Конструирование выпарной установки (стр. 4 из 6)

. (24)

где H – высота трубок, принимаем H =4 м; диаметр трубок 38*2 [2] принимаем ∆t = t_н – t_ст, принимаем ∆t = 2 ⁰С с последующей проверкой;

В^’ = 5700 + 56 t_н – 0,09 t_н². (25)

В^’ = 5700 + 56*143,62 – 0,09*143,62² = 11886,32

Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей жидкости для первого корпуса α₂, Вт/(м²⁰С), принимаем скорость р – ра w = =1,5м/с [2];

; (26)

.

Определяем коэффициент теплопередачи для первого корпуса K₁, Вт/ (м²⁰С)

; (27)

гдеδ_ст – толщина стенки, δ_ст = 2 мм;λ_ст – теплопроводность материала стенки, λ_ст = 58 Вт/(м ⁰К);δ_нак – толщина накипи, м, для первого корпуса δ_нак = 1мм /2/;λ_нак – теплопроводность накипи, λ_н = 1,163 Вт/(м ⁰К),

.

Проверяем принятую в расчёте разность температур ∆t, ⁰С

.

.

Определяем коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара к стенке для второго корпуса α₁, Вт/(м²⁰С)

;

В^’ = 5700 + 56 t_н – 0,09 t_н². (28)

В^’’ = 5700 + 56*123,328 – 0,09*123,328² = 11237,488;

.

Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей жидкости для второго корпуса α₂, Вт/(м²⁰С), принимаем скорость раствора w = = 2,5м/с [2]

;

.

Определяем коэффициент теплопередачи для второго корпуса K₂, Вт/ (м ⁰К)

;

где δ_нак – толщина накипи, м , для второго корпуса δ_нак = 2 мм /2/.

.

Проверяем принятую разность температур ∆t, ⁰С

.

.

2.3 Определение расхода греющего пара

Определяем расход греющего пара в первом корпусе на 1 кг неконцентрированного раствора d₁, кг/кг раствора

, (29)

Где w – общее количество воды, выпаренной в двух корпусах на 1кг раствора

W = w₁+w_2, кг/кг раствора

W = 0,38585 + 0,34585 = 0,7317 (30)

При решении уравнений теплового баланса корпусов обозначим коэффициенты при d₁ – через x₁, x₂; коэффициенты при с₀ – через y₁, y₂; коэффициенты при ε – через z₁, z₂, тогда получим

x₂ = 2 – β₂*c_в + σ₂;

y₂ = 2β₁ + β₂;

z₁ = 1.

.

Если раствор поступает в первый корпус при температуре кипения, то t₀ = t₁ и β₁ = 0. Так как установка работает без перепуска конденсата, то σ₂ = 0.

,

x₂ = 2 – 0,0241*4,19 = 1,8991

y₂ = β₂ = 0,0241

.

Определяем полный расход пара D, кг/ч

D = d₁ * G₀, (31)

.

Определяем количество воды, выпаренной в первом корпусе на 1 кг раствора w₁, кг/ч

w₁ = d₁*α₁ + c₀*β₁, (32)

Так как α₁ = 1 и β₁ = 0, то w₁ = d₁ = 0,3572.

Определяем всё количество воды выпаренной в первом корпусе W₁^’, кг/ч

W₁^’ = d₁ * G₀, (33)

W₁^’ = 0,3572 * 1000 = 357,2.

Определяем количество воды, выпаренной во втором корпусе на 1 кг раствора w₂, кг/ч

w₂ = w₁ – ε₁ + (c₀ – c_в*w₁)β₂, (34)

w₂ = 0,3572 – 0,04 + (3,871 - 4,19*0,3572)0,0241 = 0,3744.

Определяем всё количество воды, выпаренной во втором корпусе W₂^’, кг/ч

W₂^’ = w₂ * G₀, (35)

W₂^’ = 0,3744 * 1000 = 374,4.

Определяем количество воды, выпаренной во всей установке W_II, кг/ч

W_II = W₁^’ + W₂^’, (36)

W_II = 357,2 + 374,4 = 731,6.

Расхождение с предварительно найденным количеством выпариваемой воды 731,7 – 731,6 = 0,1 кг/ч, что допустимо.

2.4 Определение поверхности теплопередачи, выбор типа выпарного аппарата

Проверяем количество тепла, передаваемое в:

в первом корпусе на 1 кг раствора q₁, кДж/кг раствора

q₁ = d₁ * r₀, (37)

q₁ = 0,3572 * 2133,8 = 762,19.

во втором корпусе на 1 кг раствора q₂, кДж/кг раствора

q₂ = (w₁ – ε₁) r₁, (38)

q₂ = (0,3572 – 0,04) 2178,7 = 691,1

Определяем отношение полученных количеств тепла q₂/q₁. Оно должно быть близким к принятому ранее Q₂/Q₁.

q₂/q₁ = 691,1/762,19 = 0,9067.

В предварительном расчёте это отношение было принято 0,8963. Таким образом расхождение

%, что допустимо.

Проверяем полученные концентрации раствора:

в первом корпусе b₁, %

, (39)

< 17,91 %

Принятая концентрация составляет b₁ = 17,91%.

во втором корпусе b₂, %

, (40)

= 41%

Принятая концентрация составляет b₂ = 41%.

Так как расхождение полученных величин с ранее принятыми незначительно, повторного расчёта не требуется, а если значительно то делаем перерасчет.

Определяем поверхности нагрева установки:

для первого корпуса F₁, м²

, (41)

.

для второго корпуса F₂, м²

, (42)

.

Принимаем к установке выпарной аппарат с выносным кипятильником с поверхностью нагрева F [13] по ГОСТ 11987, F₁ = F₂ = 10м².

Основные размеры аппарата:

– номинальная площадь поверхности нагрева F – 10 м²;

– наружный диаметр корпуса D_н. – 600 мм;

– диаметр циркуляционной трубы D₁ – 200 мм;

– длина трубок l – 4000 мм;

– общая высота аппарата H – 12000 мм;

– количество трубок – 75 шт.

- диаметр труб, d - 38 * 2мм

- диаметр греющей камеры,Д – 400мм

2.5 Расчёт и выбор вспомогательного оборудования (насос, конденсатоотводчик, барометрический конденсатор)

Выбираем центробежный насос для подачи исходного раствора.

Принимаем сопротивление каждого подогревателя равное 3,5*10³ Па.

Определяем напор насоса ∆р_н, МПа

∆р_н = 1,25 (∆р_под.1 + ∆р_под.2 + р₁); (43)

∆р_н = 1,25 (3,5*10³ + 3,5*10³ + 0,215*10⁶) = 0,278 * 10⁶

где Δр_под.1, Δр_под.2 – сопротивление каждого подогревателя, принимаем равное 3,5 * 10³ Па [12]

р₁ – давление в I корпусе, согласно расчета табл. 2.

Для определение подачи раствора: м³/с

V =

.

V =

где ρ_{0 –} плотность раствора, поступающего на выпорку при b₀ = 11%

ρ₀ = ρ_сух*b₀ + ρ_в(1 – b₀)

где ρ_в – плотность воды при t₀^´= 10˚C, ρ_в = 999,7

ρ₀ = 1600*0,11 + 999,7(1 – 0,11) = 1065,73

По [5] выбираем центробежный насос марки Х8/30 со следующими техническими характеристиками:

Подача – 2,4*10^-3 м³/с

Напор – 0,3 МПа

Частота вращения – 48,3 об/с

Электродвигатель – BАО -32 - 2

Мощность – 4 кВт

Выбираем вакуум-насос для создания вакуума во II корпусе

Определяем производительность вакуум-насоса G_возд., кг/с

G_возд. = 2,5 * 10^-5 (w₂ + G_в) + 0,01 * w₂. (44)

где 2,5*10^-5 – количество газа, выделяющегося из 1 кг воды;

w₂ – количество воды выпаренной во втором корпусе на кг раствора, кг/ч;G_в – расход воды, кг/с