РАСЧЕТ БАРОМЕТРИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА
Содержание .
Стр
1. Компоновка полной технологической схемы многокорпусной выпарной установки из составляющих ее основных технологических узлов.3
2. Технический расчет выпарной установки 4
Подпрограмма 1 4
2.2 Подпрограмма 2 5
Подпрограмма 3 8
Подпрограмма 4 10
Подпрограмма 5 13
Подпрограмма 6 16
Подпрограмма 7 23
2.8 Расчет барометрического конденсатора 24
2.9 Расчет производительности вакуум – насоса 26
2.10 Расчет центробежного насоса 27
2.11 Теплоизоляция аппарата 28
2.12 Расчет теплообменника 28
3 Прочностной расчет 29
3.1 Расчет толщины стенки аппарата. 29
3.2 Расчет опор. 30
3.3 Расчет закрепления труб в трубной решетке. 35
4 Конструкторский расчет 36
4.1 Описание аппарата с выносной греющей камерой 36
4.2 Расчет и Конструирование штуцеров. 37
4.3 Укрепление отверстий. 40
5 Литература. 49
Компоновка полной технологической схемы многокорпусной выпарной установки из составляющих ее основных технологических узлов.
Полная технологическая схема многокорпусной установки представляет собой совокупность технологических узлов, объединенных в соответствии с целью производства получением упаренного раствора.
При разработке полной технологической схемы необходимо предусмотреть меры, повышающие надежность работы непрерывно действующей выпарной установки и снижающие капитальные и эксплутационные затраты.
Известно, что непрерывнодействующие выпарные установки отличаются большой производительностью, возможностью механизации и автоматизации технологического процесса. Однако пуск и остановка непрерывно действующих технологических линий значительно сложнее, чем периодически действующих, следовательно, остановка всей линии из-за выхода из строя одного аппарата недопустима. По этой причине трубопроводные коммуникации выпарной установки должны предусматривать возможность отключения отдельных аппаратов для периодических кратковременных чисток и ремонтов и возможность предотвращения попадания в них горячего раствора и пара при отключении. Все материальные потоки в этом случае направляются в обход отключенного аппарата в оставшиеся работающие аппараты. Возможность быстрого отключения отдельных аппаратов от работающей выпарной установки особенно важна при аварийных ситуациях, возникающих в работающих аппаратах образование свищей в кипятильных трубках, нарушение герметичности уплотнений и т.д. ). При проектировании трубопроводной обвязки необходимо обходиться минимальной протяженностью труб и минимумом арматуры. Несоблюдение этого правила может привести не только к значительному росту гидравлических сопротивлений, но и к увеличению стоимости всей установки.
С учетом изложенных рекомендаций разработана схема трехкорпусной прямоточной выпарной установки представленная на лист 1.
Исходный раствор со склада готовой продукции поступает в емкость исходного раствора А7 откуда центробежными насосами Н1, Н2 подается по коммуникации раствора в подогреватель исходного раствора А5. Нагретый в подогревателе до температуры кипения раствор подается в первый корпус А1 выпарной установки. В случае временной остановки подогревателя А5 на чистку или ремонт, последний отключается запорной арматурой, и холодный раствор подается по коммуникации раствора непосредственно в корпус А1. Разумеется , при отключении подогревателя А5 , производительность установки может снизится, но не произойдет ее остановки.
Из корпуса А1 раствор самотеком (за счет разности давлений) по коммуникации раствора переходит в корпус А2, а из корпуса А2 а корпус А3. На приведенной технологической схеме для перепуска раствора из одного корпуса в другой используется общая коммуникация раствора , установленном на ней необходимой запорной арматурой. Это экономит трубы и дает возможность гибко управлять работой установки. Переключая соответствующим образом запорную арматуру можно направлять раствор в обход любого из корпусов в случае временного его отключения на чистку или кратковременный ремонт (без остановки всей технологический схемы).
Из последнего корпуса раствор направляется в емкости А8, А9 каждая из которых находится либо под вакуумом - при заполнении раствором, либо под атмосферным давлением - при перекачке упаренного раствора на дальнейшую переработку.
Для подвода пара к каждому корпусу установки используются, паропроводы, составляющие паровую коммуникацию . Паровая коммуникация 2 обеспечивает возможность временного отключения любого из аппаратов установки ( подогревателя А5 и корпусов А1, А2 или А3) при минимальном количестве паровых трубопроводов. Это достигается установкой запорной арматуры на подводящих паропроводах к каждому аппарату. На паровой коммуникации устанавливаются также разобщающие вентили чтобы не допустить смешения греющего пара каждого корпуса с его вторичным паром. При нормальной работе установки вентили на подводящих паропроводах открыты, а разобщающие вентили закрыты.
Выпарная установка снабжается водяной коммуникацией , которая используется для конденсации пара в барометрическом конденсаторе, подпитки водокольцевых вакуум-насосов, наполнения аппаратов после их чистки.]
Технический расчет выпарной установки
Подпрограмма 1
1)Определяем общее количество выпаренной воды из уравнения материального баланса
2)В первом приближении количество выпаренной воды по корпусам принимаем равным, т.е.
3)Конечная концентрация раствора по корпусам
Таблица 1.
№
| Наименование
| Обозначение
| Размерность
| Кол-во
|
| Производительность по исходному раствору
|
|
|
|
| Начальная концентрация раствора
|
|
|
|
| Конечная концентрация раствора
|
|
|
|
| Давление
греющего пара
| P
| Па
|
|
| Давление в барометрическом конденсаторе
|
| Па
|
|
| Длина греющих трубок
|
| м
|
|
| Наружный диаметр греющих трубок
|
| м
| 0.038
|
| Количество выпаренной воды общее
| W
|
|
| в первом корпусе
|
|
|
| во втором корпусе
|
|
|
| в третьем корпусе
|
|
|
|
| Конечная концентрация раствора
|
| в первом корпусе
|
|
| 7.129
| во втором корпусе
|
|
| 12.414
| в третьем корпусе
|
|
|
|
Подпрограмма 2
1)По конечным концентрациям раствора с помощью таблицы XXXVI [2] определяем “нормальную” (при атмосферном давлении) температурную депрессию
№ корпуса Концентрация NaOH
10.9 1.25
16.9 4.104
38 39.32
и рассчитываем суммарную температурную депрессию
2)Потери температуры пара между корпусами за счет гидравлических сопротивлений
и суммарные потери составят
3)Суммарная полезная разность температур установки без учета суммы потерь температур за счет гидростатического эффекта
где температура греющего пара;
температура вторичного пара на входе в конденсатор.
при давлении греющего пара
(таблица LVI [2]).
при давлении в барометрическом конденсаторе (таблица XXXVI [2]).
4)Полезная разность температур по корпусам в первом прибли-жении принимается равной, т.е.
5)Температура кипения раствора (по корпусам)
6)Температура греющего пара (по корпусам)
7)Температура вторичного пара (по корпусам)
По значениям температур вторичного пара из таблиц [2] определяем значения следующих параметров: теплоты парообразования воды ; давления вторичного пара ; плотность воды .
№
I 143.908 2745.47 403877.7 922.48
II 119.762 2207.7 197247.0 943.19
III 60.4 2355.96 20336.13 982.80
По значениям концентраций и температурам кипения раствора находим значения плотности раствора по корпусам .
№
I 7.129 145.158 1077.4
II 12.414 123.866 1135.55
III 48 99.72 1504.6
Таблица 2
№
| Параметры
| Обозначения
|
Корпус
| Барометрический
конденсатор
|
I
|
II
|
III
|
| Температура греющего пара,
| T
| 164.20
| 142.908
| 118.762
| 59.4
|
| Полезная разность температур,
|
| 19.042
| 19.042
| 19.042
|
|
| Температура кипения раствора,
|
| 145.158
| 123.866
| 99.72
|
| Температура вторичного пара,
|
| 143.908
| 119.762
| 60.4
|
| “Нормальная “ температурная депрессия,
|
| 1.25
| 4.104
| 39.32
|
| Конечная концентрация раствора, вес. дол.,%
|
| 7.129
| 12.414
|
|
| Теплота парообразования воды, кДж/кг
|
| 2745.47
| 2207.70
| 2355.96
|
| Плотность воды,
|
| 922.48
| 943.19
| 982.80
|
| Давление вторичного пара, Па
|
| 403877.7
| 197247.0
| 20336.13
|
| Плотность раствора,
|
| 1077.4
| 1135.6
| 1504.6
|
Подпрограмма 3
1)В связи с тем, что “нормальная” температурная депрессия выбрана для атмосферного давления, а давление вторичного пара по корпусам отличается от атмосферного, то необходимо провести перерасчет температурной депрессии по формуле
где температура вторичного пара, К;
теплота парообразования воды при температуре вто-
ричного пара кДж/кг.
2)Суммарная температурная депрессия
Для определения температурных потерь за счет гидростатического эффекта необходимо рассчитать оптимальный уровень заполнения греющих трубок и давления раствора в аппаратах на уровне половины длины греющих трубок (у середины греющих трубок).
3)Оптимальную высоту заполнения трубок раствором находим
по эмпирической формуле
где длина греющих трубок, м.
4)Гидростатическое давление столба у середины греющих трубок
5)Давление раствора в корпусах у середины греющих трубок
Таблица 3
№
| Наименование
| Обозначение
| Корпус
| I
| II
| III
|
| Действительная температурная депрессия,
|
| 1.282
| 4.646
| 30.053
|
| Суммарная температурная депрессия,
|
| 35.981
|
| Оптимальная высота заполнения трубки, м
|
| 0.954
| 1.059
| 1.981
|
| Гидростатическое давление столба раствора, Па
|
|
|
|
|
| Давление раствора у середины греющих трубок, Па
| ·104
| 40.89
| 20.31
| 3.496
|
Подпрограмма 4
Для определения истинных значений температур греющего пара, вторичного пара, кипения раствора в трубках и на верхнем уровне трубки, полезной разности температур по корпусам необходимо рассчитать температурные потери за счет гидростатического давления.
1)По данным находим по таблице [2] значения температур кипения воды у середины греющих трубок
№
I 40.89·104 144.20
II 20.31·104 120.69
III 3.496·104 68.55
и рассчитываем значения потерь температур за счет гидроста- тического эффекта (гидростатическую депрессию):
Суммарные потери температуры за счет гидростатического эффекта составят
2)Суммарная полезная разность температур для установки
Для расчета в первом приближении ориентировочно принимаем соотношение тепловых нагрузок аппаратов
и соответственно коэффициентов теплопередачи
Исходя из условия получения равных поверхностей нагрева для каждого корпуса установки полезная разность температур по корпусам может быть определена по уравнению
3)Распределение полезной разности температур по корпусам
4) Температура кипения раствора в трубках составит
5)Температура кипения раствора на верхнем уровне по корпусам:
6)Температура вторичного пара по корпусам:
Таблица 4
№
|
Наименование
| Обо-значение
| Корпус
| I
| II
| III
|
| Гидростатическая депрессия,
|
| 0.282
| 0.928
| 8.150
|
| Суммарная гидростатическая депрессия,
|
| 9.370
|
| Суммарная полезная разность температур,
|
| 56.449
|
| Температура кипения раствора в трубках,
|
| 149.787
| 129.198
| 98.603
|
| Полезная разность температур,
|
| 14.413
| 18.016
| 24.022
|
| Температура кипения раствора на верхнем уровне,
|
| 149.495
| 128.270
| 90.453
|
| Температура вторичного пара,
|
| 148.223
| 123.624
| 60.400
|
Подпрограмма 5
В этой подпрограмме рассчитываем: расход греющего пара, расход выпаренной воды по корпусам, конечные концентрации раствора и в первом приближении тепловые нагрузки аппаратов.
1)Расход греющего пара определяем из уравнения теплового баланса
которое может быть записано для каждого корпуса в следующем виде :
Потери тепла в окружающую среду принимаем равными 3 % от тепла греющего пара, т.е. А=1.03. Энтальпию вторичного пара находим из таблицы LVII [2] по давлению вторичного пара .
№
I 4.089·105 2750.9
II 2.031·105 2716.1
III 3.496·104 2608.2
Начальную теплоемкость раствора определяем по концентрации при температуре раствора , которую принимаем равной температуре .
Энтальпии греющего пара и энтальпии конденсата определяем из таблицы LVI [2] по температурам .
№ T ,
I 164.2 2769.6 681.7
II 142.908 2742.0 591.5
III 118.762 2709.3 498.8
Теплоемкость раствора находим по табличным данным при соответствующих концентрациях и температурах .
№
I 7.129 149.787 3.75
II 12.414 129.198 3.64
III 48 98.603 3.25
Теплоту изменения концентрации ( дегидротации ) – по концентрациям раствора в корпусах.
где –интегральные теплоты растворения при конечной и начальной концентрациях раствора в соответствующем корпусе.
При подстановке найденных величин в уравнения для получаем:
Учитывая, что и решая систему уравнений, определяем
а затем конечную концентрацию раствора по корпусам
2)Тепловая нагрузка аппаратов
Таблица 5
№
|
Наименование
| Обоз-наче-ния
| Корпус
| I
| II
| III
|
| Расход греющего пара, кг/ч
| D
| 3501.52
| 3326.71
| 3599.32
|
| Расход выпаренной воды, кг/ч
| W
| 3326.71
| 3599.32
| 3823.97
|
| Конечная концентрация раствора, мас.дол.,%
|
| 6.92
| 11.83
|
|
| Тепловая нагрузка аппаратов, кВт
| Q
| 2030.78
| 1987.25
| 2210.08
|
| Энтальпия греющего пара, кДж/кг
|
| 2769.6
| 2742.0
| 2709.3
|
| Энтальпия конденсата греющего пара, кДж/кг
|
| 681.7
| 591.5
| 498.8
|
| Энтальпия вторичного пара, кДж/кг
|
| 2750.9
| 2716.1
| 2608.2
|
| Теплоемкость кипящего раствора,
|
| 3.75
| 3.64
| 3.25
|
| Теплоемкость исходного раствора,
|
| 3.85
|
| Теплота изменения концентрации, кДж/кг
|
|
|
|
|
Подпрограмма 6
В этой подпрограмме рассчитываются коэффициенты теплоотдачи, удельные тепловые нагрузки и коэффициенты теплопередачи.
Коэффициент теплопередачи
где –коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к внешней стенке трубки;
–суммарное термическое сопротивление стенки трубки и накипи;
–коэффициент теплоотдачи от внутренней стенки трубки к кипящему раствору.
В качестве материала греющих трубок выбираем сталь 20 .Ее коэффициент теплопроводности .
Толщину накипи принимаем , а ее коэффициент теплопроводности .
Коэффициент теплоотдачи рассчитываем по формуле
Значения коэффициента для конденсата пара в зависимости от температуры конденсации пара находим по таблице 6 [3].
№ Температура кон-
денсации пара,
I 164.2 7496.3
II 142.9 7430.15
III 118.8 7223.2
1) Коэффициент для 1-го корпуса рассчитываем методом последовательных приближений, принимая разность значений температур конденсации пара и стенки .
1 приближение:
Удельная тепловая нагрузка аппарата (удельный тепловой по-ток) для установившегося прцесса теплопередачи может быть рассчитана по формуле
Определив
находим перепад температур стенки греющей трубки
а затем разность между температурами стенки трубки и кипящего раствора
Далее определяем коэффициент теплоотдачи от стенки греющей трубки к кипящему раствору
Физические свойства кипящих растворов NaOH и их паров:
Параметр I корпус II корпус III корпус
Находим
и сравниваем тепловые потоки и
Задаем новое значение и повторяем вышеуказанные расчеты.
2 приближение:
Так как расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 5 % , то расчет коэффициентов и на этом заканчиваем. Находим :
Аналогичный расчет проводим для II-го и III-го корпусов.
II Корпус
2) 1 приближение:
2 приближение:
III корпус
3) 1 приближение:
2 приближение:
Таблица 6
№
| Наименование
| Обозначения
| Корпус
| I
| II
| III
|
| Коэффициент теплопроводности раствора,
|
| 0.5102
| 0.5860
| 0.5568
|
| Плотность раствора,
|
| 991.9
|
|
|
| Поверхностное натяжение раствора,
|
| 0.06016
| 0.06900
| 0.12168
|
| Коэффициент динамической вязкости раствора,
|
| 0,000406
| 0,0006426
| 0,003305
|
| Теплоемкость раствора, Дж/(кг )
|
| 3988.88
| 3833.85
| 3259.82
|
| Плотность вторичного пара,
|
| 2.7396
| 1.2475
| 0.1301
|
| Удельная теплота парообразования, Дж/кг
|
|
|
|
|
| Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке,
|
| 10782.8
| 10186.7
| 11174.1
|
| Коэффициент теплоотдачи от стенки к раствору,
|
| 3097.4
| 2630.5
| 918.7
|
| Удельный тепловой поток,
|
| 21811.4
| 24967.5
| 16895.3
|
| Коэффициент,
|
| 7496.30
| 7430.15
| 7223.2
|
| Длина греющих трубок, м
|
|
|
| Толщина стенки греющей трубки, м
|
| 0.002
|
| Коэффициент теплопроводности стенки,
|
| 46.5
|
| Коэффициент теплопроводности накипи,
|
| 2.5
|
| Коэффициент теплопередачи,
| К
| 1518.4
| 1386.3
| 703.7
|
| Разность температур конденсации пара и стенки трубки,
|
| 2.0228
| 2.4510
| 1.5120
|
| Разность между температурой трубки и кипящим раствором,
|
| 7.090
| 9.495
| 18.410
|
| Перепад температур на стенке греющей трубки,
|
| 5.3
| 6.07
| 4.1
| 2.7 Подпрограмма 7
1. Распределение полезной разности температур по корпусам
Суммарная полезная разность температур
2. Поверхность теплообмена выпарного аппарата
3. Число греющих трубок
Таблица 7
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|