Расчет и подбор двухкорпусной выпарной установки непрерывного действия для выпаривания нитрата калия

Условие задачи Рассчитать двухкорпусную выпарную установку непрерывного действия для выпаривания So = 12 000 кг/час раствора соли KNO3 от начальной концентрации a1 = 8% вес. до конечной a2 = 55 % вес. Слабый раствор соли подогревается в теплообменнике от tн = 30 ˚C до to = 82 ˚C. Давление греющего пара Pгр = 4,5 ата. Вакуум во втором корпусе составляет Pвак = 690 мм рт. ст. Выпарная установка обсуживается барометрическим конденсатором смешения, питающегося

водой с tв = 20 ˚C. Из первого корпуса отводится E = 300 кг/час экстра-пара. Определить: 1. Расход греющего пара в выпарном аппарате и подогревателе; 2. Поверхности теплообмена подогревателя и выпарных аппаратов; 3. Расход охлаждающей воды в конденсаторе; 4. Диаметр и высоту барометрической трубы. Схема двухкорпусной выпарной установки Расчет подогревателя

Исходные данные: So = 12 000 кг/час; a1= 8 %; a2= 55%; tн= 30 ˚C; to= 82 ˚C; tв’= 20 ˚C; а) Справочные данные* f = y = о =  для раствора а = 8%, to = 82 ˚C & ;#61472;09&# 61472;кг/м3 = 3,91 -6 м2/с  = • = 3,91&

#61488; -6 м2/с•09ɦ 72;кг/м = 3,94519•10-3 Пас rр = 2304 кДж/кг tнас = 100,7 ˚C r = 2253 кДж/кг & ;#61472;657& #61472;Вт/мК б) Пересчет единиц 1. Количество передаваемого тепла от конденсатора к воде Q = Sorр = 3,33кг/с2304 кДж/кг = 7672 (кВт) 2.

Расход греющего пара Дгр = Q/r = 7672 / 2253 = 3,405 (кг/с) 3. Подготовка к расчету коэффициента теплопередачи ; ; а) t = tкон – tкип = 18,7 ˚C б) Расчет A С = 0,943 (вертикальный теплообменник); Ao = 13•103. Для выбора высоты теплообменника надо оценить Fор, а для этого нужно задаться К. Кор = 1000 Вт/м2; , в каталоге – 497 м2.

H = 1400 мм в) dn•s = 38х2 [6, стр. 415] г) д) Расчет параметра В 4. Расчет коэффициента теплопередачи № итерации К новое К 1 1000 1940,997 2 1940,997 1860,799 3 1860,799 1866,738 4 1866,738 1866,293 5 1866,293 1866,326 6 1866,326 1866,324 7 1866,324 1866,324 Красч = 1866 (итог четвертой итерации) 5. Расчет поверхности теплообмена Уточнение подбора по каталогу, при условии, что Fкатал >

Fрасч; Hкатал < 1,4 м Выбираем одноходовой теплообменник типа ТН или ТЛ: F = 239 м2, H = 1,2 м, & ;#61472;= 489;-3 м. Расчет двухкорпусной выпарной установки Исходные данные: So = 12 000 кг/час; ao = 8 %; a2 = 55 %; tн = 30 ˚C; to = 82 ˚C; Pгр = 4,5 ата = 4,413 бар; Pвак = 690 мм рт. ст.; tв’= 20 ˚C;

E = 300 кг/час. а) Справочные данные из [1] и [2] a%, масс 0 5 10 15 20 25 30 40 60 8 55 tкип, ˚С 100 100,5 100,9 101,2 102,1 104,1 108,2 100,7 107,0 = q 1 0,98 0,96 0,94 0, 92 0,9 0,88 0,84 0,76 0,968 0,78 б) Пересчет единиц ; ; ; 1. Расчет количества выпаренной воды и распределение ее по корпусам. Расчет концентрации a2. Расчет температурных депрессий и температур кипения При концентрации a1 = 17,3%, ta1  101,4 ˚С; 1 = ta1 – tст = 101,6 -100,0

= 1,4 ˚C Во втором корпусе счит аем по правилу Бабо. Абсолютное давление PII = Pатм – Pвак = 1,033 – 0,842 = 0,191 атм = 0,188 бар (Ps)ст берется из таблицы насыщенных паров для температуры кипения раствора при a2 = 55% (tкип = 107 ˚С). (Ps)ст = 1,294 бар. [3, таблица 1]. ; (бар) По давлению 0,240 бар ищем температуру кипения раствора во втором корпусе: tкип = 64,08 ˚C. Определяем при давлении 0,188 бар: &

#61472; 58,7 ˚C [3, таблица 2]. Поправка Стабникова не вводится, т.к. растворение соли KNO3 является эндотермическим [4, таблица XXXVII]. II = t кип – II = 64,0 – 58,7 = 5,3 ˚C. 3. Суммарная полезная разность температур По Pгр = 4,5 ата  4,4 бар находим по таблице насыщенных паров [3, таблица 2] находим

T1 = 147,1 ˚C. Г(1-2) примерно от 1 до 3 ˚C. Принимаем Г(1-2) = 1,7 ˚C. (˚С) Распределяем произвольно по корпусам: 1 = 40 ˚C; 2 = 40 ˚C. 4. I корпус

II корпус I корпус II корпус T 147,1 104 143,9  40 40 t 107,1 64 64  1,4 5,3 5,3  101,7 58,7 58,7 Г 1,7 1,7 a% 17,3 55 17,3 55 Pгр 4,4 0,239 4,5 P 1,29 0,188 0,188 h 2742 2616 2742 i 2713 2607 2607 t – температура кипения раствора. t = T –   – температура вторичного пара  = t -  P – давление внутри корпуса (по таблице свойств воды и пара на линии насыщения при t) по таблице сухого

насыщенного пара ;- 5. Уточнение значений Wi (W1, W2) Составим тепловой баланс по второму корпусу: Теплоемкость исходного раствора Co = 3,94 кДж/кгград [1] Теплоемкость конденсата Cк = 4,23 кДж/кгград [5] Теплоемкость растворителя Cр = 4,20 кДж/кгград [5] = 1,384 [кг/с]

Подготовка к расчету поверхности теплообмена А – множитель в выражени для коэффициента теплоотдачи от конденсирующегося пара к поверхности нагрева; B – множитель в выражении для коэффициента теплоотдачи от поверхности нагрева к кипящему раствору. а) Расчет AI и AII. . Принимаем Kор = 1100 Вт/м2K. [м2] С = 0,943 [5, стр. 149] A0I = 13,0103,

A0II = 12,2103 [5, стр 138] По справочнику находим для F = 82 м2 высоту выпарного аппарата H = 3,5 м. [6, стр. 416]. б) Расчет BоI и BоII. (бар) (бар) Для выпарного аппарата выбираем материал Х-28 хлористая сталь,  4,25 ккал/(м•град•ч)  4,94 Вт/мК.  = 2 мм = 0,002 м 6.

Расчет комплексов для расчетного уравнения Корпус I 386,3 2813 1402 51562 37,22 43,54 II 336,6 2341 1146 153146 53,50 81,78  — 5154 2548 — 90,72 123,61 ст1 = ст2, ст1 = ст2. Определение поверхности теплообмена F Используя в программе Microsoft ® Excel 97 функцию поиска определенного результата для ячейки с помощью подбора значения другой ячейки, находим F для = 80 ˚С.

F, м2 F4/3 F1/3 66,348 268,598 19,190 38,401 4,048 22,410 80,000 Уточнение 1 и 2 Fрасч = 48,74 м2; 1 = 54,747 ˚C 2 = 25,254 ˚C 1+2 = 54,747 + 25,254 = 80,000 ˚C невязка отсутсвует. 7. Уточненный конечный вариант таблицы Символ II приближение Предварительный вариант Окончательный вариант I корпус

II корпус I корпус II корпус T 147,1 104 147,1 103,2  40 40 40,8 39,2 t 107,1 64 106,3 64  1,4 5,3 1,4 5,3  101,7 58,7 104,9 58,7 Г 1,7 1,7 1,7 1,7 a% 17,3 55 17,3 55 Pгр 4,4 0,24 4,5 1,13 P 1,29 0,188 1,2 0,188 h 2742 2616 2742 2659 i 2713 2607 2684 2607 P1 - по  (по таблице насыщенных паров) P11 гр - по T из таблицы t – температура кипения раствора. t =

T – & ;#61494;= 472;   – температура вторичного пара  = t -  P – давление внутри корпуса (по таблице свойств воды и пара на линии насыщения при t) по таблице сухого насыщенного пара ;-1,1,1267 1,1668 8. Новая проверка Wi и Qi а) = 1,376 [кг/с] б) 9. Сопоставление значений

QI и QII и Q’I и Q’II Расхождение менше 5%  найденные значения тепловых нагрузок Q1 = 3462 кВт, Q2 = 1260 кВт, потоков W1 = 1,384 кг/с, W2 = 1,346 кг/с, Q1 = 3462 кВт, Q2 = 1260 кВт поверхности F = 50 м2 и параметров процесса (см. табл.) принимаем как окончательные. 10. Расход греющего пара в первом корпусе Расчет барометрического конденсатора

Температура конденсации конд = II - Г = 58,7 – 1,7 = 57,0 (˚C). По конд определяем давление в конденсаторе Pконд = 0,173 бар. [3, табл. 1]. 1. Расход воды на конденсацию 2. Расчет потока газа, который образуется в конденсаторе а) Расчет расхода парогазовой смеси GГ = [0,025•(Gв +

W2) + 10•W2]10-3 = [0,025(22,51 + 1,346) + 101,346]10-3 = 14,0610-3 кг/с б) Расчет температуры парогазовой смеси в) Парциальное давление газа Pп = 0,0367 бар. [3, табл. 1]. PГ = Pконд – Pп = 0,173 – 0,0367 = 0,136 бар. г) Объемный поток отсасываемого газа (по ур-ю Менделеева-

Клапейрона) 3. Расчет барометрической трубки а) Расчет диаметра барометрической трубки по уравнению Бернулли Примем скорость движения жидкости по трубе: W‘б.т = 0,6 м/с. в из таблицы при t’’. Смотрим по сортаменту труб dб.тр. = 240 мм. б) Высота барометрической трубы (по уравнению Бернулли) (l = 10 м по ГОСТу) Список литературы 1.

Бурович Б.М Горелов А.Я Межерецкий С.М. Справочник теплофизических свойств растворов. Ташкент, 1987. 2. Гельперин И.И, Солопенков К.Н. Прямоточная многокорпусная выпарная установка с равными поверхностями нагрева. Москва, 1975. 3. Ривкин С.Л Александров А.А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. Москва, «Энергия», 1980. 4. Павлов К.Ф Романков П.

Г Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Издательство «Химия», 1981. 5. Михеев М.А Михеева И.М. Основы теплопередачи. Москва, «Энергия», 1973. 6. Лащинский А.А, Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Москва, 1980. 7. Айнштейн В.Г Захаров М.К Носов Г.

А. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии (книга 1). Издательство «Химия», 1999. Содержание Условие задачи 1 Схема двухкорпусной выпарной установки 1 Расчет подогревателя 2 Исходные данные: 2 а) Справочные данные 2 б) Пересчет единиц 2 1. Количество передаваемого тепла от конденсатора к воде 2 2.

Расход греющего пара 2 3. Подготовка к расчету коэффициента теплопередачи 2 4. Расчет коэффициента теплопередачи 3 5. Расчет поверхности теплообмена 3 Расчет двухкорпусной выпарной установки 3 Исходные данные: 3 а) Справочные данные из [1] и [2] 3 б) Пересчет единиц 3 1. Расчет количества выпаренной воды и распределение ее по корпусам.

Расчет концентрации a1 4 2. Расчет температурных депрессий и температур кипения 4 3. Суммарная полезная разность температур 4 4. Таблица первого приближения 5 5. Уточнение значений Wi (W1, W2) 5 6. Подготовка к расчету поверхности теплообмена 6 а) Расчет AI и AII. 6 б) Расчет BоI и BоII. 6 7. Расчет комплексов для расчетного уравнения 6 8. Определение поверхности теплообмена F 7 9. Уточнение 1 и 2 7 10.

Уточненный конечный вариант таблицы 7 11. Новая проверка Wi и Qi 7 12. Сопоставление значений QI и QII и Q’I и Q’II 8 13. Расход греющего пара в первом корпусе 8 Расчет барометрического конденсатора 8 1. Расход воды на конденсацию 8 2. Расчет потока газа, который образуется в конденсаторе 8 а)

Расчет расхода парогазовой смеси 8 б) Расчет температуры парогазовой смеси 8 в) Парциальное давление газа 8 г) Объемный поток отсасываемого газа (по ур-ю Менделеева-Клапейрона) 8 3. Расчет барометрической трубки 9 а) Расчет диаметра барометрической трубки по уравнению Бернулли 9 б) Высота барометрической трубы (по уравнению

Бернулли) 9 Список литературы 9 Содержание 10