Расчетная часть. 2. 1 определение количество воды, выпариваемой во всех корпусах установки

2.1 Определение количество воды, выпариваемой во всех корпусах установки

W=G_н(1-х_н/х_к)

Где G_н-количество щелока, поступающего на выпаривание, кг/с

х_н, х_к-начальная и конечная концентрации щелока, %

G_н= =41,66кг/с

W=41,66(1- )=30,82кг/с

2.2 Распределение выпаренной воды по корпусам

W₁=(30,82)/(1+1,09+1,18+1,27)=6,78кг/с

W₂=(30,82*1,09)/(1+1,09+1,18+1,27)=7,39кг/с

W₃=(30,82*1,18)/(1+1,09+1,18+1,27)=8,01кг/с

W₄=(30,82*1,27)/(1+1,09+1,18+1,27)=8,62кг/с

W=W₁+W₂+W₃+W₄=6,78+7,39+8,01+8,62=30,82кг/с

2.3 Расчет концентрации щелока по корпусам

Из первого во второй переходит щелока G₁=G_Н-W₁ А-выход греющего пара; Б-выход вторичного пара; В-выход конденсата; Г-вход раствора; Д-выход раствора; Е-сдувканеконд. Газов; Ж-вход воды для промывки; З- вход воды для промывки и опрессовки межтрубного пространства; И-воздушник; Л-смотровое окно; М-слив из межтрубного пространства; Н,П-слив из аппарата; Р-для термометра; С-люк на сепараторе; Т-люк на греющей камере; У-отбор проб; Ш-смотровое окно на греющей камере.

=41,66-6,78=34,88, кг/с

Концентрация щелока, конечная для первого корпуса и начальная для второго, будет равна: х₁=(G_н*x_н)/(G_н-W₁)=(41,66*16)/(34,88)=19,11%

Из второго корпуса в третий переходит щелока G₂=G₁-W₂=34,88-7,39=27,49кг/с

Концентрация щелока, конечная для второго корпуса и начальная для третьего, будет равна: x₂=(G_н*x_н)/G₂=(41,66*16)/27,49=24,24%

Из третьего корпуса в четвертый переходит щелокаG₃=G₂-W₃=27,49-8,01=19,48кг/с

Концентрация щелока конечная для третьего корпуса и начальная для четвертого будет равна

X₃=(G_н*x_н)/G₃=(41,66*16)/19,48=34,21%

Из четвертого корпуса выход щелока

G_к=G_н-W=41,66-30,82=10,84кг/с

С концентрацией x_к=(G_н*x_н)/G_к=(41,66*16)/10,84=61,5%, что соответствует заданию

2.4 Распределение перепада давления по корпусам

Разность между давлением греющего пара и давлением пара в барометрическом конденсаторе: ΔР = Р_г.п. – Р_б.к.=390-16,5=375,5 кПа

Предварительно распределим этот перепад давлений между корпусами поровну, т.е. на каждый корпус примем Δр = АР/4=375,5/4=93,37 кПа

Тогда абсолютные давления по корпусам:

В четвертом корпусе р₄=Р_б.к.=16,5кПа

В третьем корпусе р₃=р₄+Δр=16,5+93,37=109,87 кПа

Во втором корпусер₂=рз+Δр=109,87+93,37=203,24кПа

В первом корпусе p₁=р₂+Δр=203,24+93,37=296,61кПа

	Давление пара	Температура насыщенного пара	Удельная теплота парообразования
Греющий пар	390 кПа (4 кгс/см^2)	142,9^оС	2141кДж/кг
В первом корпусе	296,61 кПа (3 кгс/см^2)	132,9^оС	2171 кДж/кг
Во втором корпусе	203,24 кПа (2 кгс/см^2)	119,6^оС	2208 кДж/кг
В третьем корпусе	109,87 кПа (1,1 кгс/см^2)	101,6^оС	2256 кДж/кг
В четвертом корпусе	16,5 кПа (0,2 кгс/см^2)	59,7^оС	2358 кДж/кг

2.5 Расчет температурных потерь по корпусам

A) от концентрационной депрессии (Δ')

Δ' = А*е^Вх

где х - концентрация щелока,%;

А, В - постоянные, зависящие от характера щелока (Б., стр. 215)

А=0,52; В=0,05

Δ'₁=0,52*2,7^0,05*19,11=1,34

Δ'₂=0,52*2,7^0,05*24,24=1,73

Δ'₃=0,52*2,7^0,05*34,21=2,84

Δ'₄=0,52*2,7^0,05*61,5=11,02

По всем корпусам ΣΔ' =Δ'₁+Δ'₂+Δ'₃=1,34+1,73+2,84+11,02=16,93^оС

Б) от гидростатического эффекта

Увеличивается давление на 1 мПа увеличивается температура пара на 1^оС

Δ''=4+1=5^оС

В) от гидравлических сопротивлений

Потерю принимаем в 1^оС

Δ'''=1*3=3^оС

Сумма всех температурных потерь

ΣΔ=16,93+5+3=24,93^оС

2.6 Находим полезную разность температур

Δtпол=Δtобщ-ΣΔ

Общая разность температур Δtобщ=t1-t2=139,2-59,7=79,5^оС

Δtобщ=139,2-59,7=79,5^оС

Δtпол=79,5-24,93=54,7^оС

где t₁ - температура первичного пара в первом корпусе;

t₂ - температура вторичного пара на выходе из последнего корпуса

2.7Определяем температуры кипения щелока в корпусах

t_кип=t_вт.п.=Δ'+Δ''+Δ'''

гдеt_вт.п. - температура насыщенного пара

t_кип1=t_вт.п.1+ ΣΔ=132,9+24,93=157,83^оС

t_кип2=t_вт.п.2+ ΣΔ=119,6+24,93=144,53^оС

t_кип3=t_вт.п.3+ ΣΔ=101,6+24,93=126,53^оС

t_кип4=t_вт.п.4+ ΣΔ=59,7+24,93=84,63^оС

2.8 Расчет коэффициентов теплопередачи по корпусам

K=1/r, где r-общее тепловое сопротивление

r=1/α₁+δ_ст/λ_ст+δ_н/λ_н+1/α₂, м²*К/Вт

где α₁-коэффициент теплоотдачи от пара к стенке, Вт/м²*К

δ_ст-толщина стенки аппарата, мм

λ_ст-теплопроводность стальной стенки аппарата, Вт/м*К

δ_н-толщина слоя накипи, принимаем 1,5 мм

λ_н-теплопроводность накипи, 2,2 Вт/м*К

α₂- коэффициент теплоотдачи от стенки к щелоку, Вт/м2*К

r=1/6452,83+0,002/46,5+0,0015/2,2+1/194191,2=0,00092

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара:

α₁=2,04*ε_t⁴√(λ³*ρ²*r)/μ*Δt*H

α₁=2,04*1*⁴√(0,67³*943²*2127*10³)/0,232*10^-3*5*5=6452,83Вт/м²*К

где ε_t-поправочный коэффициент, учитывающий зависимость физических свойств конденсата от температуры, принимаем равным 1 г

r-теплота конденсации (парообразования), принимаем равным 2171 Дж/кг

Δt-разность температур конденсации и поверхности стенки, Δt=t_г.п.-t_ст=132,9-127,9=5К

H-высота трубы, принимаем равной 5 м

λ-теплопроводность конденсата, принимаем равной 0,67 Вт/м*К

ρ-плотность конденсата, принимаем равной 943 кг/м³

μ-динамический коэффициент вязкости конденсата, принимаем равной 0,232*10^-3

Δt=t_г.п.-t_ст=132,9-127,9=5К

где t_г.п.-температура греющего пара, К

t_ст-температура стенки со стороны греющего пара, К

δ_ст=2мм=0,002м

λ_ст=46,5 Вт/м*К

δ_н=0,0015м

λ_н=2,2 Вт/м*К

Значения теплопроводности, плотности и вязкости конденсата (воды) берем в справочниках при средней температуре пленки конденсата

t_пл=(t_г.п.+t_ст.)/2=(132,9+127,9)/2=130 К

Определяем α₂- коэффициент теплоотдачи при кипении щелока, Вт/м²*К

α₂=α_в*φ

где φ-множитель, учитывающий физические свойства кипящего щелока,

принимаем 0,9

α_в-коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении воды, Вт/м²*К

α_в=45,3*Δt^2,33*p₁^0,5=45,3*29,93^2,33=215768,2 Вт/м*К

Δt=t_cт-t₁=127,9-157,83=29,93К

α₂=215768,5*0,9=194191,2 Вт/м*К

Ориентировочное соотношение коэффициентов теплопередачи по корпусам при выпаривании: K₁:К₂:K₃:K₄=1:0,58:0,34:0,29

Отсюда К₁=К=1086Вт/м²*К

К₂=1086*0,8=6299Вт/м²*К

К₃=629,9*0,34=214Вт/м²*К

К₄=214*0,29=62,1Вт/м²*К

2.9Составляем уравнение тепловых балансов по корпусам (без учета тепловых потерь)

По условию щелок подается на выпарку подогретым до температуры кипения в первом корпусе. Расход тепла в первом корпусе:

Q₁ = W₁*r₁ Вт

Q₁=6,78*2171*10³=14719,38*10³Вт

где W₁ - количество выпаренной воды в первом корпусе, кг/с

r₁-удельная теплота парообразования, Дж/кг

Щелок переходит во второй корпус перегретым, следовательно, в балансе слагаемое Q_Haгp отрицательно (теплота самоиспарения). Расход тепла во втором корпусе:

Q₂= W₂*r₂-[G₁*c₁*(t₁-t₂)], Вт

Где W₂-количество выпаренной воды во втором корпусе, кг/с

r₂-удельная теплота парообразования, Дж/кг

G₁-количество щелока, переходящего из 1 корпуса во 2, кг/с

c₁-теплоемкость щелока, Дж/ кг*с

t₁ и t₂- температуры кипения щелока в 1 и 2 корпусах, К

Удельная массовая теплоемкость щелока определяется по формуле:

с = А - а*х

где А, а-постоянные, зависящие от природы щелока, таблица

х - концентрация щелока, %

Таким образом, рассчитываются расходы тепла в каждом корпусе.

Q₂=7,39*2208*10³-[34,88*3,75*(157,83-144,53)]=16315,38*10³ Вт

А=4,103; а=0,0218

с₁=А-а*х_н=4,103-0,0218*16=3,75 Дж/кг*с

с₂=А-а*х₂=4,103-0,0218*24,24=3,57Дж/кг*с

с₃=А-а*х₃=4,103-0,0218*34,21=3,35Дж/кг*с

Q₃=W₃*r₃-[G₂*C₂(t₂-t₃)]=8,01*2256*10³-[27,49*3,57*(144,53-126,53)]=18068,79*10³, Вт

Q₄=W₄*r₄-[G₃*C₃(t₃-t₄)]=8,62*2358*10³-[19,48*3,35*(101,6-59,7)]=20323,22*10³, Вт

2.10 Распределение полезной разности температур по корпусам

Это распределение сделаем исходя из условий равной поверхности корпусов, т.е. пропорционально Q/K (вариант расчета минимальной общей поверхности). Найдем факторы пропорциональности в каждом корпусе: 1к = Q₁/K₁ и т.д.

1к = Q₁/K₁=14719*1000/1086=13553,4

2к = Q₂/K₂=16315,38*1000/629,9=25901,5

3к = Q₃/K₃=18068,79*1000/214=84433,5

4к = Q₄/K₄=20323,22*1000/62,1=327262,5

Затем находим сумму факторов ΣQ/К=1к+2к+3к+4к

ΣQ/К=1+2+3+4=13553,4+25901,5+84433,5+327262,5=451151

Полезные разности температур по корпусам:Δt = (Q/K) /(ΣQ/K)*Δt_пол

Δt₁=(13553,4/451151)*54,57=1,63^оС

Δt₂=(25901,5/451151)*54,57=3,13^оС

Δt₃=(84433,5/451151)*54,57=10,21^оС

Δt₄=(327262,5/451151)*54,57=39,6^оС

Проверка: ΣΔt=Δt_пол

ΣΔt=1,63+3,13+10,21+39,6=54,57^оС

2.11 Определение поверхности нагрева по корпусам

F = (Q / К*Δt)/1000

где Q - расход тепла в корпусе, Вт

К - коэффициент теплопередачи, Вт/м²*К

Δt - полезная разность температур, К

F₁=13553,4*1,63/1000=22,09 м²

F₂=25901,5*3,13/1000=81,07м²

F₃=84433,5*10,21/1000=862,06м²

F₄=327262,5*39,6/1000=12959,6м²

F_ср=ΣF/(n)4=3481 м²

По ГОСТ 11987-81 выбираем выпарной аппарат с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой:

1. Номинальная поверхность теплообмена – 800м²

2. Количество труб – 1495

3. Действительная поверхность теплообмена, при диаметре трубы 38x2 и длине 5 м =796 м²

4. Диаметр греющей камеры – 2000 мм

5. Сепаратор при р_с≥-0,92 кгс/см²

6. Высота до брызгоотделителя – 1600 мм

7. Диаметр циркуляционной трубы – 1400 мм

8. Диаметр трубы вскипания – 1400 мм

9. высота – 2000 мм

10. Высота аппарата – 13690 мм

2.12 Показатели выпарки

Расход греющего пара в 1 корпусе:

D₁= Q₁ /r_г.п., кг/с

где Q₁ - расход тепла в первом корпусе (тепловая нагрузка), Вт

r_г.п-удельная теплота парообразования греющего пара, Дж/кг

D₁=14719,3/2141=6,7 кг/с

Удельный расход пара:

d = D / W, кг пара/кг воды

d= D / W=6,7/30,8=0,22 кг пара/кг воды

Экономичность выпарки:

Э = 1/d, кг воды/кг пара

Э=1/0,22=4,5

Паросъем перед остановом выпарки на промывку:

S = W*3600/3*F, кг/м²

S=30,8*3600(4*800)=34,6 кг/м³

2.13 Расчет дополнительного оборудования

G_в-расход охлаждающей воды = 6000кг/ч

t_n = 16°С, t_k=50 °С

Расход воды находим:

G=W*(Y/c–t_к)/(t_к–t_н), кг/с

где W - количество конденсирующихся паров, кг/с

Y - энтальпия пара при Рб к., Дж/кг с - удельная теплоемкость воды, °С

G=30,8*(2358*1000/4190-50)/(50/16)=464,5 кг/с

Диаметр барометрического конденсатора определяем из уравнения расхода, принимая скорость пара υ=30 м/с

d = √(4/π)*(W/ρ*υ)

d = √(4/3,14)*(30,8/0,01465*30)=9,4 м

По ГОСТ 18562-84 (приложение) выбираем барометрический конденсатор:

1. Внутренний диаметр конденсатора – 2000 мм

2. Толщина стенки аппарата – 10 мм

3. Расстояние от верхней полки до крышки аппарата – 1300 мм

4. Расстояние от нижней полки до днища аппарата – 1200 мм

5. Ширина полки – 1250 мм

6. Расстояние между осями конденсатора и ловушки:

К₁=1650 мм

К₂=1660 мм

7. Высота установки Н– 8500 мм

8. Ширина установки Т– 3450 мм

9. Диаметр ловушкиD- 800 мм

10. Высота ловушки h- 2300 мм

11. Диаметр ловушки D₁- 800 мм

12. Высота ловушки h₁- 1550 мм

13. Расстояние между полками:

а₁=500

а₂=650

а₃=800

а₄=950

а₅=1070

Дата добавления: 2015-07-11