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

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

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.

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

09кг/м3

= 3,91×-6 м2/с

 = · = 3,91×-6 м2/с·09кг/м = 3,94519·10-3 Па×с

rр = 2304 кДж/кг

tнас = 100,7 ˚C

r = 2253 кДж/кг

657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 (К < меньш).

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

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, ×-3 м.

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]

б) Пересчет единиц

; ; ;

1.  Расчет количества выпаренной воды и распределение ее по корпусам. Расчет концентрации a1

2.  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 считаем 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:  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.  Таблица первого приближения

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.

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

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.

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

P1 - по  (по таблице насыщенных паров)

P11 гр - по T из таблицы

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 ;-\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

В курсовой работе – по каталогу далее выбираем аппарат с F > такого-то и H < такого-то

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)

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

* Взяты из [1], [2] и [3].