|
3-Практическая занятия
Тема: Расчет высокопроизводительных приложений
Приведем типовой пример расчета трехкорпусной установки, состоящей из выпарных аппаратов с естественной циркуляцией (с сосной греющей камерой) и кипением раствора в трубах.
Пример 1. Спроектировать трехкорпусную выпарную установку для концентрирование G1=40000 кг/ч водного раствора КОН от начальной концентрации Хн=5% до конечной ХК=40% при следующих условиях:
1) Обогрев производится насыщенный водяным паром давлением Рr1=1,079 МПа
2) Давления в барометрическом конденсаторе Рбк=0,0147 МПа
3) Выпарной аппарат – тип 1, исполнение 2, стр 97.
4) Взаимное направления пара и раствора – прямоток.
5) Отбор экстрапара не производится.
6) Раствор поступает в первый корпус подогретым до температура кипения.
1. Определения поверхности теплопередачи выпарных аппаратов.
Поверхности теплопередачи каждого корпуса выпарной установки определяет по основному уравнению теплопередачи:
F=Q/K tn
Для определения тепловых нагрузок Q, коэффициентов теплопередачи К и полезных разностей температур необходимо знать распределение выпариваемой воды, концентрацией растворов и их температур кипения по корпусам. Эти величины находят методом последовательных приближений.
Первое приближения:
Производительность установки по выпариваемой воде определяют из уравнения материального баланса:
W=Gн/(1-Xн/Xк)
получим
W = 11,11 (1-5/40) = 9,72 кг/с
1.1 Расчет концентраций упариваемого раствора
Распределение концентраций раствора по корпусам установки зависит от соотношения нагрузок по выпариваемой воде к каждом аппарате в первом приближении на основании практических данных принимают что производительность по выпариваемой водой распределяется между корпусами в соответствии с соотношением:
W1: W2: W3 = 1,0:1,1:1,2
Тогда
Далее рассчитывают концентрации растворов в корпусах:
Концентрация раствора в последнее в корпусе Х3 соответствует концентрации упаренного раствора ХК.
1.2 Определение температур кипения растворов
Общей перепад давлений в установке равен:
В первом приближении общей перепад давлений распределяет между корпусами поровну тогда давления греющих паров в корпусах (в МПа) равны:
Рr1 = 1,079
Рr2=Р r1- Роб/3=1,079-1,064/3=0,7242
Рr3=Рrr2= Р об/3=0,7242 - 1,064/3=0,3694
Давление пара в барометрическом конденсаторе
Рбк= Рr3- Р об/3=0,3694 - 1,064/3=0,0147 МПа
что соответствует заданной величине Рбк.
По давлением паров находим их температур и энтальпии [1], П.Г. Романков, с.549, табл. LVII.
Давление, МПа Температура, 0С Энтальпия, кДж/кг
Рr1=1,079 tr1=183,2 l1=2787
Рr2=0,7242 tr2=166,3 l2=2772
Рr3=0,3694 tr3=140,6 l3=2741
Рбк=0,0147 tбк=53,6 l4=2596
Температура кипения раствора в корпусе отмечается от температуры греющего пара в последующем корпусе на сумму температурных потерь от температурной ( ), гидростатической ( ) и гидродинамической ( ) депрессий.
Обычно в расчетах принимают =1,0 - 1,5 град. на корпус. Примем для каждого корпуса =1 град.
Тогда температуры вторичных паров в корпусах (в 0С) равны:
tвn1=tr2+ =166,3+1,0=167,3
tвn2=tr3+ =140,6+1,0=141,6
tвn3=tбк+ =53,6+1,0=54,6
Сумма гидродинамических депрессий
По температурам вторичных паров определим их давления: (П.Г. Романов, c/548, табл. LVI)
Температура, 0С Давление, МПа
tвn1=167,3 Рвn1=0,745
tвn2=141,6 Рвn2=0,378
tвn3=54,6 Рвn3=0,154
При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляции q=20 000-50 000 Вт/м2, аппаратов с принудительной циркуляцией q=40 000-80 000 Вт/м2. Примем q=40 000 Вт/м2. Тогда поверхности теплопередачи 1-20 корпуса ориентировочно равно:
где r1 – теплота парообразования вторичного пара или насыщенного водяного пара в зависимости от температур при, 183 0С, (П.Г. Романков с. 548, табл.LVI).
По ГОСТ 11987 – 81 [2](см. Приложение V.2) трубчатые аппараты с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой (тип 1, исполнение 2) состоят из кипятильных труб высотой 4 и 5 м, при диаметре dH= 38 мм и толщине стенки .
Примем высоту кипятильных труб Н=4м
При пузырьковом (ядерном) режиме кипения паронапольнения составляет Е=0,4 -0,6. Примем Е = 05. Плотность водных растворов, в том числе раствора КОН [3](см.
Приложение V.3), при температуре 15 0С и соответствующих концентрациях в корпусах равна: (Дытнерский).
Давления в среднем слое кипятильных труб корпусов (в Па) равны
Этим давлениям соответствует следующие температуры кипения и теплота испарения растворителя [1]:
Давление, МПа Температура, 0С Теплота испарения, кДж/кг
Р1ср=0,755 t1ср=168,0 r1ср=2068
Р2ср=0,389 t1ср=142,8 r1ср=2140
Р3ср= 0,0291 t1ср=69,3 r1ср=2340
Определяем гидростатическую депрессию по корпусам (60С):
Сумма гидростатических депрессий равна:
Температурная депрессия определяется по уравнению:
где Т – температура паров в среднем слое кипятильных труб, - температурная депрессия при атмосферном давлении [3] (cм. Приложение V.4).
Находим значении по корпусам (в 0С).
Сумма температурных депрессий равна:
Температура кипения растворов в корпусах равны (в 0С):
tк1=tr2+ =166,3+2,07+0,7+1,0=170,07
tк2=tr3+ =140,6+3,94+1,2+1,0=146,74
tк3=tбк+ =53,6+18,13+14,7+1,0=87,43
В аппаратах с вынесенной греющей камерой и естественной циркуляцией обычно достигаются скорости раствора V=0,6 +0,8 м/с. Для этих аппаратов масса циркулирующего раствора равна:
здесь S – сечение потока в аппарате м2, рассчитываемое по формуле:
где - внутренний диаметр труб, м; Н – принятая высота труб, м.
Таким образом, перегрев раствора в j – м аппарате равен:
(6)
Полезная разность температур в каждом корпусе может быть рассчитана по уравнению:
(7)
Общая полезная разность температур выпарных установок с аппаратами с вынесенной заной кипения нужно определять по следующему выражению:
Do'stlaringiz bilan baham: |
