РАСЧЕТ ТРЕХКОРПУСНОЙ ВЫПАРНОЙ УСТАНОВКИ

РАСЧЕТ ТРЕХКОРПУСНОЙ ВЫПАРНОЙ УСТАНОВКИ

Рассчитать трехкорпусную прямоточную выпарную установку с естественной циркуляцией раствора для концентрирования 5 кг/с 4% раствора СаСl2. Конечная концентрация раствора 25%. Раствор поступает на выпарку подогретым до температуры кипения в выпарном аппарате. Абсолютное давление греющего водяного пара 4 ат. Высота греющих труб 4 м.давление в барометрическом конденсаторе 0,1 ат.

  1. Количество воды, выпариваемой в трех корпусах установки:
  1. Распределение нагрузки по корпусам.

Сделаем это распределение на основании практических данных, приняв следующее соотношение массовых количеств выпариваемой воды по корпусам:

Следовательно, количество выпариваемой воды:

В 1 корпусе

Во 2 корпусе

В 3 корпусе

_____________________________________

итого: W = 4.2 кг/c

  1. Расчет концентраций раствора по корпусам.

Начальная концентрация раствора хН = 4%. Из 1 корпуса во 2 переходит раствора:

Концентрация раствора, конечная для первого и начальная для 2, будет равна:

из 2 корпуса в 3 переходит раствора

с концентрацией

из 3 корпуса выходит раствора

с концентрацией

, что соответствует заданию.

  1. Распределение перепада давлений по корпусам.

Разность между давлением греющего пара и давлением пара в барометрическом конденсаторе:

Предварительно распределим этот перепад давлений между корпусами поровну, т.е. на каждый корпус примем:

, тогда абсолютное давление по корпусам будут:

В 3 корпусе р3 = 0,1 ат

Во 2 корпусе р2 = 0,1 + 1,3 =1,4 ат

В 1 корпусе р1 = 1,4 + 1,3 = 2,7 ат

Давление греющего пара:

р = 2,7 + 1,3 = 4 ат

По паровым таблицам находим температуры насыщения паров воды и удельные теплоты парообразования для принятых давлений в корпусах:

Для 1 корпуса:

tH = 119.6+ (132,9 – 119.6) ∙ 0,7/1 = 129 0 C

r = 2208+ (2171 – 2208) ∙ 0,7/1 = 2182 КДж/кг

Для 2 корпуса:

r = 2237КДж/кг

Для 3 корпуса:

r = 2390 КДж/кг

Для греющего пара:

r = 2141 КДж/кг

Температура насыщенного пара, 0 C Удельная теплота парообразования, КДж/кг
1 корпус 129 2182
2 корпус 108.7 2237
3 корпус 45,4 2390
Греющий пар 142.9 2141

Эти температуры и будут температурами конденсации вторичных паров по корпусам.

  1. Расчет температурных потерь по корпусам.

От депрессии

В справочных таблицах находим температуры кипения растворов при атмосферном давлении

Концентрация СаСl2, % Температура кипения, 0 C Депрессия, К или 0 C
1 корпус 5.4 101 1
2 корпус 8.7 102 2
3 корпус 25 108 8

Следовательно, по трем корпусам:

∆tдепр = 1 + 2 + 8 = 11 0 C = 11 К.

От гидростатического эффекта

В справочных таблицах находим плотность раствора при 20 0 C

Концентрация СаСl2 % 5.4 8.7 25
Плотность, кг/м 3 1025 1075 1230

Эти значения примем и для температур кипения по корпусам.

Расчет ведем для случая кипения в трубках при оптимальном уровне.

при рср =2.8 ат; tкип = 119.6 + (132.9 – 119.6 ) ∙ 0,8/1= 130.2 0 C.

при рср =1.5 ат; tкип = 108,7 + (112,7 – 108,7 ) ∙ 0,1/1,63 = 109,1 0 C.

при р1=0,1 ат tкип = 45.4 0 C

при рср =0,2ат tкип = 59.7 0 C.

Всего ∑∆tг. эф = 1.2 + 0.4 +14.3 = 15.9 К

От гидравлических сопротивлений

Потерю разности температур на каждом интервале между корпусами принимаем в 1 К. интервалов всего 3, следовательно,

сумма всех температурных потерь для установки в целом:

  1. полезная разность температур.

Общая разность температур 142.9 – 59.7 = 83.2 К; следовательно, полезная разность температур:

  1. Определение температур кипения в корпусах:

В 3 корпусе t3 = 59.7 + 1 + 8 + 14,3 = 83 0 С

В 2 корпусе t2= 109.1 + 1 + 2 + 0.4 = 112.5 0 С

В 1 корпусе t1= 130.2 + 1 + 1 + 1.2 = 133.4 0 С

  1. Расчет коэффициентов теплопередачи по корпусам

По найденным температурам кипения и концентрациям растворов в корпусах подбираем в справочниках расчетные константы – физические характеристики растворов ( плотность, теплопроводность, теплоемкость, вязкость). Далее задаемся диаметром труб и их длиной.

Читайте также:  Запуск из командной строки 8211 Административные оснастки Windows

По этим данным рассчитываем коэффициенты теплопередачи. При этом следует учесть слой накипи порядка 0,5 мм.

На основании этих расчетов примем:

Для 1 корпуса К1 = 1700 Вт/м 2 ∙ К

Для 2 корпуса К2 =990 Вт/м 2 ∙ К

Для 3 корпуса К3 = 580 Вт/м 2 ∙ К;

Из ориентировочного соотношения коэффициентов теплопередачи по корпусам при выпаривании водных растворов солей К123 = 1:0,58:0,34.

  1. Составление тепловых балансов по корпусам.

Для упрощения приближенного расчета составляем тепловые балансы без учета тепловых потерь и принимаем, что каждого последующего корпуса в последующий раствор поступает при средней температуре кипения.

По условию раствор подается на выпарку подогретым до температуры кипения в 1 корпусе. Тогда расход теплоты в 1 корпусе:

Раствор приходит во 2 корпус перегретым, следовательно, Qнагр отрицательно и расход теплоты во 2 корпусе:

Количество теплоты, которое даст вторичный пар 1 корпуса при конденсации, составляет W1 ∙ r1 = 2836600 Bт. Расхождения прихода и расхода теплоты в тепловом балансе 2 корпуса менее 1% (0,1%).

Расход теплоты в 3 корпусе:

Вторичный пар 2 корпуса дает теплоты при конденсации

  1. Расход греющего пара в 1 корпусе:

Удельный расход пара:

d = GГ. П./W = 1,3 / 4,2 = 0.31 кг/кг

  1. Распределение полезной разности температур по корпусам.

Распределение полезной разности температур по корпусам сделаем в двух вариантах: из условия равной площади поверхности и из условия минимальной общей площади поверхности корпусов, т.е. пропорционально Q/К и пропорционально √ Q/К..

Найдем факторы пропорциональности:

Отношение Q/К √ Q/К∙10 3
1 корпус 1669 1292
2корпус 2862 1692
3корпус 5221 2285
сумма 9752 5269

Полезные разности температур по корпусам:

Отношение Вариант равной площади поверхности корпусов Вариант минимальной общей площади поверхности корпусов
∆t1 9.6 13,7
∆t2 16,4 18
∆t3 30 24.3
сумма 56 56
  1. Определение площади поверхности нагрева:
Отношение Вариант равной площади поверхности корпусов Вариант минимальной общей площади поверхности корпусов
F1 174 94,3
F2 174,5 94
F3 174 94
сумма 522,5 282,3

Следовательно, при равных площадях поверхностей корпусов общая площадь поверхности нагрева больше на 46 %.

Источник

Порядок расчета многокорпусной выпарной станции

Целью расчета является определение поверхности нагрева выпарных аппаратов, размеров барометрического конденсатора, подогревателя, подбор насосов для перекачки раствора, расчет диаметров паровых и сырьевых трубопроводов. По результатам расчета по нормалям подбирают стандартное оборудование.

Выбор типа и конструкции выпарного аппарата

Тип и конструкцию выпарного аппарата выбирают на основании характеристики выпариваемого раствора, то есть с учетом вязкости, плотности, поверхностного натяжения и других физических показателей раствора. С учетом свойств раствора также определяют материал, из которого должен быть изготовлен аппарат.

Выбор типа аппарата производят по каталогу на выпарные аппараты (приложение Б2 – Б9). В предварительном расчете задаются диаметром и высотой трубок, равной средней высоте трубок, приведенных в каталоге для данного типа выпарного аппарата.

Составление материального баланса

Общий расход воды, удаляемой в процессе выпаривания на установке, рассчитывается из соотношения

где Gн – расход слабого раствора, кг/с; xн, xк – концентрация слабого и концентрированного растворов.

Расчет концентраций раствора по корпусам

Концентрация раствора по корпусам зависит от расхода выпариваемой воды. Распределение расходов выпаренной воды по корпусам производится на основании опытных данных. Для прямоточной выпарной установки справедливо следующее соотношение расходов выпаренной воды

где W1 , W2 – количество выпаренной воды по корпусам, кг/с.

Читайте также:  Обзор бытового дистиллятора воды Rawmid DDC 01

Концентрация по корпусам рассчитывается по следующим формулам

1) для прямоточной выпарной установки

2) для противоточной выпарной установки распределение расходов воды принимается равным

Источник

Порядок расчета выпарного аппарата

Явление самоиспарения возникает в многокорпусных выпарных установках (МВУ). Упаренный раствор предыдущего корпуса перетекает в последующий корпус в качестве исходного, в котором давление в аппарате меньше, чем в предыдущем, а следовательно меньше и температура кипения в этом корпусе. Раствор оказывается перегретым (т.е. его температура выше температуры кипения в этом корпусе). Температура раствора снижается до температуры кипения за счет испарения некоторого количества воды, которое подмешивается к основному количеству вторичного пара. Это явление носит название самоиспарения раствора.

Температурные потери (депрессии)

Рассмотрим схему выпарной установки вместе с температурами (рисунок 2.2)

Рисунок 2.2 — Температуры в выпарной установке:

– температура вторичного пара (чистого растворителя), определяется по давлению в аппарате ;

– температура кипения раствора на поверхности (при давлении );

– температура кипения раствора внутри кипятильных труб в среднем слое высотой ;

– температура конденсации греющего (первичного) пара в межтрубном пространстве греющей камеры, определяется по давлению греющего пара ;

– температура конденсации вторичного пара в конденсаторе.

Движущей силой процесса выпаривания (полезной разностью температур) является разность температур конденсации греющего пара и кипения раствора в среднем слое.

Физико-химическая депрессия , 0 С, равна разности между температурой кипения раствора и температурой кипения чистого растворителя при одинаковом давлении (давлении в аппарате ).

Величина зависит от природы растворенного вещества и растворителя, концентрации раствора и давления. Значения , полученные опытным путем, приводятся в справочной литературе. Для малоконцентрированных растворов величину можно вычислить с помощью уравнения И.А. Тищенко:

где – нормальная физико-химическая депрессия при атмосферном давлении, 0 С

зависит от типа раствора и его концентрации;

– поправочный коэффициент на давление в аппарате (одинаков для различных

растворов и зависит только от давления).

Гидростатическая депрессия , 0 С, равна разности между температурой кипения раствора в среднем слое и температурой кипения раствора на поверхности.

характеризует повышение температуры кипения раствора с увеличением давления за счет гидростатического давления столба жидкости. зависит от интенсивности циркуляции и изменяющейся плотности парожидкостной смеси, заполняющей большую часть высоты кипятильных труб. рассчитывается по чистому растворителю.

Приближенно вычисляют для водных растворов с помощью таблиц водяного насыщенного пара как разность между температурой кипения воды при давлении в среднем слое и температурой кипения воды при давлении вторичного пара (давлении в аппарате ).

Давление в среднем слое , Па, вычисляют как сумму давлений вторичного пара в аппарате и гидростатического давления столба жидкости на середине высоты кипятильных трубы.

где – плотность упаренного раствора, кг/м 3 ;

g – ускорение свободного падения, м/с 2 .

Гидравлическая депрессия , 0 С, равна разности между температурой конденсации вторичного пара в аппарате и температурой конденсации вторичного пара в конденсаторе (или температурой конденсации вторичного пара в греющей камере последующего корпуса для МВУ).

обусловлена гидравлическими сопротивлениями (трения и местными сопротивлениями), которые преодолевает вторичный пар при его движении через сепарационные устройства и трубы. Вызванное этим уменьшение давления вторичного пара приводит к снижению его температуры конденсации. Значение принимают в пределах 0,5 – 1,5 0 С.

Температура кипения раствора в среднем слое с учетом температурных потерь и составляет

Читайте также:  Вылетает ошибка при установке windows 10

Общей разностью температур называется разность между температурой греющего агента (температурой греющего пара ) и температурой конденсации вторичного пара в конденсаторе .

Если от общей разности температур отнять сумму всех температурных потерь, то получим полезную разность температур

Сумма всех температурных депрессий равна разности между температурой кипения раствора в среднем слое и температурой конденсации пара в конденсаторе.

Дано: параметры исходного раствора ( , ), концентрация упаренного раствора и давление греющего пара .

1. Определяем и из уравнений материального баланса:

2. Находим расход греющего пара из уравнения теплового баланса.

3. Определяем тепловую нагрузку аппарата .

4. Рассчитываем температурные потери , и .

5. Рассчитываем полезную разность температур: .

6. Рассчитываем коэффициент теплопередачи .

7. Определяем поверхность нагрева выпарного аппарата из основного уравнения теплопередачи .

8. По площади поверхности нагрева выбираем выпарной аппарат по ГОСТам или каталогам.

Многокорпусные выпарные установки (МВУ)

МВУ применяются для экономии греющего пара. В них вторичный пар из предыдущего корпуса направляется в качестве греющего в следующий корпус. Таким образом, повторно используется теплота вторичных паров и за счет этого экономится греющий пар. Рассмотрим устройство трехкорпусной прямоточной МВУ (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 — Технологическая схема прямоточной трехкорпусной выпарной установки.

Греющий пар с котельной расходом поступает только в первый корпус. Давление в корпусах поддерживается таким образом, чтобы > > . Это необходимо, чтобы вторичный пар можно было использовать в качестве греющего в последующем корпусе (например, , ). Разность давлений между корпусами выбирается таким образом, чтобы в каждом корпусе полезная разность температур (движущая сила) имела положительное значение. То есть, чтобы температура вторичного пара, поступающего из предыдущего корпуса, была выше температуры кипения в среднем слое последующего корпуса. В прямоточной МВУ раствор перетекает из корпуса в корпус самотеком, так как > > . При этом возникает явление самоиспарения при перетекании раствора из первого во второй корпус и из второго – в третий (см. выше).

Из уравнения теплового баланса:

Так как коэффициент испарения , а коэффициент самоиспарения <<1, то можно принять допущение:

Источник



Выпарная установка NaCl

чертеж Выпарная установка NaCl

Техническая характеристика
1. Аппарат предназначен для упаривания раствора NaCl от начальной концентрации 7% масс.
2.Объем номинальный аппарата 45,6м , межтрубного пространства 3м ,
3. Производительность 25 кг/с (по исходному раствору)
4. Абсолютное давление в аппарате от 0,5 до 0,03 МПа, в межтрубном пространстве от 0,6 до 0,1 МПа.
5. Площадь поверхности теплообменa — 200 м .
6. Максимальная температура в трубном пространстве 165 С, в межтрубном пространстве — 170 С.
7. Среда в аппарате и трубном пространстве — водный раствор NaCl в межтрубном пространстве — насыщенный водяной пар.

Состав: Вид общий (ВО)

Софт: компас v12

t-flex

Автор: annuta92

Дата: 2013-05-28

Просмотры: 2 236

Еще чертежи и проекты по этой теме:

Фрагмент

Софт: КОМПАС-3D 16.1

Состав: ПЗ, Технологическая схема выпарной установки, Чертеж общего вида теплообменного аппарата

Автоматика чертёж 15

Софт: КОМПАС-3D 15

Состав: Функциональная схема автоматизации однокорпусной выпарной установки (СФА)

Фрагмент

Софт: AutoCAD 2016

Состав: Установка выпарная трехкорпусная (ВО), Деталировка (штуцера), Спецификация, Технические требования, Технологическая схема

Фрагмент

Софт: AutoCAD 2013

Состав: Пояснительная записка, спецификации, технологическая схема, чертеж общего вида

457193-vms-vyiparnaya-ustanovka.jpg

Софт: AutoCAD 2013

Состав: Аппарат выпарной с принудительной циркуляцией, соосной греющей камерой и вынесенной зоной кипения (ВО), конденсатор барометрический (ВО),Технологическая схема, ПЗ

Источник