Расчётная толщина стенки равна dст =--dст'+ Ск + Сэ + Сд + Со, где Сэ - прибавка на эрозию или другой вид механического воздействия рабочей среды на материал, Сд - дополнительная прибавка по технологическим, монтажным и другим соображениям, величинами Сд и Сэ пренебрегаем.

Ск = 1мм, т.к. проницаемость данного материала не более 0,1 мм/год (5, стр. 409).

Со =1 прибавка на округление размера.

Тогда dст=?4,3 +2 = 6,3мм.

Таким образом, толщина стенки должна быть не менее 6,3мм, принимаем dст =?10мм (8, стр. 21).

Подбираем эллиптическую крышку (8, стр.55):

Dвн = 1800мм; h = 40мм; hв = 450мм.

4.3.2. Подбор эллиптического днища сепаратора.

Толщина стенки 10мм.

Центральный штуцер для слива из аппарата d = 50мм.

Подбираем эллиптическое днище (8, стр.55):

Dвн = 1000мм; h = 25мм; hв = 250мм.

4.3.3. Подбор конического днища сепаратора.

Толщина стенки 10мм.

Подбираем коническое днище (8, стр.58):

Dвн = 1800мм; h = 50мм; h = 1631мм.

4.3.4. Подбор конической крышки.

Толщина стенки 10мм.

Подбираем коническую крышку (8, стр.58):

Dвн = 1000мм; h = 50мм; h = 906мм.

4.4. Основные штуцера выпарного аппарата.

Подбор произведен по кафедральному стенду ПАХТа исходя их диаметра греющей камеры.

4.4.1. Штуцер для подачи исходного раствора.

Диаметр d1 = 80 мм.

4.4.2. Штуцер для вывода упаренного раствора.

Диаметр d2 = 80 мм.

4.4.3. Штуцер для вывода вторичного пара.

Диаметр d3 = 500 мм.

4.4.4. Штуцер для ввода греющего пара.

Диаметр d4 = 500 мм.

4.4.5. Штуцер для вывода конденсата греющего пара.

Диаметр d5 = 65 мм.

5. Узел подогрева исходного раствора.

Назначение рассчитываемого теплообменника - подогрев исходного раствора, подаваемого при температуре окружающей среды tн = 20,30С (г. Стерлитамак, средне июльская температура (3, стр. 513)) до температуры кипения.

«Горячий поток» - экстра-пар, то есть вторичный пар , отводимый из первого корпуса при температуре Т= 128,5-1,5 = 1270С. Причем поток меняет агрегатное состояние, следовательно, его температура постоянна.

«Холодный поток» - исходная смесь 10% хлористого натрия, подаваемого при температуре 20,30С.

5.1. Тепловая нагрузка аппарата.

Тепловая нагрузка аппарата определяется исходя из условий нагрева исходного раствора от начальной температуры tн = 20,30С до конечной t0 = 101,50С (Со=3,731 кДж/кг (2, стр. 21)) по следующей формуле:

Q =Gпраrпар= S0c0(t0-tн) = 20000*3,731*(101,5-20,3) =6,06*106кДж/ч.

5.2. Движущая сила процесса.

Разности температур теплоносителей на концах теплообменника:

D1= Т?tн = 127?20 = 1070С

D2= Т?tк= 127?101,5 = 25,50С

Движущая сила процесса:

Dср= (D1-D2)/ln(D1/D2)--=--

=(1_7-25,5??ln(107/25,5) = 56,80C

5.3. Расход греющего пара.

Gпар =Q/rпар,

где rпар = 521,4 ккал/кг = 2184,7 кДж/кг - удельная теплота парообразования при Т=1270С (2, стр. 18).

Т.о., Gпар =6,06*106/2116,0 = 2774 кг/ч.

5.4. Выбор конструкционного материала теплообменника.

Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора хлорида натрия при концентрации 10 (5, стр. 309). В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х28. Скорость коррозии её менее 1мм/год. Коэффициент теплопроводности l = 16,8 Вт/м*К (5, стр. 101).

5.5. Ориентировочный выбор теплообменника.

В качестве парожидкостных подогревателей наиболее рациональными являются многоходовые кожухотрубчатые теплообменники жесткой конструкции - тип ТН. Аппараты типа ТН выполняются с неподвижными трубными решетками. Расположение аппарата вертикальное. Для нормальной работы теплообменника в межтрубное пространство необходимо направить конденсирующийся пар, а в трубное пространство - исходный раствор.

Геометрические размеры трубок рекомендуется выбирать путём ориентировочной оценки требуемой поверхности теплообмена:

Fор = Q/KорDср.

Для оценки зададимся ожидаемым значением коэффициента теплопередачи Кор, ориентировочные пределы которого в промышленных теплообменных аппаратах указаны (7, стр.47) - Кор = 300 - 2500Вт/м2К. Пусть Кор = 1800Вт/м2К.

Fор = 6,06*106/1800*56,8 = 59м2.

Подбираем по (7, стр.51) теплообменник:

Поверхность теплообмена 61 м2;

Длина труб 4м;

Диаметр труб d = 25*2;

Число ходов z = 6;

Общее число труб 196;

Трубное пространство (3,14*(0,025-0,004)2)*206=0,271м2. Т о., на один ход 0,271/6=0,045 м2

5.6. Расчёт коэффициента теплопередачи К.

К = {(К1/3Dср1/3/А4/3) + (dст?lст??????a2?}-1

5.6.1. Расчёт коэффициента теплоотдачи от поверхности трубки к раствору a2.

Расчёт a2 производят по критериальным уравнениям.

Скорость течения раствора равна:

W = So*z/fтрr= 20000*6/3600*0,045*1072=0,711 м/с,

Где r = 1027 кг/м3 -плотность 10% хлористого натрия при температуре кипения (4, стр. 56);

n--=?0,339*10-6м2/с - вязкость 10% хлористого натрия при температуре кипения (4, стр. 58).

При этой скорости имеем:

Re = Wd/n = 0,711*0,021/0,339*10-6 = 4,4*104

Т. о., попадаем в развитую турбулентную область.

Nu2=0,021Re0,8 Pr-0,43 (Pr / Pr ст)0,25el

Критерий Прандтля - характеризует отношение вязкостных и температуропроводных свойств теплоносителя - конденсирующегося водяного пара Pr = n/а = 0,339*10-6 / 16,9*10-8=2,01 при температуре кипения 10% хлористого натрия (3, стр. 537), где а - коэффициент теплопроводности (4, стр. 64).

Для нагревающихся жидкостей можно принимать (Pr / Pr ст)0,25=1, допуская небольшую погрешность в сторону уменьшения коэффициента теплоотдачи, т. е. в сторону запаса.

Воспользовавшись номограммой для определения критерия Nu2 (3, стр. 536)

Nu2= 140.

Тогда a2= Nu2lводы/d = 140*0,633/0,021 = 4220 Вт/К*м2,

Где lводы= 0,633 Вт/м*К - теплопроводность 10% NaCl при температуре кипения (4, стр. 61).

5.6.2. Расчёт коэффициента А.

А=0,94(l3r2rg/mH)1/4

При температуре Т=1270С l = 68,6*10-2 Вт/мК

r = 935 кг/м3 (3, стр. 512)

m = 212*10-6Па*с

r = 2194 кДж/кг (3, стр. 524)

Н = 4м

Тогда А = 8647,8

5.6.3. Расчёт коэффициента теплопередачи К.

К = {(К1/3Dср1/3/А4/3) + (dст?lст??????a2?}-1

Dср= 82,70C;

dст?= 2мм = 0.002м - толщина стенок нагревательных труб;

lст= 16,8 Вт/м*К - теплопроводность материала стенки;

a2 = 4220 Вт/К*м2- коэффициент теплоотдачи от поверхности трубки к раствору;

А= 8647,8 ;

a2= 4220 Вт/м2 .

Воспользуемся итерационным расчётом:

К(dст?lст?? ??a2) = 1- (К/А)4/3 *Dср1/3

Пусть yл = К(dст?lст?? ??a2)

Yп = К(dст?lст?? ??a2)

Построим оба графика в одной системе координат, пересечение этих графиков дает истинное значение К.

Из графиков видно, что К = 2600 Вт/(м2*К).

Реальное значение коэффициента теплопередачи в работающем теплообменнике всегда меньше рассчитанного из-за дополнительных термических сопротивлений загрязнений стенок rзагр с обеих сторон. При этом общее термическое сопротивление в реальном теплообменнике:

(1/К)реал = (1/К)расч + rзагр.1 + rзагр.2

Значение термических сопротивлений загрязнений стенок rзагр взяты из (3, стр. 506):

rзагр.1= 1,7*10-4м2*К/Вт - для водяного пара, rзагр.2=1,7*10-4м2*К/Вт - для кипящего исходного раствора.

(1/К)реал= 1/2600 + 1,7*10-4+1,7*10-4 = 7,2*10-4м2*К/Вт

Тогда Креал=1380 Вт/(м2*К).

5.7. Расчёт поверхности теплообмена.

Fор = Q/KорDср = 6,06*106/1380*56,8 = 77м2.

5.8. Подбор теплообменника по каталогу.

Подбираем по (7, стр.51) теплообменник:

Поверхность теплообмена 79 м2;

Длина труб 4м;

Диаметр труб d = 20*2;

Число ходов z = 6;

Общее число труб 316.

6. Блок создания и поддержания вакуума.

Для создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подаётся в конденсатор при температуре окружающей среды (г. Стерлитамак t = 200C). 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.

6.1. Расчёт барометрического конденсатора смешения.

6.1.1. Расход охлаждающей воды Gв.

Gв определяют из теплового баланса конденсатора:

Gв=W3(hбк-cвtк)/cв(tk-tн),

где hбк - энтальпия паров в барометрическом конденсаторе; tн = 200С - начальная температура охлаждающей воды;

Cв =4,19 кДж/кг;

tк - конечная температура смеси воды и конденсата ;

Рбк = 7000 Па = 0,0714 ат, то по (2, стр. 23) tбк = 38,7 0С и hбк = 2572,2 кДж/кг.

Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3 - 5 0С. Поэтому конечную температуру воды tк на выходе из конденсатора примем на 4 градуса ниже температуры конденсации паров: tк = tбк-4= 38,7-4=34,70С.

Тогда Gв= 3716,5(2572,2-4,19*34,7)/4,19(38,7-20) = =115110кг/ч = 31,98 кг/с.

6.1.2. Диаметр конденсатора.

Определяют по уравнению расхода:

dбк = (4W3/(rpv))1/2

r?= 0,04782 кг/м3 - плотность паров (2, стр. 23).

При остаточном давлении к конденсаторе порядка 104 Па скорость паров v=15 - 25 м/с.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5