РАСЧЕТ ТРЕХКОРПУСНОЙ ВЫПАРНОЙ УСТАНОВКИ

Контрольная работа по дисциплине: Технологические процессы и производства ...

Рассчитать трёхкорпусную прямоточную выпарную установку с естественной циркуляцией раствора для концентрирования раствора CuSO4 производительностью 12 т/ч с начальной концентрацией 27 % до конечной концентрации 42 %. Раствор поступает на выпаривание подогретым до температуры кипения в выпарном аппарате. Абсолютное давление греющего насыщенного водяного пара 4 кгс/см2, высота греющих труб 4 м, разрежение в барометрическом конденсаторе 0,2 кгс/см2.

РАСЧЕТ ТРЕХКОРПУСНОЙ ВЫПАРНОЙ УСТАНОВКИ
ВАРИАНТ 6

34,94
1427
42,00
1520
Эти значения плотностей примем (с небольшим запасом) и для температур кипения по корпусам.
Расчет ведем для случая кипения раствора в трубках при оптимальном уровне.
I корпус:
При Р1 = 2,74 кгс/см2 tкип = 129,4 °С; при Рср1 = 2,951 кгс/см2 tкип = 132,2 °С
II корпус:
При Р2 = 1,47 кгс/см2 tкип = 110,1 °С; при Рср2 = 1,715 кгс/см2 tкип = 114,8 °С
III корпус:
При Р3 = 0,2 кгс/см2 tкип = 59,7 °С; при Рср3 = 0, 5 кгс/см2 tкип = 80,9 °С
Всего:
3) От гидравлических сопротивлений
Примем потерю разности температур на каждом интервале между корпусами (I - II, II - III, III- конденсатор) 1 К, тогда:
Сумма всех температурных потерь для установки в целом:
6. Полезная разность температур.
Общая разность температур:
Полезная разность температур:
7. Определение температур кипения в корпусах:
В III корпусе:
Во II корпусе:
В I корпусе:
8. Расчет коэффициентов теплопередачи по корпусам.
Рассчитаем значения плотности, теплопроводности, вязкости и теплоемкости растворов при температурах в корпусах [3]:
плотность раствора:
для сульфата меди: а0 = 4690,88·10-4; а1 = -364,49·10-6; а2 = 249,85·10-8
динамическая вязкость раствора:
для сульфата меди: d0 = 206,92·10-2; d1 = -58,83·10-4; d2 = 146,58·10-9
динамическая вязкость раствора:
для сульфата меди: B0 = -5100,71; Bx = 1967,28; Bt = 15,46; B2 = 16,69·10-3
теплопроводность раствора:
для сульфата меди: B = 386,53·10-3
Физические характеристики воды при температурах в корпусах [1]:
Температура,
°С
Плотность,
кг/м3
Вязкость,
Па·с
Теплоемкость,
Дж/кг·К
Теплопроводность,
Вт/м·К
В I корпусе
134,2
931,06
0,000206
4237
0,6855
Во II корпусе
117,41
945,16
0,000239
4212
0,686
В III корпусе
85,22
986,39
0,000334
4200
0,6775
Плотности растворов:
Динамическая вязкость растворов:
Теплоемкости растворов:
Теплопроводности растворов:
Поскольку раствор сульфата меди при упаривании до концентрации 42 % практически не образует осадка и накипи, выбираем тип выпарного аппарата - трубчатый выпарной аппарат с естественной циркуляцией с соосной двуххордовой греющей камерой [4]. Принимаем диаметр труб 38х2, длина труб 4 м. Примем, загрязнение стенки со стороны греющих труб - рассол, со стороны раствора - слой накипи 0,5 мм, материал труб - сталь. Тогда, сумма термических сопротивлений стенки и загрязений:
Определим теплопередачи в корпусах.
В І корпусе:
Коэффициент теплоотдачи для конденсирующегося греющего пара:
Плотность пара:
Коэффициент теплоотдачи для кипящего раствора (поверхностное натяжение кипящего раствора 55,59·10-3 Н/м изменение поверхностного натяжения от температуры примем таким же, как для воды):
Коэффициент теплопередачи:
Удельная тепловая нагрузка:
Графическим методом находим:
Во II корпусе:
Коэффициент теплоотдачи для конденсирующегося греющего пара:
Плотность пара:
Коэффициент теплоотдачи для кипящего раствора (поверхностное натяжение кипящего раствора 59,62·10-3 Н/м изменение поверхностного натяжения от температуры примем таким же, как для воды):
Коэффициент теплопередачи:
Удельная тепловая нагрузка:
Графическим методом находим:
В III корпусе:
Коэффициент теплоотдачи для конденсирующегося греющего пара:
Плотность пара:
Коэффициент теплоотдачи для кипящего раствора (поверхностное натяжение кипящего раствора 66,61·10-3 Н/м изменение поверхностного натяжения от температуры примем таким же, как для воды):
Коэффициент теплопередачи:
Удельная тепловая нагрузка:
Графическим методом находим:
9. Составление тепловых балансов по корпусам.
Для упрощения приближенного расчета составляем тепловые балансы без учета тепловых потерь и принимаем, что из каждого корпуса в последующий раствор поступает при средней температуре кипения.
По условию раствор подается на выпарку подогретым до температуры кипения в I корпусе. Тогда расход теплоты в I корпусе:
Раствор приходит во II корпус перегретым, следовательно, Qнагр отрицательно (теплота самоиспарения) и расход теплоты во II корпусе:
Количество теплоты, которое даст вторичный пар I корпуса при конденсации, составляет W1·r1 = 785160 Вт. Расхождение прихода и расхода теплоты в тепловом балансе II корпуса:
Расход теплоты в III корпусе:
Вторичный пар II корпуса дает теплоты при конденсации (приход теплоты в III корпусе):
10. Расход греющего пара в I корпусе:
Удельный расход пара: