выпаривание

Введение
1 Общие сведенья о выпаривании
2 Расчет однокорпусной выпарной установки
3 Расчет барометрического конденсатора
4 Расчет производительности вакуум-насоса
5 Расчет центробежного насоса
6 Расчет теплоизоляции аппарата
7 Расчет теплообменника
8 Определение толщины стенки аппарата
Список литературы

выпаривание

По результатам компьютерной проверки выбираем стандартный выпарной аппарат типоразмер 122–2856–04 с поверхностью теплообмена 250 м2
3 Расчет барометрического конденсатора
Для создания вакуума в выпарных установках применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подается в конденсатор при температуре окружающей среды (12°С). Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по баро­метрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуум-насоса откачивают неконденсирующиеся газы.
Необходимо рассчитать расход охлаждающей воды, основные размеры (диаметр и высоту) барометрического конденсатора и барометрической трубы, производитель­ность вакуум-насоса.
Расходохлаждающей воды. Расход охлаждающей воды Gв определяют из теплового баланса конденсатора:
где Iб.к.—энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг; tн— начальная температура охлаждающей воды, °С; tк — конечная температура смеси воды и конден­сата, °С.
Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3—5 град. Поэтому конечную температуру воды tк на выходе из конденсатора примем на 3 град ниже температуры конденсации паров:
Iб.к.=2608,3 Дж/кг W3 = 8979.8 кг/ч = 2,49 кг/ч

tк=tб.к.-3,0=53,6-3,0=50,6 °С.

Диаметр конденсатора. Диаметр барометрического конденсатора dбк определяют из уравнения расхода:
где —плотность паров, кг/м3; V—скорость паров, м/с (При остаточном давлении в конденсаторе порядка 104 Па скорость паров V=15-25 м/с, принимаем V=20м/с).
По нормалям НИИХИММАШа подбираем конденсатор диаметром, равным расчетному или ближайшему большему. Выбираем барометрический конденсатор диаметром dб.к.=1600 мм.
Высота барометрической трубы. В соответствии с нормалями, внутренний диаметр барометрической трубы dб.к. равен 250 мм.
Скорость воды в барометрической трубе

Высота барометрической трубы:
где В - вакуум в барометрическом конденсаторе, Па;  - сумма коэффициентов местных сопротивлений;  - коэффициент трения в барометрической трубе; 0,5 - запас высоты на возможное изменение барометрического давления

- сумма коэффициентов местных сопротивлений
= вых+вх=0,5+1,0=1,5
где вых, вх - 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 Rе=320833,3 коэффициент трения =0,017 Подставив значения, получим:
Отсюда находим Hб.т.=8,575 м. 8,6 м .
4 Расчет производительности вакуум-насоса
Производительность вакуум-насоса Gвозд определяется количеством газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора:

где 2,5.10-5 - 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:
Vвозд =R(273+tвозд )Gвозд /(Мвозд Рвозд )
где R - универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль.К); Mвозд - молекулярная масса воздуха, кг/кмоль; tвозд - температура воздуха, °С; Рвозд - парциальное давле­ние сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.
Температуру воздуха рассчитывают по уравнению
tвозд=tн+4+0.1(tк-tн)=20+4+0.1(56,7-12)=28,5C
Давление воздуха равно Рвозд=Рб.к.-Рп
где Рп — давление сухого насыщенного пара (Па) при tвозд=12 °С. Подставив, получим:

Тогда:
Зная объемную производительность Vвозд и остаточное давление Рб.к., по ката­логу, подбираем вакуум-насос типа ВВН-12 мощностью на валу N=20 кВт.
5 Расчет центробежного насоса
1. Массовый расход
М = 30000/3600 = 8,34 кг/с
2. Объемный расход
V =M/ = 8.34/1094 =0.00762 м3
3. Скорость раствора
 = V/f =0.00762/(0.7850.081) = 0.12 м/с
4. Критерий Рейнольдца

l = 0.2 мм
d/l = 90/0.2 = 450 и Re = 8575,5 находим  = 0,025
Вид сопративления

Вход жидкости из емкости в трубопровод
0,5
Отвод (при = 90 и R0/d = 160/812
=AB = 1*0.15= 0.15
20.15=0.3
Выход из трубы
1,0
Вентиль прямоточный
40,79=3,16
=4,96
Общее гидравлическое сопротивление трубопровода:
Мощность насоса
Выбираем насос Х2 – 25 с мощностью 1,1 кВт тип электродвигателя АОЛ – 12 – 2.
6 Расчет теплоизоляции аппарата
из находим из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции в окружающую среду.
в – коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляции материала в окружающую среду, Вт/м2К
tст2 – температура изоляции со стороны окружающей среды (воздуха) в материала 35 – 45 С.
tст1 – температура изоляции со стороны аппарата, tст1 = tгреющего пара
tв – температура окружающей среды
из – коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/мК
В качестве изоляционного материала выберем совелит (85% магнезии + 15% асбест) из = 0,09 Вт/мК
7 Расчет теплообменника
1. Определение тепловой нагрузки:
2. Определение конечной температуры конденсата греющего пара : она будет примерно равна температур греющего пара на входе и составит 178,9С.
3. Определение среднелогарифмической разности температур:
tср.лог= [(160,91—20)—(179—178,9)]/ln (140,91/0,1) =17,9 С.
4. Ориентировочный выбор теплообменника. Решение вопроса о том, какой теплоноситель направить в трубное пространство, обусловлено его температурой, давлением, коррозионной активностью, способностью загрязнять Поверхности теплообмена, расходом и др.
Примем ориентировочное значение Reор=15000, что соответствует развитому турбулент­ному режиму течения в трубах. Очевидно, такой режим возможен в теплообменнике, у которого число труб, приходящееся на один ход, равно: для труб диаметром dн=202 мм

Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, соответствующее турбулентному течению: Kор=800 Вт/(м2К). При этом ориентировочное зна­чение поверхности теплообмена составит

Выбираем аппарат с диаметром 1000 мм, диаметр труб 202, число труб 1173 шт, длина труб 4,0 м, площадь теплообмена 295 м2