Расчет трехкорпусной выпарной установки непрерывного действия

 

 

1.4 Расчет коэффициентов теплопередачи

Коэффициент теплопередачи в корпусах выпарной установки можно рассчитать по следующей эмпирической зависимости:

 

где xср – средняя концентрация раствора в корпусах, %

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5 Распределение полезной разности температур

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

 

где  – соответственно полезная разность температур, тепловая нагрузка, коэффициент теплопередачи для i-го 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 Fор=13 м2. Различие незначительное. Значит, размеры выпарных аппаратов выбраны правильно.

По ГОСТ 11987 – 81 выбираем аппарат с поверхностью теплообмена F=16м2 и длиной труб Н = 4000 мм. 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, м2	Диаметр греющей камеры D, мм	Диаметр сепаратора D1, мм	Диаметр циркуляционной трубы D2, мм	Высота аппарата На , мм
16	400	800	250	12000

 

 

2. Расчет вспомогательного оборудования

 

2.1 Расчет барометрического конденсатора

Для создания вакуума в выпарных установках применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве 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 охлаждающей воды Gв (в кг/с) определяем из теплового баланса конденсатора:

 

где Iбк – энтальпия пара в барометрическом компенсаторе, кДж/кг;

cв – теплоёмкость воды, кДж/(кг·К);

cв =4190 кДж/(кг·К);

tн – начальная температура охлаждающей воды, ºС;

         

tк – 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:

 

Тогда

 

 

 

2.1.2 Расчет диаметра конденсатора

Диаметр барометрического конденсатора dбк‚ определяется из уравнения расхода

 

где ρ – плотность пара, кг/м3 выбираемая по давлению пара в конденсаторе Pбк;

v – скорость пара, м/с, принимаемая в пределах 15 ÷ 25 м/с.

 

 

 

Выбираем барометрический конденсатор диаметром dбк=600 мм

 

2.1.3 Расчет высоты барометрической трубы

В соответствии с нормалями, внутренний диаметр барометрической трубы dбт равен 300 мм. Скорость воды в барометрической трубе

 

 

где ρв – плотность воды, кг/м3

 

Высота барометрической трубы

 

 

 

где В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па; 

– сумма коэффициентов местных сопротивлений;  

– коэффициент трения в барометрической трубе;

0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления.

 

 Па

 

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.

 

 

 

 

 

 

2.2 Расчёт производительности вакуум – насоса

Производительность вакуум-насоса Gвозд определяется количеством воздуха, который необходимо удалять из барометрического конденсатора:

 

 

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

 

 

где R – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль К);

Mв – молекулярная масса воздуха, кг/кмоль;

tв – температура воздуха, ºС;

Рв – парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.

Температура воздуха

 

 

 

Давление воздуха

 

где Рп – давление сухого насыщенного пара при tвозд, Па. При температуре воздуха 25,5ºС, Рп = 3,17·10-3 Па.

Тогда:

 

Зная объёмную производительность воздуха Vвозд и остаточное давление в конденсаторе Рбк, по каталогу подбираем вакуум-насос типа ВВН–3 мощность на валу N=6,5кВт.

 

2.3 Расчет предварительного теплообменника

Расчет теплообменника сводится к определению поверхности теплопередачи в результате совместного решения следующих уравнений:

;

 

где Q – тепловая нагрузка подогревателя, Вт

      – 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.

Коэффициент теплопередачи принимается равным K=800÷1200 Вт/м2·К

 

    tн = 20ºС раствор tк = 144ºС

 

 определяем  по формуле:

 

 

Тогда поверхность теплообменника

 

 

Площадь поверхности теплопередачи теплообменника принимается на 10—20 % больше расчетной величины:

F=12,25·1,2=14,7 м2