомпонентных

растворов неорганических веществ. Справочник. - М.: Химия, 1988. - 416 с.   

2. Л.Н.  Кузнецова и др. Расчет выпарных  установок [текст]: учебное пособие. - Архан-

гельск, 2004. - 72 с.                       

3. Каталог  УКРНИИХИММАШа. Выпарные трубчатые аппараты общего назначения для

химических производств. - М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1985. - 52 с.     

4. Алексеев  В.А. и др. Машины и аппараты  химических производств. Учебное  пособие

[текст] / Алексеев В.А. - Казань: Казанский ГТУ, 2008. - 305 с.        

5. Методическое  пособие по расчету трехкорпусной  выпарной установки по курсу  

"Процессы и аппараты пищевых  производств" - Улан-Удэ: ВСГТУ, 2006. - 60 с.  

6. Павлов  К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А.  Примеры и задачи по курсу  процессов и 

аппаратов. - Л.: Химия, 1987. - 576 с.                 

7. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты в химической технологии. - М.:

Химия, 1991. - 496 с.