№
|
Наименование
|
Обозначения
|
Корпус
|
I
|
II
|
III
|
1
|
Коэффициент
теплопроводности раствора,
|
|
0.587
|
0.579
|
0.563
|
2
|
Плотность
раствора,
|
|
1055
|
1138
|
1371
|
3
|
Поверхностное
натяжение раствора,
|
|
0.069
|
0.078
|
0.105
|
4
|
Коэффициент
динамической вязкости раствора,
|
|
|
|
|
5
|
Теплоемкость
раствора, Дж/(кг)
|
|
3823
|
3729
|
3486
|
6
|
Плотность
вторичного пара,
|
|
2.561
|
1.585
|
0.707
|
7
|
Удельная теплота парообразования,
Дж/кг
|
|
|
|
|
8
|
Коэффициент теплоотдачи от
конденсирующегося пара к стенке,
|
|
10974
|
10348
|
9953
|
9
|
Коэффициент теплоотдачи от стенки
к раствору,
|
|
1415
|
1259
|
797
|
10
|
Удельный
тепловой поток,
|
|
8231
|
9313
|
8958
|
11
|
Коэффициент,
|
|
7486
|
7388
|
7106
|
12
|
Длина греющих
трубок, м
|
|
5
|
13
|
Толщина стенки греющей трубки, м
|
|
0.002
|
14
|
Коэффициент
теплопроводности стенки,
|
|
46.5
|
15
|
Коэффициент
теплопроводнос-ти накипи,
|
|
2.5
|
16
|
Коэффициент
теплопередачи,
|
К
|
961
|
882
|
626
|
17
|
Разность температур конденсации
пара и стенки трубки,
|
|
0.75
|
0.9
|
0.9
|
18
|
Разность между температурой
трубки и кипящим раствором,
|
|
5.75
|
7.47
|
11.09
|
19
|
Перепад температур на стенке
греющей трубки,
|
|
2
|
2.26
|
2.18
|
Глава 2. Выбор вспомогательного оборудования
Выбор насосов.
Для перекачивания
жидкости из емкости исходного раствора в подогреватель (теплообменник)
используем два центробежных насоса типа Х 8/42/.
Для отвода
концентрированного раствора из соответствующей емкости воспользуемся одним
насосом типа Х 25/18/.
Выбор емкостей.
Для обеспечения
бесперебойной подачи исходного раствора в подогреватель и, соответственно,
нормальной работы установки в течение двух часов выбираем емкость, пригодную
для эксплуата-ции при давлении более 0.07 МПа, рабочим объемом не более 20.9
куб.м. Тип указанной емкости ГЭЭ1-1-25-0.6.
Для упаренного
(концентрированного) раствора необходимы емкости, способные выдерживать вакуум,
поэтому выбираем две емкости, работающие при давлении не более 0.07 МПа того же
объема, что и для исходного раствора- ГКК1-1-25-0.07.
Глава 3. Расчет
барометрического конденсатора
Расход охлаждающей воды
Расход охлаждающей воды определяем из теплового баланса
конденсатора
Разность температур между
паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3-5 .Поэтому конечную
температуру воды на выходе из конденсатора примем на 3 град. ниже температуры
конденсации паров:
Тогда
Диаметр конденсатора
Диаметр барометрического
конденсатора определяем из уравнения расхода:
где –плотность паров,; v-скорость паров,м/с.
При остаточном давлении в
конденсаторе порядка Па скорость паров v=15-25 м/с. Тогда
По приложению 4.6 [4]
подбираем конденсатор диаметром, равным расчетному или ближайшему большему.
Определяем его основные размеры. Выбираем барометрический конденсатор диаметром
=800 мм.
Высота барометрической
трубы
В соответствии с
приложением 4.6 [4] , внутренний диаметр барометрической трубы равен 200 мм. Скорость воды в
барометрической трубе
где - коэффициенты местных сопротивлений на
входе в трубу и на выходе из нее.
Коэффициент трения зависит от режима течения жидкости.
Определим режим течения воды в барометрической трубе:
Для гладких труб при Re=165911 коэффициент трения [2*].
Подставив в выражение для
указанные значения, получим:
Отсюда находим =8.41 м.
Расчет производительности
вакуум-насоса
Производительность
вакуум-насоса определяется количеством газа
(воздуха) , который необходимо удалять из барометрического конденсатора:
где -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, ; - молекулярная масса воздуха,
кг/кмоль; -температура воздуха, ; -парциальное давление сухого воздуха
в барометрическом конденсаторе, Па.
Температуру воздуха
рассчитываем по уравнению
Давление воздуха равно:
где -давление сухого насыщенного пара (Па)
при Подставив, получим:
Тогда
Зная объемную
производительность и остаточное давление, по
каталогу подбираем вакуум-насос типа ВВН-3 мощностью на валу 6.5 кВт
(см. приложение 4.7 [4]).
Глава 4. Расчет
теплообменного аппарата
Для расчета
теплообменника, предназначенного для подогрева исходного раствора,
воспользуемся тепловым балансом
Тогда расход греющего
пара найдем по формуле
.
Учитывая, что (удельная теплота парообразования),
найдем:
Найдем
среднелогарифмическую разность температур:
Далее определяем тепловую
нагрузку при конденсации насыщенных паров без охлаждения конденсата из
уравнения
В соответствии с таблицей
2.1 [4] примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи К=1000
. При этом ориентировочное
значение поверхности теплообмена составит
Убедимся, что режим
течения в трубах турбулентный
В соответствии с
найденной площадью поверхности теплообмена по каталогу выбираем теплообменник
типа 600 ТНВ-16-М1-0/25-6-2 гр. А.
Глава 5. Расчет
штуцеров
Целью этого расчета
является вычисление условного прохода основных штуцеров и определение в
соответствии со стандартами их размеров.
Воспользуемся общей
формулой определения расхода
, где
G-расход жидкости или газа,
проходящего через штуцер, кг/час;
d-условный проход штуцера, м;
-скорость жидкости или газа, м/с;
-плотность среды в штуцере.
Тогда
.
Расчет будем вести по
плану:
1)
штуцера для раствора;
2)
штуцера для пара;
Расчет штуцеров для
входа и выхода раствора.
Условный проход
штуцеров для входа раствора.
;
;
Плотности раствора берем
при начальных концентрациях и температурах кипения раствора для
соответствующего корпуса. Скорость течения жидкости принимаем равной 1 м/с для
2-го и
3-го корпусов, считая ее
движение самотечным, и 2 м/с для 1-го корпуса как для жидкости, качаемой
насосом.
Т.к. все три аппарата
предполагаются быть одинаковыми, выбираем максимальный из трех диаметров:
.
Условный проход
штуцеров для выхода раствора.
;
;
Плотности раствора берем
при конечных концентрациях и температурах кипения раствора для соответствующего
корпуса. Скорость течения жидкости принимаем равной 1 м/с для всех корпусов,
считая ее движение самотечным.
Выбираем максимальный из
трех диаметров:
.
Т.к. выходящий раствор из
корпуса является входящим в следу-ющий корпус, то из условия удобства
конструирования установки штуцера для раствора следует принять одинаковыми.
Поэтому условный проход штуцеров для раствора будет равен
.
По справочнику [5]
выбираем штуцера с плоскими приварными фланцами типа 80-6-155-ВСт3сп4-10 ОСТ
26-1404-76.
Расчет штуцеров для
греющего и вторичного пара.
Условный проход
штуцеров для греющего пара.
;
;
Плотности паров берем при
температурах греющих паров для соответствующих корпусов. Скорость течения пара
принимаем равной 25 м/с , считая пар насыщенным.
Т.к. все три аппарата
предполагаются быть одинаковыми, выбираем максимальный из трех диаметров:
.
Условный проход
штуцеров для вторичного пара.
;
;
.
Плотности паров берем при
температурах вторичных паров для соответствующих корпусов.
Скорость течения пара
принимаем равной 25 м/с для 1-го и 2-го корпусов, считая пар насыщенным, а для
3-го корпуса 75 м/с, т.к. здесь пар находится под разрежением.
Выбираем максимальный из
трех диаметров:
.
Т.к. вторичный пар для
одного корпуса является греющим для следующего корпуса, то из условия удобства
конструирования установки штуцера для греющих и вторичных паров следует принять
одинаковыми. Поэтому условный проход штуцеров для пара будет равен
.
По справочнику [5]
выбираем штуцера с плоскими приварными фланцами типа 300-6-190-ВСт3сп4-10 ОСТ
26-1404-76.
Расчет штуцеров для
отвода конденсата.
;
;
Плотность воды берем при
температурах греющих паров, считая, что пар конденсируется, не охлаждаясь.
Скорость течения жидкости принимаем равной 1 м/с для всех корпусов, считая ее
движение самотечным.
Выбираем максимальный из трех
диаметров:
.
По справочнику [5]
выбираем штуцера с плоскими приварными фланцами типа 32-6-155-ВСт3сп4-10 ОСТ
26-1404-76.
Глава 6. Расчеты
на прочность
Расчет цилиндрической
обечайки.
Наибольшее
распространение в химическом аппаратостроении получили цилиндрические обечайки,
отличающиеся простотой изготовления, рациональным расходом материала и хорошей
сопротивляемостью давлению среды. Поэтому при конструировании аппаратов, если
это не противоречит каким-либо особым требованиям, предъявляемым к аппарату,
рекомендуется применять цилиндрические обечайки. Произведем расчет обечайки,
нагруженной внутренним давлением.
Дано:
D=1400 мм
H=4100 мм
P=0.6 МПа
Толщину стенки
цилиндрической оболочки будем искать по формуле ,
где
-допускаемое напряжение для материала
оболочки;
-коэффициент безопасности сварного
шва (для ручной электро-дуговой сварки =0.95);
С –расчетная прибавка, учитывающая
физико-химические условия и отклонения и допуски на толщину проката.
, где
-прибавка на коррозию
(принимаем =0);
-прибавка на возможность эррозии
(если рабочая среда движется с огромной скоростью и несет абразивные частицы,
принимаем =0);
-допуск на отклонение толщины листа
проката от номинального размера (принимаем =0.0015
м).
Тогда . Допускаемое напряжение находим по формуле
,
где -предел текучести стали марки Сталь20
при расчетной температуре ;
n-коэффициент запаса прочности.
Подставляя вышеуказанные
величины в формулу для определения толщины стенки цилиндрической оболочки,
получаем
.
Мы нашли толщину стенки
аппарата в рабочем состоянии. Теперь необходимо произвести аналогичный расчет
при гидравлических испытаниях.
Допускаемое напряжение
найдем по формуле
Пробное давление при
гидравлическом испытании
Тогда толщина
цилиндрической оболочки
.
Принимаем S=6 мм.
Проверка на
устойчивость.
Для проверки аппарата на
устойчивость воспользуемся формулой Мизеса для длинных цилиндров. В
соответствии с этой формулой, внешнее критическое давление будет равно
, где
E-модуль упругости (для стали );
S-толщина стенки оболочки;
-коэффициент Пуассона (для стали =0.3);
R-средний радиус оболочки.
Тогда
.
Коэффициент запаса
устойчивости составляет примерно . Тогда допускаемое
критическое давление
.
Как мы видим, при толщине
стенки S=6 мм устойчивость оболочки не
обеспечивается, поэтому принимаем S=12 мм. В этом случае
.
И .
Устойчивость обеспечена.
Список
литературы
1. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты
химической и нефтехимической технологии. М.: Химия, 1987.-496 c.
2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи
по курсу процессов и аппаратов. Л.: Химия, 1987.- 576 с.
2*. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи
по курсу процессов и аппаратов. Л.: Химия, 1976.- 576 с.
3. Практикум по курсу процессов и аппаратов химической
технологии. Под ред. А.М.Кутепова, Д.А.Баранова.-М.:МГУИЭ, 2000.-264 с.
4. Основные процессы и аппараты химической технологии. Под
ред. Ю.И.Дытнерского.-М.: Химия, 1991.-496 с.
5. Лащинский, Толчинский. Основы расчета и конструирования
химической аппаратуры. Справочник.
6. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических
производств. Примеры и задачи. Под общ. ред. М.Ф.Михалева.-Л.: Машиностроение,
Ленингр. отд-ние, 1984.-301 с.