Выпариванием называют процесс концентрирования жидких растворов практически нелетучих веществ путем частичного удаления растворителя испарением при кипении жидкости. В процессе выпаривания растворитель удаляется из всего объема раствора, в то время как при температурах ниже температур кипения испарение происходит только с поверхности жидкости.
В химической промышленности выпариванию подвергают растворы твердых веществ (главным образом водные растворы щелочей, солей и др.), а также растворы высококипящих жидкостей, обладающих при температуре выпаривания очень малым Давлением пара (некоторые минеральные и органические кислоты, многоатомные спирты и др.).
Выпаривание иногда применяют также для выделения растворителя в чистом виде: при опреснении морской воды выпариванием образующийся из нее водяной пар Конденсируют и полученную воду используют для питьевых или технических целей.
В ряде случаев выпаренный раствор подвергают последующей кристаллизации в специальных выпарных аппаратах.
Концентрированные растворы и твердые вещества, получаемые в результате выпаривания, легче и дешевле перерабатывать, хранить и транспортировать.
Тепло для выпаривания можно подводить любыми теплоносителями, применяемыми при нагревании. Однако в подавляющем большинстве случаев в качестве греющего агента при выпаривании используют водяной пар, который называют греющим, или первичным.
Первичным служит либо пар, получаемый из парогенератора, либо отработанный пар, или пар промежуточного отбора паровых турбин.
Пар, образующийся при выпаривании кипящего раствора, называется вторичным.
Тепло, необходимое для выпаривания раствора, обычно подводится через стенку, отделяющую теплоноситель от раствора. В некоторых производствах Концентрирование растворов осуществляют при непосредственном соприкосновении выпариваемого раствора с топочными газами или другими газообразными теплоносителями.
Процессы выпаривания проводят под вакуумом, при повышенном и атмосферном давлениях. Выбор давления связан со свойствами выпариваемого раствора и возможностью использования тепла вторичного пара.
В химической и смежной с ней отраслях промышленности жидкие смеси, Концентрирование которых осуществляется выпариванием, отличаются большим разнообразием как физических параметров (вязкость, плотность, температура кипения, величина критического теплового потока и др.), так и других характеристик (кристаллизующиеся, пенящиеся, нетермостойкие растворы и др.).
Хлеб химической промышленности. серная кислота хлеб химической промышленности
... производства –раствор SO3в серной кислоте, называемый олеумом. Он может быть разбавлен водой до серной кислоты нужной концентрации. Применение. Серная кислота – важнейший продуктхимической промышленности. Она ... или коричневая маслянистая жидкость, обладающая высокой коррозивной активностью. Это очень важный химический продукт, используемый по всему миру. Например, Великобритания в год производит ...
Свойства смесей определяют основные требования к условиям проведения процесса (вакуум-выпаривание, прямо- и противоточные, одно- и многостадийные многокорпусные выпарные установки), а также к Конструкциям выпарных аппаратов.
Такое разнообразие требований вызывает определенные сложности при правильном выборе схемы выпарной установки, типа аппарата, числа ступеней в многокорпусной выпарной установке. В общем случае такой выбор является задачей оптимального поиска и выполняется технико-эКономическим сравнением различных вариантов с использованием компьютеров. В связи с тем, что при выполнении курсового проекта по процессам и аппаратам подобная задача пока не ставится, число корпусов в установке, давление греющего пара и вакуум в Конденсаторе обычно входят в задание на проектирование.
1. Литературный обзор
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovaya/vyiparivanie/
Разнообразные конструкции выпарных аппаратов, применяемые в промышленности, можно классифицировать по типу поверхности нагрева (паровые рубашки, змеевики, трубчатки различных видов) и по ее расположению в пространстве (аппараты с вертикальной, горизонтальной, иногда с наклонной нагревательной’ камерой), по роду теплоносителя (водяной пар, высокотемпературные теплоносители, электрический ток и др.).
а также в зависимости от того, движется ли теплоноситель снаружи или внутри труб нагревательной камеры. Однако более существенным признаком классификации выпарных аппаратов, характеризующим интенсивность их действия, следует считать вид и кратность циркуляции раствора.
Различают выпарные аппараты с неорганизованной, или свободной, направленной естественной и принудительной циркуляцией раствора.
Выпарные аппараты делят также на аппараты прямоточные, в которых выпаривание раствора происходит за один его проход через аппарат без циркуляции раствора, и аппараты, работающие с много — кратной циркуляцией раствора.
В зависимости от организации процесса различают периодически и непрерывно действующие выпарные аппараты.
Ниже подробно показаны лишь наиболее распространённые, главным образом типовые, Конструкции выпарных аппаратов.
Рисунок 1 Выпарной аппарат с горизонтальной трубчатой нагревательной камерой и вертикальным цилиндрическим корпусом: 1 — корпус; 2- нагревательная камера; 3 — сепаратор
Рисунок 2 Змеевиковый выпарной аппарат: 1 — корпус; 2 — паровые змеевики; 3 — брызгоуловитель
Рисунок 3 Выпарной аппарат с внутренней нагревательной камерой и центральной циркуляционной трубой: 1 — корпус; 2 — нагревательная камера; 3 — кипятильные трубы; 4 — циркуляционная труба; 5 — сепарационное пространство; 6 — брызгоуловитель
Рисунок 4 Выпарной аппарат с подвесной нагревательной камерой: 1 — нагревательная камера; 2 — корпус; 3 — паровая труба; 4 — брызгоуловитель; 5 — сливные трубы; 6 — перфорированная труба для промывки
Рисунок 5 Выпарной аппарат с выносной циркуляционной трубой: 1 — нагревательная камера; 2 — циркуляционная труба; 3 — центробежный брызгоуловитель; 4 — сепарационное пространство
Рисунок 6 Выпарной аппарат с выносной нагревательной камерой: 1 — нагревательная камера; 2 — сепаратор; 3 — необогреваемая циркуляционная труба; 4 — брызгоуловитель
Расчёт выпарного аппарата
... раствор, на опускном участке циркуляционного контура будет охлаждаться. Этим увеличивается скорость естественной циркуляции в выпарных аппаратах с выносными циркуляционными трубами / Приложение 1, рис 2 /. При расположении циркуляционных труб вне корпуса аппарата ...
Рисунок 7 Выпарной аппарат с вынесенной зоной кипения: 1 — нагревательная камера; 2 — труба вскипания; 3 — сепаратор; 4 — необогреваемая циркуляционная труба; 5 — отбойник; 6 — брызгоуловитель
Рисунок 8 Выпарной аппарат с поднимающейся плёнкой: 1 — нагревательная камера; 2 — сепаратор; 3 — отбойник; 4 — брызгоуловитель
Рисунок 9 Роторный прямоточный выпарной аппарат: 1 — корпус; 2 — паровая рубашка; 3 — ротор; 4 — скребки
Рисунок 10 Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией: 1 — нагревательная камера; 2 — сепаратор; 3-циркуляционная труба; 4 — циркуляционный насос
Рисунок 11 Выпарной аппарат с тепловым насосом: 1 — выпарной аппарат; 2 — струйный компрессор (инжектор)
Рисунок 12 Барботажный выпарной аппарат типа Хемико: 1 — выносная топка; 2 — цилиндрический корпус; 3 — труба для подачи слабого раствора кислоты; 4-7 — барботажные трубы; 8-труба для отвода упариваемой кислоты
Рисунок 13 Выпарной аппарат с погружной горелкой: 1 — корпус; 2 — горелка; 3 — переливная труба; 4 — сепаратор
2. Описание технологической схемы
Рисунок 14 Принципиальная схема трехкорпусной выпарной установки: 1— емкость исходного раствора; 2, 10 — насосы; 3 —теплообменник-подогреватель; 4, 5, 6 — выпарные аппараты; 7 — барометрический конденсатор; 8 — вакуум-насос; 9 — гидрозатвор; 11 — емкость упаренного раствора; 12 — конденсатоотводчик
В приведенном ниже типовом примере расчета трехкорпусной установки, состоящей из выпарных аппаратов с естественной циркуляцией (с соосной греющей камерой) и кипением раствора в трубах, даны также рекомендации по расчету выпарных аппаратов некоторых других типов: с принудительной циркуляцией, вынесенной зоной кипения, пленочных.
Принципиальная схема трехкорпусной выпарной установки показана на рисунке . Исходный разбавленный раствор из промежуточной емкости / центробежным насосом 2 подается в теплообменник 3 (где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения), а затем — в первый корпус 4 выпарной установки. Предварительный подогрев раствора повышает интенсивность кипения в выпарном аппарате 4.
Первый корпус обогревается свежим водяным паром. Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус 5. Сюда же поступает частично концентрированный раствор из 1-го корпуса. Аналогично третий корпус 6 обогревается вторичным паром второго и в нем производится концентрирование раствора, поступившего и второго корпуса.
Самопроизвольный переток раствора и вторичного пара в последующие корпуса возможен благодаря общему перепаду давлений, возникающему в результате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса в барометрическом конденсаторе смешения 7 (где заданное давление поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующихся газов вакуум-насосом 18).
Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи барометрической трубы с гидрозатвором 9. Образующийся в третьем корпусе концентрированный раствор центробежным насосом 10 подается в промежуточную емкость упаренного раствора 11.
Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов выводится с помощью конденсатоотводчиков 12.
3. Задание на проектирование
Спроектировать трехкорпусную выпарную установку для концентрирования G H = 21 000 кг/ч (5,833 кг/с) водного раствора NaCl от начальной концентрации х н = 6 % до конечной х к = 26 % при следующих условиях:
1. Обогрев производится насыщенным водяным паром давлением Р r 1 = 0,9 МПа.
2. Давление в барометрическом конденсаторе Р бк = 0,011 МПа.
3. Выпарной аппарат — тип 2, исполнение 1.
4. Взаимное направление пара и раствора — прямоток.
5. Отбор экстрапара не производится.
6. Раствор поступает в первый корпус подогретым до температуры кипения.
4. Проектирование трехкорпусной выпарной установки
Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов
Поверхность теплопередачи каждого корпуса выпарной установки определяют по основному уравнению теплопередачи:
(1)
Для определения тепловых нагрузок Q , коэффициентов теплопередачи К и полезных разностей температур ?t П необходимо знать распределение упариваемой воды, концентраций растворов и их температур кипения по корпусам. Эти величины находят методом последовательных приближений.
Первое приближение. Производительность установки по выпариваемой воде определяют из уравнения материального баланса:
W=G H (1-x н /х к ) (2)
Где G H — производительность, кг/с; (из задания);
x н — начальная концентрация, %; (из задания);
х к — конечная концентрация, %; (из задания).
Получим:
W= 5,833(1-0,06/0,26)=4,488 кг/с
4.1 Расчёт концентраций упариваемого раствора
Распределение концентраций раствора по корпусам установки зависит от соотношения нагрузок по выпариваемой воде в каждом аппарате. В первом приближении на основании практических данных принимают, что производительность по выпариваемой воде распределяется между корпусами в соответствии с соотношением:
щ 1 : щ 2 : щ 3 = 1,0: 1,1: 1,2
Тогда
= 1,36 кг/с
= 1,496 кг/с
= 1,632 кг/с
Где W — производительность установки, кг/с, (2).
Проверяем
W = щ 1 + щ 2 + щ 3 = 1,36 + 1,496 + 1,632 = 4,488 кг/с
Далее рассчитывают концентрации растворов в корпусах:
= 0,078 (7,8 %)
= 0,118 (11,8 %)
= 0,26 (26 %)
где G H — производительность, кг/с; (из задания);
x н — начальная концентрация, %; (из задания);
х к — конечная концентрация, %; (из задания).
Концентрация раствора в последнем корпусе х 3 соответствует заданной Концентрации упаренного раствора х к .=26% .
4.2 Определение температур кипения растворов
Общий перепад давлений в установке равен:
?Р об = P r 1 — P бк = 0,9 — 0,011 = 0,889 Мпа
где P r 1 — обогрев производится насыщенным водяным паром давлением Р r 1 = 0,9 МПа (из задания);
P бк — давление в барометрическом конденсаторе, Р бк = 0,011 МПа (из задания)
В первом приближении общий перепад давлений распределяют между корпусами поровну. Тогда давления греющих паров в корпусах (в МПа) равны
Р r 1 = 0,9 МПа (из задания)
Р r 2 = Р r 1 — ?Р об /3 = 0,9 — 0,889/3 = 0,604 МПа
Р r 3 = Р r 2 — ?Р об /3 = 0,604 — 0,889/3 = 0,308 Мпа
Давление пара в барометрическом конденсаторе
Р бк = Р r 3 — ?Р об /3 = 0,308 — 0,889/3 = 0,011 Мпа
что соответствует заданной величине Р бк из задания
По давлениям паров находим их температуры и энтальпии [1](см список используемой литературы):
Таблица 1
|
Давление, МПа |
Температура, °С |
Энтальпия, кДж/кг |
|
|
Р r 1 = 0,9 |
t r 1 = 173,67 |
I 1 = 2779 |
|
|
Р r 2 =0,604 |
t r 2 = 157,61 |
I 2 = 2767 |
|
|
Р r 3 =0,308 |
t r 3 = 132,9 |
I 3 = 2730 |
|
|
Р бк =0,011 |
t бк = 57,26 |
I бк = 2603 |
|
При определении температуры кипения растворов в аппаратах исходят из следующих допущений. Распределение концентраций раствора в выпарном аппарате с интенсивной циркуляцией практически соответствует модели идеального перемешивания. Поэтому Концентрацию кипящего раствора принимают равной Конечной в данном корпусе и, следовательно, температуру кипения раствора определяют при Конечной Концентрации.
Изменение температуры кипения по высоте кипятильных труб происходит вследствие изменения гидростатического давления столба жидкости. Температуру кипения раствора в корпусе принимают соответствующей температуре кипения в среднем слое жидкости. Таким образом, 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 расчетах принимают = 1,0—1,5 град на корпус.
Примем для каждого корпуса = 1 град. Тогда температуры вторичных паров в корпусах (в °С) равны:
Сумма гидродинамических депрессий
По температурам вторичных паров определим их давления [1](см список используемой литературы):
|
Температура, °С |
Давление, МПа |
|
|
t ВП1 = 158,61 |
Р ВП1 = 0,622 |
|
|
t ВП2 = 133,9 |
Р ВП2 = 0,316 |
|
|
t ВП3 = 58,26 |
Р ВП3 = 0,019 |
|
Гидростатическая депрессия обусловлена разностью давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности. Давление в среднем слое кипящего раствора Р ср каждого корпуса определяется по уравнению
(3)
где Н — высота кипятильных труб в аппарате, м;
с — плотность кипящего раствора, кг/м 3 ;
е — паронаполнение (объемная доля пара в кипящем растворе), м 3 /м3 .
Для выбора значения Н необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата F op . При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с принудительной циркуляцией q = 30000 — 80000 Вт/м2 .
Примем q = 30000 Вт/м2 .
Тогда поверхность теплопередачи 1-го корпуса ориентировочно равна:
м 2
где r 1 — теплота парообразования вторичного пара, Дж/кг
щ 1 — производительность по выпариваемой воде в первом корпусе, щ1 = 1,36 кг/с (см 1.1)
По ГОСТ 11987—81 трубчатые аппараты с принудительной циркуляцией и вынесенной греющей камерой (тип 2, исполнение 1) состоят из кипятильных труб высотой 6 м при диаметре d H = 38 мм и толщине стенки бст = 2 мм.
Примем е = 0,5.
Плотность водных растворов, в том числе раствора NaCl при температуре 20°С и соответствующих концентрациях в корпусах равна:
с 1 =1015 кг/м3 ,
с 2 = 1031кг/м3 ,
с 3 = 1139 кг/м3 ,
При определении плотности растворов в корпусах пренебрегаем изменением ее с повышением температуры от 20 °С до температуры кипения ввиду малого значения коэффициента объемного расширения и ориентировочно принятого значения е.
Давления в среднем слое кипятильных труб корпусов (в Па) равны
Па
Па
Па
Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты испарения растворителя:
Таблица 3
|
Давление, МПа |
Температура, 0 С |
Теплота испарения, кДж/кг |
|
|
Р 1ср = 0,6369 |
t 1 c р = 159,63 |
r вп1 = 2090 |
|
|
Р 2ср = 0,3312 |
t 2 c р = 136,23 |
r вп2 = 2161 |
|
|
Р 3ср = 0,03574 |
t 3 c р = 72,05 |
r вп3 = 2328 |
|
Определяем гидростатическую депрессию по корпусам (в °С):
Сумма гидростатических депрессий равна:
0 С
Температурная депрессия определяется по уравнению
(4)
где Т — температура паров в среднем слое кипятильных труб, К;
- температурная депрессия при атмосферном давлении.
Находим значение по корпусам (в °С):
=
=
=
Сумма температурных депрессий равна:
0 С
Температуры кипения растворов в корпусах равны (в °С):
4.3 Расчет полезной разности температур
Общая полезная разность температур равна:
Полезные разности температур по корпусам (в °С) равны:
Тогда общая полезная разность температур
°С
Проверим общую полезную разность температур:
°С
4.4 Определение тепловых нагрузок
Расход греющего пара в 1-й корпус, производительность каждого корпуса по выпаренной воде и тепловые нагрузки по корпусам определим путем совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения баланса по воде для всей установки:
(8)
(9)
(10)
(11)
где 1,03 — коэффициент, учитывающий 3 % потерь тепла в окружающую среду.
При решении уравнений (8)—(11) можно принять
;
;
;
Q 1 Кон ц , Q2 Кон ц , Q3 Кон ц — теплота концентрирования по корпусам, кВт;
t Н — температура кипения исходного раствора при давлении в 1-м корпусе, °С:
°С
где — температурная депрессия для исходного раствора.
Поскольку Q 3 Кон ц составляет значительно меньше 3 % от Q3 о p , в уравнениях тепловых балансов по корпусам пренебрегаем величиной QКон ц .
Получим:
Решение системы уравнений дает следующие результаты:
D = 1,555 кг/с;
щ 1 = 1,39 кг/с;
щ 2 = 1,51 кг/с;
щ 3 = 1,588 кг/с;
Q 1 = 3143 кВт;
Q 2 = 2898 кВт;
Q 3 = 3000 кВт;
Наибольшее отклонение вычисленных нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе от предварительно принятых (щ 1 = 1,36 кг/с, щ2 = 1,496 кг/с, щ3 = 1,632 кг/с) не превышает 3 %, поэтому не будем пересчитывать Концентрации и температуры кипения растворов по корпусам.
4.5 Выбор конструктивного материала
Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора NaCl в интервале изменения концентраций от 6 до 26 %. В этих условиях химически стойкой является сталь марки XI7. Скорость коррозии ее менее 0,1 мм/год, коэффициент теплопроводности л ст = 25,1 Вт/(м
- К).
4.6 Расчёт коэффициентов теплопередачи
Коэффициент теплопередачи для первого корпуса K 1 определяют по уравнению аддитивности термических сопротивлений:
(13)
Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки и накипи . Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем. Получим:
(м 2
- К)/Вт
Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к стенке равен:
(14)
Расчет б 1 ведут методом последовательных приближений.
В первом приближении примем ?t 1 = 2,0 град.
Тогда
= Вт/(м 2 ·К),
Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение
Распределение температур в процессе теплопередачи от пара через стенку к кипящему раствору показано на рисунке
Рисунок 15 Распределение температур в процессе теплопередачи от пара к кипящему раствору через многослойную стенку: 1 — пар; 2 — конденсат; 3 — стенка; 4 — накипь; 5 — кипящий раствор
град
Тогда
град
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубках при условии естественной циркуляции раствора равен:
(15)
Вт/(м 2 ·К)
Физические свойства раствора NaCl в условиях кипения приведены в таблице 5.
Таблица 5
|
Параметр |
Корпус |
|||
|
1 |
2 |
3 |
||
|
Теплопроводность раствора л, Вт/(м•К) |
0,61 |
0,62 |
0,68 |
|
|
Плотность раствора с, кг/м 3 |
1015 |
1031 |
1139 |
|
|
Теплоемкость раствора с, Дж/(кг•К) |
3883 |
3645 |
3071 |
|
|
Вязкость раствора м, Па•с |
1.16·10 -3 |
1,36·10 -3 |
2.9·10 -3 |
|
|
Поверхностное натяжение у, Н/м |
0,0755 |
0,0758 |
0,0811 |
|
|
Теплота парообразования r в , Дж/кг |
2070•10 3 |
2161•10 3 |
2323•10 3 |
|
|
Плотность пара с, кг/м 3 |
3,8 |
2.8 |
1.43 |
|
Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
Вт/м 2
Вт/м 2
Как видим,
Для второго приближения примем ?t 1 = 4,0 град.
Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры на 1,0 град, рассчитываем б 1 по соотношению:
Вт/(м 2 •К)
Тогда получим:
град
град
Вт/(м 2 •К)
Вт/м 2
Вт/м 2
Очевидно, что .
Для расчета в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой в первом корпусе и определяем = 2,7 град.
Отсюда получим:
Вт/(м 2 •К)
град
град
Вт/(м 2 •К)
Вт/м 2
Вт/м 2
Как видим, .
Так как расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3 %, на этом расчет коэффициентов б 1 и б2 закончим.
Находим К 1 :
Вт/(м 2 •К)
Далее рассчитаем коэффициент теплопередачи для второго корпуса К 2 .
В первом приближении примем ?t 1 =5,0 град.
Вт/(м 2 •К)
град
град
Вт/(м 2 ·К)
Вт/м 2
Вт/м 2
Как видим,
Для второго приближения примем ?t 1 = 7,0 град.
Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры на 2,0 град, рассчитываем б 1 по соотношению:
Вт/(м 2 •К)
Тогда получим:
град
град
Вт/(м 2 •К)
Вт/м 2
Вт/м 2
Очевидно, что .
Для расчета в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой в первом корпусе и определяем = 5,42 град.
Отсюда получим:
Вт/(м 2 •К)
град
град
Вт/(м 2 •К)
Вт/м 2
Вт/м 2
Как видим, .
Так как расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3 %, на этом расчет коэффициентов б 1 и б2 закончим.
Находим К 2 :
Вт/(м 2 •К)
Рассчитаем теперь коэффициент теплопередачи для третьего корпуса К 3
В первом приближении примем ?t 1 =16,0 град.
Вт/(м 2 •К)
град
град
Вт/(м 2 ·К)
Вт/м 2
Вт/м 2
Как видим,
Для второго приближения примем ?t 1 = 25,0 град.
Вт/(м 2 •К)
град
град
Вт/(м 2 •К)
Вт/м 2
Вт/м 2
Как видим,
Для расчета в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой в первом корпусе и определяем = 23,5 град.
Вт/(м 2 •К)
град
град
Вт/(м 2 •К)
Вт/м 2
Вт/м 2
Как видим, .
62090·100/63650=97,5%
Так как расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3 %, на этом расчет коэффициентов б 1 и б2 закончим.
Найдем K 3 .
Вт/(м 2 •К)
4.7 Распределение полезной разности температур
Полезные разности температур в корпусах установки находим из условия равенства их поверхностей теплопередачи:
- где — полезная разность температур для j-го корпуса;
Q j , тепловая нагрузка для j-го корпуса;
K j — коэффициент теплопередачи для j-го корпуса.
град
град
град
Проверим общую полезную разность температур установки:
град
Теперь рассчитаем поверхность теплопередачи выпарных аппаратов по формуле (1)
м 2
м 2
м 2
Найденные значения мало отличаются от ориентировочно определенной ранее поверхности F ор .
Поэтому в последующих приближениях нет необходимости вносить коррективы на изменение Конструктивных размеров аппаратов (высоты, диаметра и числа труб).
Сравнение распределенных из условия равенства поверхностей теплопередачи и предварительно рассчитанных значений полезных разностей температур представлено ниже:
|
Корпус |
||||
|
1 |
2 |
3 |
||
|
Распределённые в 1-м приближении значения , 0 С |
31,217 |
27,053 |
26,394 |
|
|
Предварительно рассчитанные значения , 0 С |
11,893 |
18,317 |
54,454 |
|
Как видно, полезные разности температур, рассчитанные из условия равного перепада давления в корпусах и найденные в 1-м приближении из условия равенства поверхностей теплопередачи в корпусах, существенно различаются. Поэтому необходимо заново перераспределить температуры (давления) между корпусами установки.
В основу этого перераспределения температур (давлений) должны быть положены полезные разности температур, найденные из условия равенства поверхностей теплопередачи аппаратов.
4.8 Уточненный расчёт поверхности теплопередачи
Второе приближение. В связи с тем, что существенное изменение давлений по сравнению с рассчитанным в первом приближении происходит только в 1-м и 2-м корпусах, где суммарные температурные потери незначительны, во втором приближении принимаем такие же значения , и для каждого корпуса, как в первом приближении.
Полученные после перераспределения температур (давлений) параметры растворов и паров по корпусам представлены в таблице.
Таблица 6
Параметры растворов и паров по корпусам после перераспределения температур
|
Параметры |
Корпус |
|||
|
1 |
2 |
3 |
||
|
Производительность по испаряемой воде щ , кг/с |
1,39 |
1,51 |
1,588 |
|
|
Концентрация растворов х , % |
7,8 |
11,8 |
26,0 |
|
|
Температура греющего пара в 1-м корпусе t r 1 , 0 С |
173,67 |
— |
— |
|
|
Полезная разность температур , град |
31,217 |
27,053 |
26,394 |
|
|
Температура кипения раствора t к =t r — , 0 С |
142,453 |
130,557 |
106,506 |
|
Рассчитаем тепловые нагрузки (в кВт):
Расчет коэффициентов теплопередачи, выполненный описанным выше методом, приводит к следующим результатам:
К 1 = 817 Вт/(м2 •К)
К 2 = 1140 Вт/(м2 •К)
К 3 = 1182 Вт/(м2 •К)
Полезные разности температур в корпусах установки находим из условия равенства их поверхностей теплопередачи:
- где — полезная разность температур для j-го корпуса;
Q j , тепловая нагрузка для j-го корпуса;
K j — коэффициент теплопередачи для j-го корпуса.
град
град
град
Проверка суммарной полезной разности температур:
Сравнение полезных разностей температур, полученных во 2-м и 1-м приближениях, приведем ниже:
Таблица 7
|
Корпус |
||||
|
1 |
2 |
3 |
||
|
Значения во 2-м приближении, 0 С |
31,255 |
27,014 |
26,395 |
|
|
Значения в 1-м приближении, 0 С |
31,217 |
27,053 |
26,394 |
|
Различия между полезными разностями температур по корпусам в 1-м и 2-м приближениях не превышают 5 %.
Поверхность теплопередачи выпарных аппаратов:
По- ГОСТ 11987—81 выбираем выпарной аппарат со следующими характеристиками:
|
Номинальная поверхность теплообмена |
F H |
100 м 3 |
|
|
Диаметр труб |
d |
38х2 мм |
|
|
Высота труб |
Н |
6000 мм |
|
|
Диаметр греющей камеры, не менее |
d К |
800 мм |
|
|
Диаметр сепаратора, не более |
d С |
2200 мм |
|
|
Диаметр циркуляционной трубы, не более |
d Ц |
500 мм |
|
|
Общая высота аппарата, не более |
Н а |
21000 мм |
|
|
Масса аппарата, не более |
М а |
11300 кг |
|
Заключение
В курсовом проекте был изучен процесс выпаривания. Выбрана и описана принципиальная схема трехкорпусной выпарной установки, рассмотрено устройство выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией, вынесенной греющей камерой.
Данная работа содержит:
Таблиц — 7.
Рисунков — 15.
Список используемой литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovaya/vyiparivanie/
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. Л., Химия, 1976.
2. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. Москва, Химия, 1983.
3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Изд. 9-е, М., Химия, 1973.
4. Викторов М.М. Методы вычисления физико-химических величин и прикладные расчёты. Л., Химия, 1977.
