- •1.Введение
- •2.Описание технологической схемы установки
- •3.Расчет и выбор основного оборудования
- •3.1. Расчет подогревателя исходного раствора
- •3.1.1. Задание на расчет подогревателя исходного раствора
- •3.1.2 Уточненный выбор конструкции теплообменника и его размеров
- •3.2 Расчет двухкорпусной выпарной установки
- •3.2.1 Задание на расчет двухкорпусной прямоточной выпарной установки
- •3.2.2 Расчет поверхности теплообмена
- •3.2.3 Размеры сепарационного пространства
- •3.2.4 Тепловая изоляция аппарата
- •3.2.5 Диаметры штуцеров и трубопроводов для материальных потоков
- •3.2.6 Механический расчет элементов аппарата
- •3.3 Блок создания и поддержания вакуума
- •3.3.1 Расчет барометрического конденсатора смешения
- •3.3.2 Расчет и выбор вакуум-насоса
- •4. Расчет и выбор вспомогательного оборудования
- •4.1 Перекачивающие насосы
- •4.2 Конденсатоотводчики
- •4.2.1 Конденсатоотводчик для подогревателя исходной смеси
- •4.2.2 Конденсатоотводчик для первого корпуса
- •4.2.3 Конденсатоотводчик для второго корпуса
- •4.3 Емкости
- •4.3.1 Емкость для исходного раствора
- •4.3.2 Емкость для упаренного раствора
- •5. Список литературы
3.1.2 Уточненный выбор конструкции теплообменника и его размеров
Реальное значение коэффициента теплопередачи в работающем теплообменнике, всегда меньше рассчитанного из-за дополнительных термических сопротивлений загрязнений стенок труб с обеих сторон [10, с.531].
Полное термическое сопротивление в реальном теплообменнике:
По реальному значению коэффициента теплопередачи определяем необходимую поверхность теплообмена в реальных условиях работы аппарата (3.1):
Выбранный теплообменник с F=17 м2 подходит для реального значения поверхности теплообмена.
Для уменьшения потерь теплоты в окружающую среду и расхода, греющего пара применяется тепловая изоляция. Определим толщину слоя изоляции, наносимую на внешнюю поверхность аппарата.
λиз – теплопроводность изоляционного материала, Вт/(м∙К) (материал минеральная вата - λиз=0,0649 Вт/(м∙К) для θк′′);
θк′′ – температура наружной поверхности аппарата, °С (примем как θк′′ =Т=140,7 °С);
tиз′′ – температура наружной поверхности изоляции, принимаемая по условиям техники безопасности равной в пределах tиз′′= (35÷50) °С (tиз′′=40 °С);
t0 – температура окружающего воздуха (принимается равной 20 °C при расположении установки в помещении);
α0 – коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением от наружной поверхности к окружающей среде, Вт/(м2∙К)
Коэффициент α0 рассчитывается по формуле:
Знание толщины изоляции позволяет определить величину теплового потока, проникающего через стенку в окружающую среду. Удельный тепловой поток q, (считая теплопередающую стенку – плоской) определяется по уравнению:
Пренебрежем тепловыми потерями на стенках труб. Примем, что все потери идут на теплоизоляцию. Таким образом, температура наружной поверхности стенки кожуха (внутренней поверхности изоляции) и температура внутренней стенки равны температуре греющего пара =Т=140,7 °С. Следовательно, средняя по толщине температура стенки кожуха так же будет равна температуре греющего пара =Т=140,7 °С.
Для определения средней температуры нагревательных труб, необходимо найти удельную тепловую нагрузку, которая определяется как:
Из условия теплопередачи от загрязненной стенки к потоку жидкости откуда температура загрязненной стенки трубы:
где t – температура раствора, и а2 – коэффициент теплоотдачи от стенки к раствору, рассчитанный в предыдущем пункте.
С учетом термического сопротивления загрязнения получаем:
Далее находим:
Средняя температура стенки труб:
где теплопроводность материала стенки труб (сталь 09Г2С [7, с. 394]) теплопроводность λст = 17,2 .
Выбор типа теплообменника производят в зависимости от разности:
- тип теплообменника ТН - теплообменник с неподвижными трубными решетками [12, cтр.32].
3.2 Расчет двухкорпусной выпарной установки
3.2.1 Задание на расчет двухкорпусной прямоточной выпарной установки
Требуется выпаривать S0 = 8000 кг/ч = 2,22 кг/с раствора водного раствора нитрата аммония (NH4NO3) от начальной концентрации α0 = 19 % до конечной концентрации (во II корпусе) α2= 39%. Температура раствора на входе в I корпус t0=88 °С. Первый корпус обогревается насыщенным водяным паром с давлением Pгр.1 = 3,8 атм. = 0,38 МПа. Из I корпуса отбирается поток экстра-пара Е1 = 400 кг/ч = 0,111 кг/с. Давление в сепараторе II корпуса Pвак=81,99КПа.
Оба корпуса выпарной установки изготавливаются из стали марки сталь 09Г2С [7, с. 394] (теплопроводность λст = 17,2 )
Определить:
1) Поверхности теплообмена корпусов F1= F2 = F (условие равенства).
2) Расход греющего пара Dгр.