Курсовая работа: Расчет и подбор выпарной установки
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.
Тогда dбк = (4*3716,4/3600(0,04782*3,14*20))1/2 =
1,17м.
По (4, стр. 41) подбираем конденсатор:
¨
dбк = 1200мм;
¨
Высота
цилиндрической части 4,90м
¨
Диаметры
штуцеров условные:
Ø
Для
входа вторичного пара 450мм;
Ø
Для
входа охлаждающей воды 250мм;
Ø
Для
барометрической трубы 250мм;
Ø
Для
выхода парогазовой смеси 200мм.
6.1.3. Высота барометрической трубы.
Диаметр барометрической трубы dбт = 250мм.
Скорость воды в барометрической трубе:
v = 4(Gв + W3)/(rpdбт2) =
4(31,98+1,03)/(1000*3,14*0,252)= =0,67м/с.
Высота барометрической трубы:
Нбт=В/rвg + (1+Sx+l Нбт/ dбт)v2/2g + 0,5 ,
где В – вакуум в барометрическом конденсаторе;
Sx - сумма коэффициентов
местных сопротивлений;
l - коэффициент трения в барометрической трубе;
0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического
давления.
В = Ратм - Рбк = 98000 – 7000 = 91000 Па;
Sx = xвх+xвых
=0,5 +1,0 =1,5, где xвх, xвых – коэффициенты
местных сопротивлений на входе в трубу и выходе из неё (3, стр. 494).
Коэффициент трения l зависит от режима
течения жидкости. Определим режим:
Re = dбтv/nв = 0,25*0,67/0,81*10-6
= 206790 ,
где nв = 0,81*10-6 м2/с при tк = 34,70С (3,
стр. 512).
При Re = 206790 коэффициент трения определяется по
формуле Никурадзе:
l = 0,0032 + 0,221*Re-0,237=0,015
Т. о., Нбт=91000/1000*9,81 + (1+1,55
Нбт/ 0,25)0,672/2*9,81 + 0,5=9,833+0,00137 Нбт
Нбт=9,8 м.
6.1.4. Барометрический ящик.
Барометрический ящик, заполненный водой и сообщающийся с
атмосферой, является гидравлическим затвором для барометрической трубы. Объём воды
в ящике должен обеспечивать заполнение барометрической трубы при пуске
установки. Следовательно, объём ящика должен быть не менее объёма
барометрической трубы, а форма ящика может быть произвольной:
V3 >= pdбт2Нбт /4>=3,14*0,252*9,8/4
= 0,48 м3.
6.2. Расчёт производительности вакуум-насоса.
Производительность вакуум-насоса Gвозд определяется количеством
газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора:
Gвозд =2,5*10-5(Gв + W3)+0,01W3= 2,5*10-5 (31,98+1,03)
+0,01*1,03 = 11,1*10-3кг/с
Объёмная производительность вакуум-насоса равна:
Vвозд = R(273+tвозд) Gвозд/(MвоздPвозд),
где R = 8314 Дж/(кмоль*К)- универсальная газовая постоянная;
Mвозд = 29 кг/кмоль – молекулярная масса воздуха;
tвозд - температура воздуха:
tвозд= tн +4+0,1*( tк – tн)
= 20 + 4 + 0,1* 14,7 = 25,50С;
Рвозд- парциальное давление сухого воздуха в
барометрическом конденсаторе:
Рвозд = Рбк –Рп = 7000-3355
= 3645 Па, где давление сухого насыщенного пара Рп = 0,03426 ат =
3355 Па при температуре 25,50С (2, стр. 17).
Тогда Vвозд = 8314(273+25,5) 1,1*10-3/(29*3645)=0,026
м3/с =1,55 м3/мин
Зная объёмную производительность и остаточное давление, по каталогу
(7, стр. 188) подбираем вакуум-насос типа ВВН-3 с мощностью на валу N = 6,5 кВт.
7. Расчет и выбор вспомогательного оборудования
выпарной установки.
7.1. Конденсатоотводчики.
Для отвода конденсата, образующегося при работе теплообменных
аппаратов, в зависимости от давления пара, применяют различные виды устройств.
7.1.1. Конденсатоотводчик для отвода конденсата
из теплообменника, обогревающего исходный раствор до температуры кипения.
Температура греющего пара на входе в теплообменник 1270С,
следовательно, давление Р = 2,5160 ат = =0,247 МПа.
При данном давлении устойчиво работает конденсатороотводчик
термодинамический муфтовый чугунный типа 45ч12нж.
Ø
Расчётное
количество конденсата после теплообменника:
Расход греющего пара Gрасч = 2774 кг/ч, тогда G = 1,2Gрасч = 3,3 т/ч.
Ø
Давление
пара перед конденсатоотводчиком:
Р1 = 0,95*Р = 1,44 ати.
Ø
Давление
пара после конденсотоотводчика:
Р2 = 0,5* Р1 = 0,72 ати.
Ø
Условная
пропускная способность:
KVy = G/(A*DP0,5), где DP = 0,72ат = 0,07МПа –
перепад давления на конденсатоотводчике;
А = 0,67 – коэффициент, учитывающий температуру конденсата и
перепад давлений на конденсатоотводчике (11, стр.6).
KVy = 3,3/(0,67*0,720,5) = 6 т/ч.
Ø
Подбор
конденсатоотводчиков типа 45ч12нж по (11, стр. 7):
Установим 3 одинаковых конденсатоотводчика с условной
пропускной способностью KVy = 2; диаметр условного прохода равен 40мм;
размеры L=170мм,
L1= 22мм, Hmax=89мм, H1= 42,5мм, Do=111,5мм.
7.1.2. Конденсатоотводчик для отвода конденсата
из первого корпуса выпарной установки.
Температура греющего пара на входе в аппарат 1500С,
следовательно, давление Р = 4,85 ат =0,476 МПа.
При данном давлении устойчиво работает конденсатороотводчик
термодинамический муфтовый чугунный типа 45ч12нж.
Ø
Расчётное
количество конденсата после теплообменника:
Расход греющего пара Gрасч = 6596 кг/ч, тогда G = 1,2Gрасч = 7,9 т/ч.
Ø
Давление
пара перед конденсатоотводчиком:
Р1 = 0,95*Р = 3,61 ати.
Ø
Давление
пара после конденсотоотводчика:
Р2 = 0,5* Р1 = 1,81 ати.
Ø
Условная
пропускная способность:
Ø
KVy = G/(A*DP0,5), где DP = 1,8 ат = 0,18 МПа –
перепад давления на конденсатоотводчике;
А = 0,55 – коэффициент, учитывающий температуру конденсата и
перепад давлений на конденсатоотводчике (11, стр.6).
KVy = 4,61/(0,55*0,180,5) = 6,2 т/ч.
Ø
Подбор
конденсатоотводчика типа 45ч12нж по (11, стр. 7):
Установим 2 одинаковых конденсатоотводчика с условной
пропускной способностью KVy = 2 и один с условной пропускной способностью KVy = 2,5.
При KVy = 2 диаметр условного прохода равен 40мм;
размеры L=170мм,
L1= 22мм, Hmax=89мм, H1= 42,5мм, Do=111,5мм.
При KVy = 2,5 диаметр условного прохода равен 50мм;
размеры L=200мм,
L1= 24мм, Hmax=103мм, H1= 60мм, Do=115мм.
7.1.3. Конденсатоотводчик для отвода конденсата
из второго корпуса выпарной установки.
Температура греющего пара на входе в аппарат 1270С,
следовательно, давление Р =0,247 МПа.
При данном давлении устойчиво работает конденсатороотводчик
термодинамический муфтовый чугунный типа 45ч12нж.
Ø
Расчётное
количество конденсата после теплообменника:
Расход греющего пара Gрасч = W1-E1=2,3 т/ч, тогда G = 1,2Gрасч = 2,8 т/ч.
Ø
Давление
пара перед конденсатоотводчиком:
Р1 = 0,95*Р = 1,425 ати.
Ø
Давление
пара после конденсотоотводчика:
Р2 = 0,5* Р1 = 0,713 ати.
Ø
Условная
пропускная способность:
KVy = G/(A*DP0,5), где DP = 0,7125 ат – перепад
давления на конденсатоотводчике;
А = 0,7 – коэффициент, учитывающий температуру конденсата и
перепад давлений на конденсатоотводчике (11, стр.6).
KVy = 2,8/(0,7*0,7130,5) = 5 т/ч.
Ø
Подбор
конденсатоотводчика типа 45ч12нж по (11, стр. 7):
Установим 2 одинаковых конденсатоотводчика с условной
пропускной способностью KVy = 2,5.
При KVy = 2,5 диаметр условного прохода равен 50мм;
размеры L=200мм,
L1= 24мм, Hmax=103мм, H1= 60мм, Do=115мм.
7.1.4. Конденсатоотводчик для отвода конденсата
из третьего корпуса выпарной установки.
Температура греющего пара на входе в аппарат 920С,
следовательно, давление Р =0,076 МПа = 0,077ат.
При данном давлении устойчиво работает конденсатороотводчик
поплавкрвый муфтовый (с опрокинутым поплавком) 4513нж.
Ø
Расчётное
количество конденсата после теплообменника:
Расход греющего пара Gрасч = W2 = 3,0 т/ч, тогда G = 1,2Gрасч = 3,6 т/ч.
Ø
Давление
пара перед конденсатоотводчиком:
Р1 = 0,95*Р = 0,0722МПа = 0,7 ат.
Ø
Давление
пара после конденсотоотводчика:
Р2 = 0,5* Р1 = 0,0361МПа = 0,4 ат.
Ø
Условная
пропускная способность:
tн = 89,450С – температура насыщенного
пара (2, стр. 23)
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 |