Расчет и проектирование двухкорпусной выпарной установки - Химия курсовая работа

Главная

Химия
Расчет и проектирование двухкорпусной выпарной установки

Технологический расчет выпарного аппарата. Температуры кипения растворов. Полезная разность температур. Определение тепловых нагрузок. Расчет коэффициентов теплопередачи. Толщина тепловой изоляции выпарной установки. Высота барометрической трубы.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.


« Расчёт и проектирование двухкорпусной выпарной установки»
1. Описание технологической схемы выпарной установки
3. Технологический расчет выпарного аппарата
3.7 Выбор конструкционного материала
3.8 Расчет коэффициентов теплопередачи
3.9 Распределение полезной разности температур
3.10 Уточненный расчет поверхности теплопередачи
3.11 Определение толщины тепловой изоляции
4. Расчет барометрического конденсатора
4.4 Расчет производительности вакуум - насоса
5. Прочностной расчет основных элементов выпарного аппарата
Выпариванием называется концентрирование растворов практически нелетучих или мало летучих веществ в жидких летучих растворителях.
Выпариванию подвергают растворы твердых веществ (водные растворы щелочей, солей и др.), а также высококипящие жидкости, обладающие при температуре выпаривания весьма малым давлением пара, -- некоторые минеральные и органические кислоты, многоатомные спирты и др.
При выпаривании обычно осуществляется частичное удаление растворителя из всего объема раствора при его температуре кипения. Поэтому выпаривание принципиально отличается от испарения, которое, как известно, происходит с поверхности раствора при любых температурах ниже температуры кипения. В ряде случаев выпаренный раствор подвергают последующей кристаллизации в выпарных аппаратах, специально приспособленных для этих целей.
Получение высококонцентрированных растворов, практически сухих и кристаллических продуктов облегчает и удешевляет их перевозку и хранение.
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.
Выпаривание проводят в одиночных выпарных аппаратах (однокорпусных выпарных установках). Однако наиболее распространены многокорпусные выпарные установки, состоящие из нескольких выпарных аппаратов, или корпусов, в которых вторичный пар каждого предыдущего корпуса направляется в качестве греющего в последующий корпус. При этом давление в последовательно соединенных (по ходу выпариваемого раствора) корпусах снижается таким образом, чтобы обеспечить разность температур между вторичным паром из предыдущего корпуса и раствором, кипящим в данном корпусе, т. е. создать необходимую движущую силу процесса выпаривания. В этих установках первичным паром обогревается только первый корпус. Следовательно, в многокорпусных выпарных установках достигается значительная экономия первичного пара по сравнению с однокорпусными установками той же производительности.
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.). свойства смесей определяют основные требования к условиям проведения процесса (вакуум - выпаривание, прямо - и противоточные, одно - и многокорпусные выпарные установки), а также к конструкциям выпарных аппаратов.
Такое разнообразие требований выбывает 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 ЭВМ.
1 Описание технологической схемы выпарной установки
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.
Ниже приведен расчета двухкорпусной установки, состоящей из выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией и вынесенной зоной кипения.
Рис. I. Принципиальная схема двухкорпусной выпарной установки.
Принципиальная схема двухкорпусной выпарной установки показана на рис. I. Исходный разбавленный раствор из промежуточной емкости 1 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 сконцентрированный раствор из 1-го корпуса.
Самопроизвольный переток раствора и вторичного пара в следующие корпуса возможен благодаря общему перепаду давлений, возникающему в результате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса в барометрическом конденсаторе смешения 6 (где заданное давлен поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующихся газов вакуум-насосом 7). Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи барометрической трубы с гидрозатвором 8. Образующийся во втором корпусе концентрированный раствор центробежным насосом 9 подается в промежуточную емкость упаренного раствора 10.
Конденсат греющих паров из выпаренных аппаратов выводится с помощью конденсатоотводчиков11.
Аппарат (приложение 2) состоит из греющей камеры, сепаратора с брызгоотделителем, циркуляционного насоса с электроприводом и циркуляционной трубы. В верхней части сепаратора расположен брызгоотделитель.
Кипение раствора в аппарате происходит в трубе вскипания при выходе раствора в сепаратор.
Кипение в трубах предотвращается за счет гидростатического давления столба жидкости в трубе вскипания.
Уровень раствора в аппарате должен поддерживаться по нижней образующей штуцера входа парожидкостной смеси в сепаратор. Снижение уровня приводит к увеличению расхода мощности электропривода, а повышение вызывает гидравлические удары и брызгоунос вторичным паром.
Циркуляция раствора в аппарате осуществляется осевым насосом по замкнутому контуру: сепаратор - циркуляционная труба - насос - греющая камера - сепаратор. Циркуляционный насос обеспечивает скорость потока в трубах 2 - 2,5 м ?с.
Мощность электропривода определяют в каждом конкретном случае в зависимости от вязкости раствора.
Выпариваемый раствор, поднимаясь по трубам, перегревается и по мере выхода из трубы вскипания в сепаратор закипает. Образовавшееся парорастворная смесь направляется тангенциально в сепаратор, где разделяется на жидкую и паровую фазы. Вторичный пар, проходя сепаратор и брызгоотделитель, освобождается от капель и выходит из аппарата через штуцер Б.
Греющий пар через штуцер А поступает в межтрубное пространство аппарата, где конденсируется. Конденсат удаляется через штуцер Д.
Раствор в аппарат подается через штуцер В1 или В2. Упаренный раствор выводится через штуцер Г.
Для наблюдения за работой аппарата предусмотрены смотровые окна, для установки манометров и термометров - бобышки.
Аппарат рассчитан на непрерывную работу.
Конструкция аппарата предусматривает возможность механической чистки внутренней поверхности греющих трубок.
3 Технологический расчет выпарных аппаратов
Целью расчета является расчет необходимой поверхности теплообмена и выбор нормализованного выпарного аппарата.
Расход исходного раствора GН, кг ?ч 7000
Исходная концентрация раствора хн, % масс 5
Конечная концентрация раствора хк, % масс 40
Давление греющего пара РГП, МПа 0,14
Остаточное давление в барометрическом конденсаторе 0,01
Поверхность теплопередачи каждого корпуса выпарной установки определяют по основному уравнению теплопередачи:
Для определения тепловых нагрузок ,Коэффициентов теплопередачи K и полезных разностей температур необходимо знать распределение упариваемой воды, концентраций раствора и их температур кипения по корпусам.
Производительность установки по выпариваемой воде определяют из уравнения материального баланса:
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
= 1·W / (1 + 1,1) = 1·1,701 / 2,1 = 0,81 кг / с,
= 1,1·W / (1 + 1,1) = 1,1·1,701 / 2,1 = 0,891 кг / с.
Далее рассчитывают конечные концентрации растворов в корпусах:
Концентрация раствора в последнем корпусе соответствует заданной концентрации упаренного раствора .
Общий перепад давления в установке равен:
В первом приближении общий перепад давлений распределяют между корпусами поровну. Тогда давления греющих паров в корпусах (в мПа) равны:
давление пара в барометрическом конденсаторе
что соответствует заданному значению РБК.
По давлениям паров находим их температуры и энтальпии [1]:
РГП1 = 0,24 t ГП1 = 125 IГП1 = 2718
РГП2 = 0,125 t ГП2 = 105 IГП2 = 2687
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. Примем для каждого корпуса град. Тогда температуры вторичных паров в корпусах ( 0С ) равны:
По температурам вторичных паров определим их давления [1, табл.LVI]. Они соответственно равны ( МПа): МПа; МПа.
Гидростатическая депрессия обусловлена разностью давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности.
Давление в среднем слое кипящего раствора каждого корпуса определяется по уравнению:
где Н - высота кипятильных труб в аппарате, м;
- плотность кипящего раствора, кг ?м3;
- паронаполнение (объемная доля пара в кипящем растворе), м3 ?м3.
Для выбора значения Н необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата . При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с принудительной циркуляцией Вт ?м2. Примем Вт ?м2 и . Тогда поверхность теплопередачи 1 - го корпуса ориентировочно равна:
где - теплота парообразования вторичного пара в первом корпусе, Дж ?кг.
Из табл. LVI [1] по значению величина
По ГОСТ 11987 - 81 [3] трубчатые аппараты с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой (тип 1, исполнение 2) состоят из кипятильных труб высотой 6 м при диаметре dн=38 мм и толщиной стенки 2 мм. Примем высоту кипятильных труб Н = 5 м.
Для определения плотности томатного сока в корпусах воспользуемся формулой [2]:
Т- температура кипения, примем 305°С.
Давление в среднем слое кипятильных труб корпусов (в Па) равны:
Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты испарения растворителя [1]:
Р1СР = 0,14 t 1СР = 109 rВП1 = 2236,8
Р2СР = 0,0247 t 2СР = 65 rВП2 = 2345,2
Определим гидростатическую депрессию по корпусам (в 0С):
Температурную депрессию определяем следующим образом [1, стр. 254]:
1 - й корпус: 1. Определение температуры кипения раствора при наличии абсолютного давления над раствором р1 = МПа = 1,125 кг·с ?см2.
По рис.38 - 295 [2] находим, что томатный сок при концентрации х1=8,57 % кипит при температуре 100,49 0С. При этой же температуре давление насыщенного пара воды по табл. LVI [1] р'в=1,0529 кг·с ?см2. Отношение давлений пара над раствором р1 и рв при одной и той же температуре 100,541 0С:
Согласно правилу Бабо, это отношение сохраняет постоянное значение при всех температурах кипения раствора.
Для искомой температуры кипения раствора при р1=1,125 кг·с ?см2 :
, откуда рв=1,125 ? 0,98 = 1,148 кг·с ?см2
чему соответствует по табл. XXXIX [1] температура кипения воды 103,1 0С. Эту же температуру кипения будет иметь и томатный сок при давлении над раствором 1,125 кг·с ?см2.
2. Определение : температура кипения воды при давлении 1,125 кг·с ?см2 по табл. XXXIX [1] равна 102,5 0С.
= tр - tв = 103,1 - 102,5 = 0,6 0С.
Учтем поправку Стабникова. По табл. 5.1. при (рр?рв) = 0,98 и рр = 1,125 кг·с ?см2 поправка = 0,9. Таким образом:
2 - й корпус. 1. Определение температуры кипения раствора при наличии абсолютного давления над раствором р1 = кг·с ?см2=24,78 мм.рт.ст.
По рис.38 - 295 [2] находим, что томатный сок при концентрации х1=40 % кипит при температуре 105,2 0С. При этой же температуре давление насыщенного пара воды по табл. LVI [1] р'в=1,232 кг·с ?см2. Отношение давлений пара над раствором р1 и рв при одной и той же температуре 105,2 0С:
Согласно правилу Бабо, это отношение сохраняет постоянное значение при всех температурах кипения раствора.
Для искомой температуры кипения раствора при р1=0,1069 кг·с ?см2:
, откуда рв=0,101 ? 0,838 = 0,12 кг·с ?см2
чему соответствует по табл. XXXVIII [1] температура кипения воды 28,6 0С. Эту же температуру кипения будет иметь и томатный сок при давлении над раствором 0,101кг·с ?см2.
2. Определение : температура кипения воды при давлении 0,101 кг·с ?см2 по табл. XXXVIII [1] равна 25,5 0С.
Учтем поправку Стабникова. По табл. 5.1. при (рр?рв) = 0,838 и рр = 0,101 кг·с ?см2 поправка = 0,9. Таким образом:
Температуры кипения растворов в корпусах равны (в оС):
Общая полезная разность температур равна:
Полезные разности температур по корпусам (в 0С) равны:
Тогда общая полезная разность температур:
Проверим общую полезную разность температур:
125 - 45 - (2 + 24 + 5,5) = 49,5 0С.
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:
где 1,03 - коэффициент, учитывающий 3 % потерь тепла в окружающую среду;
Сн,, С1 - теплоемкости растворов соответственно исходного и в первом корпусах. По табл. II - 295 [2] Сн = 1,1199 кДж ?кг·к, С1 = 1,3069 кДж ?кг·к.
Q1конц, Q2конц - теплоты концентрирования по корпусам, кВт; tн - температура кипения исходного раствора при давлении в 1- м корпусе;
Можно принять Iвп1 Iгп2 2687кДж ?кг; Iвп2 Iбк 2579,8 кДж ?кг.
Рассчитаем теплоту концентрирования для 2 - го корпуса:
где q - разность интегральных теплот растворения при концентрациях х1 и х2, кДж ?кг.
Q2конц = 1,944·0,05·124,7 = 12,12 кВт.
Сравним Q2конц с ориентировочной тепловой нагрузкой для 2- го корпуса Q2ор:
Поскольку Q2конц составляет значительно меньше 3 % от Q2ор, в уравнениях тепловых балансов по корпусам пренебрегаем величиной Q2конц.
Q1=D·(2718-440,4)=1,03·(2687-4,19·69);
Q2=·(2687-188,55)=1,03·[(1,944-)·1,3069·(69-110,5)+(25793,8-4,19·69)];
Решение этой системы уравнений дает следующие результаты:
D = 0,973 кг ?с; = 0,858 кг ?с; = 0,843 кг ?с; Q1 = 2126,96 кВт; Q2 = 2143,67 кВт.
Результаты расчета сведены в таблицу:
Производительность по испаряемой воде, w, кг ?с
Температура кипения раствора tк, 0С
Поскольку вычисленные нагрузки по испаряемой воде в каждом корпусе от предварительно принятых не отличаются, пересчитывать концентрации и температуры кипения растворов по корпусам не будем.
3.7 Выбор конструкционного материала
Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора сахарного сиропа в интервале изменения концентраций от 5 до 60 %. В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х17. скорость коррозии её не менее 0,1 мм?год, коэффициент теплопроводности = 25,1 Вт ?(м·К).
3.8 Расчет коэффициентов теплопередачи
Коэффициент теплопередачи для первого корпуса определяют по уравнению аддитивности термических сопротивлений:
Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки и накипи . Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем. Получим:
= 0,002 ? 25,1 + 0,0005 ? 2 = 3,3·10-4 м2·К ?Вт.
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке равен:
где r1 - теплота конденсации греющего пара, Дж ?кг; по табл. LVII [1] по РГП1 = 2,3544 кг·с ?см2 r1 = 3682,74 кДж ?кг;
- соответственно плотность (кг?м3), теплопроводность Вт ?(м·К), вязкость (Па·с) конденсата при средней температуре пленки tпл = tгп1 - t1 ?2, где t1 - разность температур конденсации пара и стенки, град. tпл= 125 - 2 ?2=124 0С.
=934,8 кг ?м3; =68, 6·102 Вт ?м·к; =0,2234·10-3 Па·с. [табл. XXXIX, 1].
Расчет ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем t1=2 град. Тогда
Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение
где q - удельная тепловая нагрузка, Вт ?м2; - перепад температур на стенке, град; - разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, град.
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору:
Подставив численные значения, получим:
Физические свойства кипящего томатного сока приведены ниже:
Теплопроводность раствора , Вт?(м·К)
Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
Далее рассчитываем коэффициент теплопередачи для второго корпуса К2. для этого найдем:
Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
3.9 Распределение полезной разности температур
Полезные разности температур в корпусах установки находим из условия равенства их поверхностей теплопередачи:
где , Qi, Ki - соответственно полезная разность температур, тепловая нагрузка, коэффициент теплопередачи для j - го корпуса.
Подставив численные значения, получим:
Проверим общую полезную разность температур установки:
Теперь рассчитаем поверхность теплопередачи выпарных аппаратов по формуле:
Найденные значения мало отличаются от ориентировочно определенной ранее поверхности Fор. Поэтому в последующих приближениях нет необходимости вносить коррективы на изменение конструктивных изменений аппарата. Сравнение распределенных из условий равенства поверхностей теплопередачи и предварительно рассчитанных значений полезных разностей температур представлено ниже:
Распределенные в 1 - м приближении значения , град. 22,13 27,39
Предварительно рассчитанные значения , град. 14,5 36
3.10 Уточненный расчет поверхности теплопередачи
Полученные после перераспределения температур (давлений) параметры растворов и паров по корпусам представлены ниже:
Производительность по испаряемой воде , кг ?с
Температура греющего пара в 1 -м корпусе tГП1, 0С
Полезная разность температур , град
Температура кипения раствора tк=tг - , 0С
Температура греющего пара tг=tВП - , 0С
выпарной установка температура теплопередача
Рассчитаем тепловые нагрузки (в кВт):
Q1=1,03·0,858 (2687-4,19·102,87)=2059,85кВт;
Q2=1,03·[(1,944-0,858)1,3069(69-110,5)+0,843(2579,8-4,19·69)]=2000,78 кВт;
Расчет коэффициентов теплопередачи, выполненный описанным выше методом, приводит к следующим результатам: К1=1305 Вт ?(м2·к); К2=2022 Вт ?(м2·к).
Распределение полезной разности температур:
Проверка суммарной полезной разности температур:
Сравнение полезных разностей температур полученных во 2-м и 1-м приближениях, приведено ниже:
во 2 - м приближении, град. 22,47 27,05
в 1 - м приближении, град. 22,13 27,39
Поверхность теплопередачи выпарных аппаратов:
По ГОСТ 11987 - 81 [3] трубчатые аппараты с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой (тип 1, исполнение 2).
3.11 Определение толщины тепловой изоляции
Толщину тепловой изоляции находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду:
где =9,3+0,058· - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт ?(м2·к); - температура изоляции со стороны окружающей среды (воздуха); для аппаратов, работающих в закрытом помещении, выбирают в интервале 35 - 45 0С, = 40 0С; - температура изоляции со стороны аппарата; ввиду незначительного термического сопротивления стенок аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции принимаем равной температуре греющего пара ; tв - температура окружающей среды (воздуха), 0С, tв=20 0С; - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт ?(м2·к).
Рассчитаем толщину тепловой изоляции для 1 - го корпуса:
В качестве материала для тепловой изоляции выберем совелит (85 % магнезит + 15 % асбеста), имеющий коэффициент теплопроводности = 0,09 Вт ?(м2·к).
Принимаем толщину тепловой изоляции 0,027 м и для других корпусов.
4. Расчет барометрического конденсатора
Расход охлаждающей воды GВ определяют из теплового баланса конденсатора:
где IБК - энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж ?кг; tн - начальная температура охлаждающей воды, 0С, tн=16 0С; tк - конечная температура смеси воды и конденсатора, 0С.
Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3 - 5 град. Поэтому конечную температуру воды tк на выходе из конденсатора примем на 3 град ниже температуры конденсации паров:
Диаметр барометрического конденсатора dБК определяют из уравнения расхода:
где - плотность паров, кг ?м3, =0,062563 ?м3 при РВП2=0,0103 ; - скорость паров, м ? с.
При остаточном давлении в конденсаторе порядка 104 Па скорость паров = 15 - 25 м ? с, = 20 м ? с. Тогда
выбираем барометрический конденсатор диаметром dБК=1000 мм [приложение 4.6, 4].
В соответствии с нормалями, внутренний диаметр барометрической трубы dБТ равен 300 мм. Скорость воды в барометрической трубе:
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, м.
В = Ратм - РБК = 9,8·104 - 1·104 = 8,8·104 Па.
где - коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из неё.
Коэффициент трения зависит от режима течения жидкости. Определим режим течения воды в барометрической трубе:
При tБК=450С =0,5922·10-3 Па·с. При Re=129078 =0,013 [1].
Подставив указанные значения в формулу, получим:
4.4 Расчет производительности вакуум - насоса
Производительность вакуум - насоса Gвозд определяется количеством газа (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 неплотности, на 1 кг паров. Тогда:
Объемная производительность вакуум - насоса равна:
где R - универсальная газовая постоянная, Дж ?(кмоль·К); Мвозд - молекулярная масса воздуха, кг ?моль; tвозд - температура воздуха, 0С; Рвозд - парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.
Температуру воздуха рассчитывают по уравнению:
tвозд=tв+4+0,1·(tк - tН)=20+4+0,1·(42-16)=26,6 0С.
где РП - давление сухого насыщенного пара (Па) при tвозд = 26,6 0С. РП=3503,26 Па. Подставив получим:
Рвозд = 1·104 - 0,35·104 = 0,65·104 Па.
Зная объемную производительность Vвозд и остаточное давление РБК, по каталогу подбираем вакуум - насос типа ВВН - 12 мощностью на валу N = 20 кВт [4, приложение 4.7].
5. Прочностной расчет основных элементов выпарного аппарата
Целью расчета является определение размеров основных элементов выпарного аппарата. Поскольку, выпарные аппараты установки взаимозаменяемые, расчет ведем, исходя из условий прочности и устойчивости.
избыточное (1 - й корпус) Р1 = 0,124 МПа
остаточное (2 - й корпус) Р2 = 0,01 МПа
Давление в греющей камере (изб.) Рг = 0,14 МПа
Температура в аппарате (max) t = 125 0C
Толщина обечайки, нагруженной избыточным внутренним давлением, определяется по формуле:
где =1 - коэффициент прочности продольного шва [5].
Подставляя числовые значения в формулу, получим:
Исполнительная толщина стенки определяется с учетом прибавки к расчетной толщине:
где с = 6,1 мм - сумма прибавок к расчетной толщине.
После подстановки полученных значений SR получим:
Исполнительную толщину стенки корпуса окончательно принимаем равной 6,9 мм.
Проверим условие применимости расчетных формул. Для обечаек при D 200 мм должно выполняться условие:
Расчетная толщина обечайки, нагруженной наружным давлением, определяется по формуле:
где Р R = 1,2Р=0,14·1,2=0,168 МПа - расчетное давление, МПа [5],
К2 - коэффициент, определяемый по номограмме [6, с.10].
Для определения К2 определим коэффициент К3 и К1:
где =2,4 - коэффициент запаса устойчивости;
Е=2,05·105 - модуль продольной упругости материала обечайки [5],
lR=0,8 м - расчетная длина обечайки (расстояние между кольцами жесткости).
После подстановки численных значений получим:
Тогда по номограмме имеем К2 = 0,34.
Исполнительная толщина стенки определяется согласно условию:
Исполнительную толщину стенки корпуса окончательно принимаем равной 12 мм.
Согласно [5] принимаем исполнительную толщину днища равной толщине обечайки S1 = 0,012 м.
Проверим условие применимости расчетных формул.
Для днищ должно выполняться условие:
Допускаемое наружное давление определяется по формуле:
где [Р]Р - допускаемое наружное давление из условия прочности, МПа.
[Р]Е - допускаемое наружное давление из условия прочности днища определяемого по формуле:
где R = DД=2,4 м - радиус кривизны днища [6].
Допускаемое давление из условия устойчивости определяется по формуле:
После подстановки в формулу (1) получим:
Поскольку 0,14 <0,46, то толщина днища удовлетворяет условию прочности и устойчивости.
Толщина обечайки определяется по формуле (2) при =0,9 [5].
Подставляя числовые значения в формулу, получим:
Исполнительная толщина стенки определяется с учетом прибавки к расчетной толщине, согласно условию (3):
Исполнительную толщину стенки корпуса окончательно принимаем равной 6,2 мм.
Проверим условие применимости расчетных формул. Для обечаек при D200 мм должно выполняться условие:
Допускаемые напряжения при гидроиспытании определяются по формуле:
где =250 МПа - предел текучести материала кожуха при t = 20 0С [5].
где [Р] - допускаемое избыточное внутреннее давление, МПа.
Подставляя числовые значения получим:
=140 МПа - допускаемое напряжение при t=20 0С [5].
Условие прочности выполняется 0,01<0,014. Следовательно принятая толщина обечайки условиям прочности удовлетворяет.
Толщина трубной решетки, исходя из условия закрепления труб развальцовкой, определяется по формуле [5]:
где dТ=0,038 м - наружный диаметр трубок.
tР-0,040 м - шаг отверстий в решетке.
Принимаем исполнительную толщину трубной решетки 0,094 м [5].
В данной курсовой работе произведен расчет двухкорпусной выпарной установки, состоящей из выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией и вынесенной греющей камерой для упаривания раствора сахарного сиропа.
Конструкция выпарного аппарата удовлетворяет ряду общих требований. К их числу относятся:
· Высокая производительность и интенсивность теплопередачи при min объеме аппарата и расходе металла на его изготовление;
· Легкость очистки поверхности теплообмена;
· Удобство осмотра, ремонта и замены отдельных частей.
1. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. Л.: Химия, 1981. 560 с.
2. Гинзбург А.С. и др. Теплофизические характеристики пищевых продуктов: Справочник ? Гинзбург , А.С., Громов М.А., Красовская Г.И. - 2 - е изд.: перераб. и доп. - М.: Пищевая промышленность, 1980. - 288 с.
3. ГОСТ 11987 - 81. Аппараты выпарные трубчатые.
4. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию ? Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2 - е изд., перераб. и дополн. М.:Химия,1991. - 496 с.
5. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов. Справочник. - Л.: Машиностроение, 1981. - 382 с.
6. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. ГОСТ 14249 - 80. М.: Издательство стандартов. 1989. - 80 с.
7. Чубик И.А., Маслов А.М. Справочник по теплофизическим константам пищевых продуктов и полуфабрикатов. - М.: Пищевая промышленность, 1965. - 156 с.
Схема двухкорпусной выпарной установки. Расчет подогревателя. Количество передаваемого тепла от конденсатора к воде. Расход греющего пара. Подготовка к расчету коэффициента теплопередачи. Расчет коэффициента теплопередачи, поверхности теплообмена. курсовая работа [93,7 K], добавлен 04.01.2009
Технологические схемы процесса выпаривания. Конструкции выпарных аппаратов. Принцип действия проектируемой установки. Определение поверхности теплопередачи. Расчет толщины тепловой изоляции. Определение гидравлического сопротивления теплообменника. курсовая работа [1,4 M], добавлен 29.11.2010
Технологический, полный тепловой расчет однокорпусной выпарной установки непрерывного действия для выпаривания водного раствора нитрата калия. Чертеж схемы подогревателя начального раствора. Определение температур и давлений в узловых точках аппарата. курсовая работа [404,1 K], добавлен 29.10.2011
Методы расчета выпарной установки непрерывного действия, для выпаривания раствора сульфата натрия. Составление технологической схемы выпарной установки, расчет основного аппарата, подбор вспомогательного оборудования (теплообменной и насосной аппаратуры). курсовая работа [1,4 M], добавлен 23.12.2010
Расчет выпарной установки для концентрирования водного раствора кальциевой соли соляной кислоты. Описание технологических схем выпарных установок. Расчет конструкции установки, концентраций упариваемого раствора, выбор барометрического конденсатора. курсовая работа [1,6 M],
Расчет и проектирование двухкорпусной выпарной установки курсовая работа. Химия.
Сочинение Рассуждение Что Такое Порядочность 8 Класс
Заказать Сочинение По Литературе 9 Класс
Учебное пособие: Кредитование в Приватбанке
Дипломная работа по теме Организация планово-предупредительного ремонта пути на перегоне Ковда – Княжая
Курсовая работа: Проблема розширення Європейського Союзу на сучасному етапі розвитку міжнародних відносин
Курсовая работа по теме Влияние внешнего окружения на деятельность предприятия
Диссертация На Тему Система Дистанционной Мониторинга Сердцебиения
Аргументы К Сочинению Смирение
Контрольная работа: Конституционные институты прямой демократии в Российской Федерации. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат: Тривалість інсоляції з урахуванням протилежної будівлі
Дипломная работа по теме Дивидендная политика предприятия ОАО "РЖД"
Дипломная работа: Исследование несущей способности свай по результатам динамических испытаний в водонасыщенных основаниях. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат: Система классификации Линнея. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат На Тему Совершенствование Финансовой Работы На Оао "Электросигнал"
Сочинение по теме Жанр интервью в региональной прессе (на примере городской газеты Чапаевский рабочий)
Сочинение На Тему Наступила Зима
Курсовая работа: Паблик рилейшнз как стратегическая функция менеджмента
Курсовая работа: Особенности работы счетчиков излучения
Контрольная работа: Форма правления в США и Италии
Курсовая работа по теме Содержание и порядок заключения трудового договора
Технологическая подготовка процесса изготовления детали "Винт" с использованием интегрированной среды САПР - Производство и технологии дипломная работа
Методика преподавания музыкального воспитания в основами теории музыки - Музыка презентация
Правовое обеспечение защиты прав потребителей в Украине - Государство и право доклад