Вход

Расчет и подбор двухкорпусной выпарной установки непрерывного действия для выпаривания нитрата калия

Реферат по химии
Дата добавления: 12 мая 2009
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 1.4 Мб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу

17

Условие задачи


Рассчитать двухкорпусную выпарную установку непрерывного действия для выпаривания So = 12 000 кг/час раствора соли KNO3 от начальной концентрации a1 = 8% вес. до конечной a2 = 55 % вес. Слабый раствор соли подогревается в теплообменнике от tн = 30 ?C до to = 82 ?C. Давление греющего пара Pгр = 4,5 ата. Вакуум во втором корпусе составляет Pвак = 690 мм рт. ст. Выпарная установка обсуживается барометрическим конденсатором смешения, питающегося водой с tв = 20 ?C. Из первого корпуса отводится E = 300 кг/час экстра-пара.

Определить:

  1. Расход греющего пара в выпарном аппарате и подогревателе;

  2. Поверхности теплообмена подогревателя и выпарных аппаратов;

  3. Расход охлаждающей воды в конденсаторе;

  4. Диаметр и высоту барометрической трубы.

Схема двухкорпусной выпарной установки











Расчет подогревателя

  1. Исходные данные:

So = 12 000 кг/час;

a1= 8 %;

a2= 55%;

tн= 30 ?C;

to= 82 ?C;

tв= 20 ?C;

а) Справочные данные* f = ???y = ???о = ?

для раствора а = 8%, to = 82 ?C

??????09?кг/м3

??= 3,91??-6 м2

? = ?·? = 3,91??-6 м2/с·??09?кг/м = 3,94519·10-3 Пас

rр = 2304 кДж/кг

tнас = 100,7 ?C

r = 2253 кДж/кг

??????657?Вт/мК

б) Пересчет единиц

  1. Количество передаваемого тепла от конденсатора к воде

Q = Sorр = 3,33кг/с2304 кДж/кг = 7672 (кВт)

  1. Расход греющего пара

Дгр = Q/r = 7672 / 2253 = 3,405 (кг/с)

  1. Подготовка к расчету коэффициента теплопередачи

; ;

а) ?t = tкон – tкип = 18,7 ?C

б) Расчет A

С = 0,943 (вертикальный теплообменник); Ao = 13·103.

Для выбора высоты теплообменника надо оценить Fор, а для этого нужно задаться К (К < ?меньш).

Кор = 1000 Вт/м2; , в каталоге – 497 м2.

H = 1400 мм

в) dn·s = 38х2 [6, стр. 415]

г)

д) Расчет параметра В

  1. Расчет коэффициента теплопередачи

№ итерации

К новое

К

1

1000

1940,997

2

1940,997

1860,799

3

1860,799

1866,738

4

1866,738

1866,293

5

1866,293

1866,326

6

1866,326

1866,324

7

1866,324

1866,324


Красч = 1866 (итог четвертой итерации)

  1. Расчет поверхности теплообмена

Уточнение подбора по каталогу, при условии, что Fкатал > Fрасч; Hкатал < 1,4 м

Выбираем одноходовой теплообменник типа ТН или ТЛ: F = 239 м2, H = 1,2 м, ???????-3 м.

Расчет двухкорпусной выпарной установки

  1. Исходные данные:

So = 12 000 кг/час;

ao = 8 %;

a2 = 55 %;

tн = 30 ?C;

to = 82 ?C;

Pгр = 4,5 ата = 4,413 бар;

Pвак = 690 мм рт. ст.;

tв= 20 ?C;

E = 300 кг/час.

а) Справочные данные из [1] и [2]


a%, масс

0

5

10

15

20

25

30

40

60

8

55

tкип, ?С

100

100,5

100,9

101,2


102,1


104,1

108,2

100,7

107,0

??= ?q

1

0,98

0,96

0,94

0, 92

0,9

0,88

0,84

0,76

0,968

0,78


б) Пересчет единиц

; ; ;

  1. Расчет количества выпаренной воды и распределение ее по корпусам. Расчет концентрации a1

  1. Расчет температурных депрессий и температур кипения

При концентрации a1 = 17,3%, ta1 ? 101,4 ?С;

?1 = ta1 – tст = 101,6 -100,0 = 1,4 ?C

Во втором корпусе ???считаем по правилу Бабо.

Абсолютное давление PII = Pатм – Pвак = 1,033 – 0,842 = 0,191 атм = 0,188 бар

(Ps)ст берется из таблицы насыщенных паров для температуры кипения раствора при a2 = 55% (tкип = 107 ?С). (Ps)ст = 1,294 бар. [3, таблица 1].

; (бар)

По давлению 0,240 бар ищем температуру кипения раствора во втором корпусе: tкип = 64,08 ?C. Определяем ??при давлении 0,188 бар: ??? 58,7 ?C [3, таблица 2].

Поправка Стабникова не вводится, т.к. растворение соли KNO3 является эндотермическим [4, таблица XXXVII].

?II = t кип – ?II = 64,0 – 58,7 = 5,3 ?C.

  1. Суммарная полезная разность температур

По Pгр = 4,5 ата ? 4,4 бар находим по таблице насыщенных паров [3, таблица 2] находим T1 = 147,1 ?C.

?Г(1-2) примерно от 1 до 3 ?C. Принимаем ?Г(1-2) = 1,7 ?C.

(?С)

Распределяем произвольно по корпусам:

?1 = 40 ?C;

?2 = 40 ?C.

  1. Таблица первого приближения


Символ

I приближение

Предварительный вариант

Окончательный вариант

I корпус

II корпус

I корпус

II корпус

T

147,1

104

143,9


?

40

40



t

107,1

64


64

?

1,4

5,3


5,3

?

101,7

58,7


58,7

?Г

1,7

1,7



a%

17,3

55

17,3

55

Pгр

4,4

0,239

4,5


P

1,29

0,188


0,188

h

2742

2616

2742


i

2713

2607


2607


t – температура кипения раствора. t = T – ?

? – температура вторичного пара ? = t - ?

P – давление внутри корпуса (по таблице свойств воды и пара на линии насыщения при t)

по таблице сухого насыщенного пара ;-\

  1. Уточнение значений Wi (W1, W2)

Составим тепловой баланс по второму корпусу:

Теплоемкость исходного раствора Co = 3,94 кДж/кгград [1]

Теплоемкость конденсата Cк = 4,23 кДж/кгград [5]

Теплоемкость растворителя Cр = 4,20 кДж/кгград [5]


= 1,384 [кг/с]


Подготовка к расчету поверхности теплообмена


А – множитель в выражени для коэффициента теплоотдачи от конденсирующегося пара к поверхности нагрева;

B – множитель в выражении для коэффициента теплоотдачи от поверхности нагрева к кипящему раствору.

а) Расчет AI и AII.

. Принимаем Kор = 1100 Вт/м2K. 2]

С = 0,943 [5, стр. 149]

A0I = 13,0103, A0II = 12,2103 [5, стр 138]

По справочнику находим для F = 82 м2 высоту выпарного аппарата H = 3,5 м. [6, стр. 416].

б) Расчет BоI и BоII.


(бар)

(бар)


Для выпарного аппарата выбираем материал Х-28 хлористая сталь,

??? 4,25 ккал/(м·град·ч) ? 4,94 Вт/мК. ? = 2 мм = 0,002 м

  1. Расчет комплексов для расчетного уравнения

Корпус

I

386,3

2813

1402

51562

37,22

43,54

II

336,6

2341

1146

153146

53,50

81,78

?

5154

2548

90,72

123,61


?ст1 = ?ст2, ?ст1 = ?ст2.


Определение поверхности теплообмена F


Используя в программе Microsoft ® Excel 97 функцию поиска определенного результата для ячейки с помощью подбора значения другой ячейки, находим F для  = 80 ?С.


F, м2

F4/3

F1/3

66,348

268,598

19,190

38,401

4,048

22,410

80,000

  1. Уточнение ?1 и ?2

Fрасч = 48,74 м2;

?1 = 54,747 ?C

?2 = 25,254 ?C

?1+?2 = 54,747 + 25,254 = 80,000 ?C

невязка отсутсвует.

  1. Уточненный конечный вариант таблицы


Символ

II приближение

Предварительный вариант

Окончательный вариант

I корпус

II корпус

I корпус

II корпус

T

147,1

104

147,1

103,2

?

40

40

40,8

39,2

t

107,1

64

106,3

64

?

1,4

5,3

1,4

5,3

?

101,7

58,7

104,9

58,7

?Г

1,7

1,7

1,7

1,7

a%

17,3

55

17,3

55

Pгр

4,4

0,24

4,5

1,13

P

1,29

0,188

1,2

0,188

h

2742

2616

2742

2659

i

2713

2607

2684

2607


P1 - по ? (по таблице насыщенных паров)

P11 гр - по T из таблицы

t – температура кипения раствора. t = T – ?????????????

? – температура вторичного пара ? = t - ?

P – давление внутри корпуса (по таблице свойств воды и пара на линии насыщения при t)

по таблице сухого насыщенного пара ;-\1,1,1267 1,1668

  1. Новая проверка Wi и Qi

а)

= 1,376 [кг/с]

б)

  1. Сопоставление значений QI и QII и Q’I и Q’II

Расхождение менше 5% ? найденные значения тепловых нагрузок Q1 = 3462 кВт, Q2 = 1260 кВт, потоков W1 = 1,384 кг/с, W2 = 1,346 кг/с, Q1 = 3462 кВт, Q2 = 1260 кВт., поверхности F = 50 м2 и параметров процесса (см. табл.) принимаем как окончательные.

  1. Расход греющего пара в первом корпусе

В курсовой работе – по каталогу далее выбираем аппарат с F > такого-то и H < такого-то

Расчет барометрического конденсатора

Температура конденсации ?конд = ?II - ?Г = 58,7 – 1,7 = 57,0 (?C).

По ?конд определяем давление в конденсаторе Pконд = 0,173 бар. [3, табл. 1].

  1. Расход воды на конденсацию

  1. Расчет потока газа, который образуется в конденсаторе

а) Расчет расхода парогазовой смеси

GГ = [0,025·(Gв + W2) + 10·W2]10-3 = [0,025(22,51 + 1,346) + 101,346]10-3 = 14,0610-3 кг/с

б) Расчет температуры парогазовой смеси

в) Парциальное давление газа

Pп = 0,0367 бар. [3, табл. 1].

PГ = Pконд – Pп = 0,173 – 0,0367 = 0,136 бар.

г) Объемный поток отсасываемого газа (по ур-ю Менделеева-Клапейрона)

  1. Расчет барометрической трубки

а) Расчет диаметра барометрической трубки по уравнению Бернулли

Примем скорость движения жидкости по трубе: Wб.т = 0,6 м/с.

?в из таблицы при t’’.

Смотрим по сортаменту труб dб.тр. = 240 мм.

б) Высота барометрической трубы (по уравнению Бернулли)

(l = 10 м по ГОСТу)

Список литературы

  1. Бурович Б.М., Горелов А.Я., Межерецкий С.М. Справочник теплофизических свойств растворов. Ташкент, 1987.

  2. Гельперин И.И, Солопенков К.Н. Прямоточная многокорпусная выпарная установка с равными поверхностями нагрева. Москва, 1975.

  3. Ривкин С.Л., Александров А.А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. Москва, «Энергия», 1980.

  4. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Издательство «Химия», 1981.

  5. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. Москва, «Энергия», 1973.

  6. Лащинский А.А, Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Москва, 1980.

  7. Айнштейн В.Г., Захаров М.К., Носов Г.А. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии (книга 1). Издательство «Химия», 1999.


Содержание


Условие задачи 1

Схема двухкорпусной выпарной установки 1

Расчет подогревателя 2

Исходные данные: 2

а) Справочные данные 2

б) Пересчет единиц 2

1. Количество передаваемого тепла от конденсатора к воде 2

2. Расход греющего пара 2

3. Подготовка к расчету коэффициента теплопередачи 2

4. Расчет коэффициента теплопередачи 3

5. Расчет поверхности теплообмена 3

Расчет двухкорпусной выпарной установки 3

Исходные данные: 3

а) Справочные данные из [1] и [2] 3

б) Пересчет единиц 3

1. Расчет количества выпаренной воды и распределение ее по корпусам. Расчет концентрации a1 4

2. Расчет температурных депрессий и температур кипения 4

3. Суммарная полезная разность температур 4

4. Таблица первого приближения 5

5. Уточнение значений Wi (W1, W2) 5

6. Подготовка к расчету поверхности теплообмена 6

а) Расчет AI и AII. 6

б) Расчет BоI и BоII. 6

7. Расчет комплексов для расчетного уравнения 6

8. Определение поверхности теплообмена F 7

9. Уточнение ?1 и ?2 7

10. Уточненный конечный вариант таблицы 7

11. Новая проверка Wi и Qi 7

12. Сопоставление значений QI и QII и Q’I и Q’II 8

13. Расход греющего пара в первом корпусе 8

Расчет барометрического конденсатора 8

1. Расход воды на конденсацию 8

2. Расчет потока газа, который образуется в конденсаторе 8

а) Расчет расхода парогазовой смеси 8

б) Расчет температуры парогазовой смеси 8

в) Парциальное давление газа 8

г) Объемный поток отсасываемого газа (по ур-ю Менделеева-Клапейрона) 8

3. Расчет барометрической трубки 9

а) Расчет диаметра барометрической трубки по уравнению Бернулли 9

б) Высота барометрической трубы (по уравнению Бернулли) 9

Список литературы 9

Содержание 10


* Взяты из [1], [2] и [3].

© Рефератбанк, 2002 - 2017