Выпаривание водного раствора CaCl2 в однокорпусной выпарной установке

 

 

 

 

 

Аналогично найдем .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определим коэффициент теплопроводности раствора при :

 

 

Найдем коэффициент теплоотдачи  от стенки к разбавленному раствору:

 

 

 

Удельный тепловой поток от стенки к разбавленному раствору  равняется:

 

 

 

 

Найдем погрешность :

 

 

 

Погрешность слишком велика.

 

Опустив все промежуточные приближения, в последнем получим:

 

 

(по формуле (47))

(формула (43))

(формула (43))

(формула (46))

(формула (48))

 (формула (49))

 

 

 

 

 

По полученным данным найдем коэффициент  теплопередачи по формуле (19) при :

 

 

 

 

Поверхность теплообмена  найдем по формуле (38):

 

 

 

С учетом запаса 20% 

 

Необходимое количество сегментов найдем, разделив требуемую площадь на площадь  одного сегмента:

 

 

Принимаем:

 

 

3.3. Расчет подогревателя

Рис. 3. Температурная схема движения теплоносителей в подогревателе.

 

(нашли в 3.1)

(нашли в 3.2)

 

 

Найдем среднюю  разность температур (формула (41))

 

 

 

 

Получаем 

 

 

 

Среднюю температуру раствора найдем по формуле:

 

 

 

 

 

Определим расход греющего пара. Запишем  уравнение теплового баланса и выразим расход греющего пара  :

 

 

Откуда:

 

_{Определим удельную теплоемкость при средней температуре  раствора по формуле (14):}

 

 

 

 найдем по паровой  таблице из  [2]:

 

 

 

 

Найдем теплоту  на нагрев раствора:

 

 

 Вт

 

Принимая  по [2] ориентировочный коэффициент  теплопередачи , рассчитываем ориентировочную поверхность теплообмена по формуле (38):

 

 

 

С учетом запаса в 20%  .

 

 

Найдем плотность  и вязкость раствора при  по формулам (8) и (26) соответственно:

 

.

 

 

 

 

 

Эквивалентный диаметр равен внутреннему диаметру трубы .

 

Теперь по формуле (41) найдем скорость раствора в трубном пространстве:

 

 

 

Рассчитаем  площадь трубного пространства (формула (42)):

 

 

 

Как видно  из таблицы [2] ни один кожухотрубчатый  теплообменник нас не устраивает. Значит, нужно выбирать теплообменник  типа «труба в трубе» [3]:

 

 

Таблица 2. Основные параметры выбранного теплообменника «труба в трубе» (холодильник).

Диаметр трубы, мм		Площадь проходного сечения,		Поверхность теплообмена, м2	Длина труб, м
теплообменной	кожуховой	внутри теплообменной трубы	в кольцевом пространстве

 

 

 

Снова рассчитаем , выразив ее из формулы (42):

 

 

 

Сосчитаем критерий Рейнольдса при  новой скорости по формуле (40):

 

 

 

 

Расчет аналогичен соответствующей части расчета  холодильника.

 

Теплоемкость  и вязкость были найдены в предыдущем разделе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для водяного пара в случае конденсации на пучке  горизонтальных труб осредненный по всему пучку коэффициент теплопередачи   можно рассчитать по формуле:

 

 

где – поправочный множитель, учитывающий влияние числа труб по вертикали;

 – наружный диаметр  труб;

 – разность средней  температуры конденсации греющего  пара   и температуры стенки со стороны греющего пара .

 

 

Значение функции  рассчитаем по формуле

 

 

 

Значение величин   найдем по воде при   по формулам (24), (8) и (26) соответственно:

 

 

 

 

 

 

 

Подставив все значения в формулу (52), получим, что .

3.3.1. Метод итераций

 

Примем температуру  стенки со стороны греющего пара Тогда .

 

Найдем  (формула (51))

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теперь найдем .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Погрешность слишком велика. Нужно  продолжать расчеты дальше.

 

Опустив все промежуточные приближения, в последнем получим:

 

 

  (по формуле (47))

(формула (51))

(формула (43))

(формула (46))

(формула (48))

(формула (49))

 

По полученным данным найдем коэффициент  теплопередачи по формуле (19):

 

 

 

Поверхность теплообмена  найдем по формуле (35):

 

 

 

С учетом запаса в 20% .

 

Необходимое количество сегментов найдем, разделив требуемую площадь на площадь  одного сегмента:

 

 

Проанализировав данные уточнённого  расчёта приходим к выводу, что  выбранный ранее теплообменник  удовлетворяет уточнённому расчёту.

3.4. Расчет барометрического конденсатора

 

Расход охлаждающей  воды   определяют из теплового баланса конденсатора:

 

 

где – расход вторичного пара, кг/с;  

 – энтальпия  паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг;

 – теплоемкость  воды,

 – конечная  температура смеси воды и конденсата, ;

 – начальная  температура охлаждающей воды, , по заданию

 

По [2] находим  при :

 

 

 

Разность  температур между паром и жидкостью  на выходе из конденсатора должна быть , поэтому принимаем . Теплоемкость воды принимаем равной

 

 

 

Диаметр барометрического конденсатора определяем из уравнения  расхода:

 

 

где – плотность паров, кг/м³;

 – скорость паров,  м/с. Принимаем 

 

Плотность паров  определяем по паровой таблице из [2]:

 

 

 

Рассчитаем  диаметр барометрического конденсатора по формуле (54):

 

 

 

Выбираем  конденсатор с диаметром, равным расчётному, или ближайшему большему по [1]:

 

Барометрический конденсатор: 

внутренний диаметр 

условный проход штуцера для  барометрической трубы 

 

Найдем скорость воды в барометрической трубе:

 

 

где – плотность воды, кг/м³,

 

 

 

Высоту трубы  определяем из формулы:

 

 

где – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па, 

 – сумма коэффициентов местных  сопротивлений;

 – коэффициент трения  в барометрическом конденсаторе;

0.5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м.

 

Сумма коэффициентов местных сопротивлений 

 

 

где – коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из нее.

 

 

Найдем  критерий Рейнольдса (формула (40)). Для этого определим динамический коэффициент вязкости воды при конечной температуре смеси воды и конденсата по формуле (26):

 

 

 

 

 

По [1] находим, что при таком   коэффициент трения равняется .

 

Подставляя  найденные значения в формулу () получаем:

 

 

 

Откуда 

3.5. 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;

01 – количество газа, подсасываемого  в конденсатор через неплотности,  на 1 кг паров.

 

 

 

Объемная производительность вакуум-насоса равна:

 

 

где – универсальная газовая постоянная ;

 – молекулярная  масса воздуха M = 29 кг/кмоль;

 – температура  воздуха, ;

 – парциальное  давление сухого воздуха в  барометрическом конденсаторе, Па.

 

Температуру воздуха рассчитывают по уравнению:

 

 

 

 

Давление воздуха равно:

 

 

где – давление сухого насыщенного пара при

 – давление  в барометрическом конденсаторе, нашли в 3.2 – 

 

Методом интерполяции по формуле (4) найдем давление сухого насыщенного пара

 

 

 

Рассчитаем  давление воздуха по формуле (58)

 

 

 

Объемная  производительность вакуум-насоса по формуле (58) равна:

 

 

 

Зная объемную производительность и остаточное давление по [1] выбираем вакуум-насос типа ВВН-3 мощностью на валу кВт.

4. Выводы по проекту

 

В данной курсовой работе представлен процесс выпаривания  раствора .

 

В результате приведенных выше расчетов были выбраны  следующие аппараты:

 

• выпарной аппарат: тип 1 исполнение 2 – выпарной аппарат с естественной циркуляцией и вынесенной греющей  камерой с площадью теплообмена ;
• подогреватель: тип «труба в трубе» – теплообменник с диаметром кожуховой трубы , диаметром теплообменной трубы , поверхностью теплообмена одного элемента , длиной труб , проходным сечением трубного пространства , проходным сечением кольцевого пространства и количеством сегментов ;
• холодильник: тип «труба в трубе» – теплообменник с диаметром кожуховой трубы , диаметром теплообменной трубы , поверхностью теплообмена одного элемента , длиной труб , проходным сечением трубного пространства , проходным сечением кольцевого пространства и количеством сегментов ;
• барометрический конденсатор с внутренним диаметром и высотой барометрической трубы ;
• вакуум насос типа ВВН-3 мощностью кВт.

 

На основании  этих расчетов и выбранных по каталогу аппаратов, была составлена технологическая  схема установки с описанием  технологического процесса.

 

5. Список использованных источников

 

1. Борисов Г.С., Брыков В.П., Дытнерский Ю.И./Под  редакцией Дытнерского Ю. И., 2-е  изд., перераб. и доп. – М.: Химия, 1991. -496 с.

 

2. Павлов К.Ф.,  Романков П.Г.,  Носков А.А. Примеры и задачи по курсу  процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для  вузов/Под ред. чл.- корр. АН России П.Г. Романкова. – 11-е изд., стереотипное. Перепечатка с изд. 1987г.- М.: ООО  «РусМедиаКонсалт», 2004.- 576 с.

 

3. Марков А.В., Маркова А.В. Неразборные  теплообменники «труба в трубе» (конструкции  и основные размеры): Метод. указания /СПб.: СПбГТИ(ТУ),  2001.-30 с.