Рекомендуемая категория для самостоятельной подготовки:
Курсовая работа*
Код |
328643 |
Дата создания |
08 июля 2013 |
Страниц |
25
|
Мы сможем обработать ваш заказ (!) 9 сентября в 12:00 [мск] Файлы будут доступны для скачивания только после обработки заказа.
|
Содержание
Содержание
Задание на проектирование
Содержание
Введение
1 Технологическая часть
2 Инженерные расчеты
2.1 Расчет выпарного аппарата
2.2 Расчет барометрического конденсатора смешения
2.3 Расчет вакуум-насоса
2.4 Ориентировочный расчет теплообменных аппаратов
2.5 Выводы
Список литературы
Введение
Проектирование вакуум-выпарной установки.
Фрагмент работы для ознакомления
х- концентрация раствора, кг раств.вещества/кг раствора;
t- температура раствора, °С;
В1, В2, В3, B4 – численные коэффициенты, зависящие от растворенного вещества [1].
c0=4223,6+2,476*102.9*lg(102.9/100)=4226.76 Дж/кг*К
c=4226.76+(-5230.02+2939.03*0.02-0.21*102.9-16.52*10-3*102.92)0.02
=4119.4 Дж/кг*К
Удельная теплота конденсации вторичного пара rвт.п. при Р1 по табличным данным [1] равна 2251 КДж/кг. Расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду примем Qпот.=5%. Тогда:
Q=(0,56*4119,4(102,9-102)+0,448*2251*103)1,05=1061050,4 Вт.
Расчет расхода греющего пара
Расход греющего пара (в кг/с) в выпарном аппарате определяем по уравнению:
, (12)
где - паросодержание (степень сухости) греющегопара;
- удельная теплота конденсации греющего пара, .
Из табличных данных [1] находим удельную теплоту конденсации греющего пара при давлении =2730 кДж/кг
Получаем:
.
Удельный расход греющего пара:
.
Расчет площади поверхности теплообмена греющей камеры выпарного аппарата
Площадь поверхности теплообмена определяется по формуле:
, (13)
где F – площадь поверхности теплопередачи выпарного аппарата, м2;
Q – тепловая нагрузка выпарного аппарата, Вт;
K – коэффициент теплопередачи, Вт/м2∙К;
Δtпол. – полезная разность температур К(°С).
Так как, тепловая нагрузка выпарного аппарата Q и средняя разность температур процесса теплопередачи между греющим паром и кипящим раствором Δtпол. уже известны, то для определения F, необходимо провести расчет коэффициента теплопередачи K по формуле:
, (14)
где α1 - коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара, Вт/м2∙К;
α2 - коэффициент теплоотдачи к кипящему раствору, Вт/м2 ∙К;
rст. -суммарное термическое сопротивление всех слоев из которых состоит стенка, включая слои загрязнений, м2 ·К/Вт.
Определим суммарное термическое сопротивление стенки, с учетом ее загрязнений с обеих сторон по формуле:
, (15)
где rзагр.1 - термическое сопротивление загрязнений стенки со стороны пара, м2∙К/Вт;
rзагр.2 - термическое сопротивление загрязнений стенки со стороны раствора, м2∙К/Вт;
δ =– толщина стенки трубы, м;
λст - коэффициент теплопроводности стали, Вт/м∙К.
rзагр.1= 1/5800 м2∙К/Вт, rзагр.2= 1/2500 м2∙К/Вт, δ = 0,002 м, λст = 46,5 Вт/м∙К [1]
Расчет коэффициентов теплоотдачи теплоносителей проводится по критериальным уравнениям [1].
Для расчета коэффициента теплоотдачи от конденсирующегося пара используем соотношение:
, (16)
где α- коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара, Вт/м2∙К;
At –коэффициент, численное значение приведено в справочнике [1];
H – высота труб, м;
tгр.п. – температура конденсации греющего пара, °С;
tст1.– температура поверхности стенки, соприкасающейся с пленкой конденсата, °С.
[1].
С учетом ранее выбранной высота труб Н=5 м:
;
Коэффициент теплоотдачи от стенки труб к кипящему раствору:
, (17)
где α - коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности вертикальных труб к кипящему раствору, Вт/м2∙К;
b – численный коэффициент, рассчитываем по формуле;
λ –коэффициент теплопроводности раствора при температуре кипения tкип.;
q – удельный тепловой поток, Вт/м2;
ρж – плотность раствора при температуре кипения tкип., кг/м3;
μ- динамический коэффициент вязкости раствора при температуре кипения tкип., Па∙с;
σ - коэффициент поверхностного натяжения раствора при температуре кипения tкип, Н/м;
tкип. - температура кипения раствора на среднем уровне кипятильных труб (при давлении Pср.), °С ;
tст2 -температура поверхности стенки, соприкасающейся с кипящим раствором, °С ;
Tкип. = tкип.+ 273К
, (18)
гдеи - соответственно плотности раствора и его пара при средней температуре кипения , К;
- динамический коэффициент вязкости, ; - поверхностное натяжение раствора, Н/м, при и .
Определим, необходимые для расчета коэффициента теплоотдачи, теплофизические свойства раствора при температуре кипения tкип. и конечной концентрации хк: коэффициент теплопроводности, плотность, динамический коэффициент вязкости, коэффициент поверхностного натяжения. Используем для этого расчетные соотношения, приведенные в справочнике [6]:
Для кипящего раствора коэффициент теплопроводности раствора КCl рассчитываем по формуле:
, (19)
где - численный коэффициент, зависящий от растворенного вещества,
- коэффициент теплопроводности воды, :
, (20)
.
Тогда получаем:
Динамический коэффициент вязкости рассчитывается по формуле:
, (21)
где - температура раствора, ,
, , - численные коэффициенты, зависящие от растворенного вещества;
- вязкость воды, :
(22)
При средней температуре кипения раствора получаем:
.
Тогда .
Значение плотности раствора конечной концентрации при температуре кипения tкип. было определено ранее: ρ=1016 кг / м3.
В связи с отсутствием надежных расчетных соотношений для определения коэффициента поверхностного натяжения раствора, а также с учетом его невысокой конечной концентрации, в данном проекте допустимо использовать коэффициент поверхностного натяжения воды. При tкип., в соответствии с табличными данными [1], σ = 0.064 н/м.
Для расчета численного значения коэффициента b по табличным данным определим плотность насыщенного водяного пара при tкип.: ρп=0.81 кг/м3[1].
Тогда:
Подставив, полученные численные значения, получим:
Так как, в критериальные уравнения, определяющие α1 и α2, входят неизвестные температуры поверхностей стенок, соприкасающиеся с теплоносителями, то расчет коэффициентов теплоотдачи будем проводить методом последовательных приближений [7], используя систему уравнений (23)-(27):
(23)
(24)
(25)
(26)
(27)
Для установившегося процесса теплопередачи справедливо уравнение:
,
С учетом требуемой точности расчетов, проводимых в данном проекте, расхождение между тепловыми потоками должно быть не более 0.05. Для проверки сходимости будем использовать следующее соотношение:
(28)
При выборе температуры tст.1 для первого приближения следует учитывать, что:
tгр.п>tст.1>tст.2 >tкип.
Для первого приближения выберем t‘ст1 130°С.
Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара по (23):
В соответствии с (24) удельный тепловой поток от пара к стенке:
Рассчитаем температуру стенки со стороны кипящего раствора по(25):
Определим коэффициент теплоотдачи к кипящему раствору по (26):
Найдем удельный тепловой поток от стенки к кипящему раствору по (27):
Проверим сходимость тепловых потоков по соотношению (28):
Так как q1>q2 , то целесообразно уменьшить движущую силу процесса теплоотдачи от конденсирующегося пара, поэтому для второго приближения выберем t,,ст1 > t,ст1
Примем t,,ст1 131°С и проведем аналогичные вычисления:
Так как, в первом приближении q1 > q2, а во втором приближении q1 < q2 , то, очевидно, что искомая температура стенки tст .1, при которой обеспечивается сходимость тепловых потоков с заданной точностью, лежит в интервале между 130 и 131 °С. Так как при t,,ст1 131°С расхождение между тепловыми потоками существенно больше, чем при t‘ст1 130°С. примем для третьего приближения t’’’ст1 130,2 °С.
Так как, <0.05, то требуемая точность сходимости тепловых потоков достигнута.
По результатам последнего приближения рассчитаем коэффициент теплопередачи (14):
Требуемая площадь поверхности теплообмена выпарного аппарата (13):
С учетом, рекомендуемого на основе практических данных 10-20 % запаса площади, выберем по табличным данным стандартный выпарной аппарат с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой со следующими параметрами: площадь поверхности теплообмена 112 м2, высота кипятильных труб 5 м. [1]
2.2 Расчет барометрического конденсатора смешения
Расход охлаждающей воды
Расход охлаждающей воды определяют из теплового баланса конденсатора:
, (29)
где - энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг;
- начальная температура охлаждающей воды, ;
- конечная температура смеси воды и конденсата, ;
- расход вторичного пара, кг/с;
- теплоемкость воды, .
По табличным данным [1] находим, что при . По заданию . Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3-5 К, поэтому принимаем . Теплоемкость воды принимаем равной .
.
Диаметр барометрического конденсатора
Определяем диаметр конденсатора по формуле:
, (30)
где ρвт.п. =0.623 кг/м3– плотность вторичного пара при давлении Р0[1];
vвт.п..= 20 м/с – скорость пара. В соответствии с практическими рекомендациями скорость пара принимают равной 15-25 м/с.
В соответствии с данными, приведенными в справочнике [1], выберем стандартный конденсатор с диаметром, равным расчетному или ближайшему большему значению. Тогда, стандартный диаметр: d=0.5 м. Диаметр барометрической трубы dб.т. для этого конденсатора равен 0.125 м.
Скорость воды в барометрической трубе
Используем соотношение для определения скорости воды в барометрической трубе:
, (31)
где vв – скорость воды в барометрической трубе, м/с;
где ρо = 813 кг/м3 – плотность воды при температуре (15+98)/2=56°С, кг/м3;
dб.т. – диаметр барометрической трубы, м..
Высота барометрической трубы:
, (32)
В=Ратм-Р0=4,8*104
0,5 – запас высоты на возможное изменения барометрического давления, м.
- сумма коэффициентов местных сопротивлений;
- коэффициент трения.
Коэффициент трения λ зависит от режима течения жидкости. Определим режим течения воды в барометрической трубе.
Находим критерий Рейнольдса:
, (33)
где - динамический коэффициент вязкости воды, при температуре ,
.
.
Для гладких труб при Re>100000 для определения коэффициента трения можно использовать соотношение:
Список литературы
Список литературы
1.Проектирование вакуум-выпарной установки – Учебное пособие для студентов заочной формы обучения. – СПб, СПбГТИ(ТУ), 2009- 50 с.
2.Фролов В.Ф., Флисюк О.М. Процессы и аппараты химической технологии. Учебное пособие для студентов заочной формы обучения.- СПб.: Синтез, 2008.- 468 с.
3.Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. - Москва:1991. - 496с.
4.Касаткин А.Г. Процессы и аппараты химической технологии. 9-е изд., перераб. и доп. - М: Химия, 1973. - 754с.
5.Павлов К.Ф примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А Носков.- Л.: Химия,1987.-576 с.
6.Яблонский П.А., Озерова Н.В. Проектирование тепло- и массообменной аппаратуры химической промышленности: Учебное пособие.- СПб.: СПбГТИ(ТУ), 1993. -92 с.
Пожалуйста, внимательно изучайте содержание и фрагменты работы. Деньги за приобретённые готовые работы по причине несоответствия данной работы вашим требованиям или её уникальности не возвращаются.
* Категория работы носит оценочный характер в соответствии с качественными и количественными параметрами предоставляемого материала. Данный материал ни целиком, ни любая из его частей не является готовым научным трудом, выпускной квалификационной работой, научным докладом или иной работой, предусмотренной государственной системой научной аттестации или необходимой для прохождения промежуточной или итоговой аттестации. Данный материал представляет собой субъективный результат обработки, структурирования и форматирования собранной его автором информации и предназначен, прежде всего, для использования в качестве источника для самостоятельной подготовки работы указанной тематики.
bmt: 0.00777