Реферат: Процессы и аппараты химической технологии
--PAGE_BREAK--1 Аналитический обзорПроцессы выпаривания проводят под вакуумом, при повышенном и атмосферном давлениях. Выбор давления связан со свойствами выпариваемого раствора и возможностью использования тепла вторичного пара.
Выпаривание под вакуумом имеет определенные преимущества перед выпариванием при атмосферном давлении, несмотря на то что теплота испарения раствора несколько возрастает с понижением давления и соответственно увеличивается расход пара на выпаривание <metricconverter productid=«1 кг» w:st=«on»>1 кг растворителя (воды). Применение вакуума дает возможность проводить процесс при более низких температурах, что важно в случае концентрировании растворов веществ, склонных к разложению при повышенных температурах. Также дает возможность использовать в качестве греющего агента, кроме первичного пара вторичный пар самой выпарной установки, что снижает расход первичного греющего пара. Вместе с тем при применении вакуума удорожается выпарная установка, поскольку требуются дополнительные затраты на устройства для создания вакуума (конденсаторы, ловушки, вакуум-насосы), а так же увеличиваются эксплуатационные расходы.
При выпаривании под давлением выше атмосферного также можно использовать вторичный пар, как для выпаривания, так и для других нужд не связанных с процессом выпаривания. Такой способ выпаривания позволяет лучше использовать тепло, чем при выпаривании под вакуумом. Этот способ применяется лишь для выпаривания термически стойких веществ. Кроме того, необходимы греющие агенты с более высокой температурой.
При выпаривании под атмосферным давлением вторичный пар не используется и обычно удаляется в атмосферу. Такой способ выпаривания является наиболее простым, но наименее экономичным.
Простейшими выпарными аппаратами со свободной циркуляцией раствора являются периодически действующие открытые выпарные чаши с паровыми рубашками (для работы под атмосферном давлении) и закрытые котлы с рубашками, работающие под вакуумом. Поверхности нагрева рубашек и соответственно нагрузки этих аппаратов очень невелики. Значительно большей поверхностью нагрева в единице объема обладают змеевиковые выпарные аппараты. Выпарные аппараты со свободной циркуляцией раствора в настоящее время вытеснены в большинстве производств выпарными аппаратами более совершенных конструкций, в частности вертикальными трубчатыми аппаратами.
В вертикальных аппаратах с направленной естественной циркуляцией раствора выпаривание осуществляется при много кратной естественной циркуляции раствора. Они обладают рядом преимуществ сравнительно с аппаратами других конструкций, благодаря чему получили широкое применение в промышленности. Основным достоинством таких аппаратов является улучшение теплоотдачи к раствору при его многократной организованной циркуляции в замкнутом контуре, уменьшающей скорость отложения накипи на поверхности труб. Кроме того, большинство этих аппаратов компактны, занимают небольшую производственную площадь, удобны для осмотра и ремонта.
В аппаратах с внутренней нагревательной камерой и центральной циркуляционной трубой циркуляционная труба, как и кипятильные трубы, обогревается паром, что снижает разность плотностей раствора и парожидкостной смеси и может приводить к нежелательному парообразованию в самой циркуляционной трубе. Их недостатком является также жесткое крепление кипятильных труб, не допускающее значительной разности тепловых удлинений труб и корпуса аппарата.
В аппаратах с подвесной нагревательной камерой кольцевой канал имеет большое поперечное сечение и находится вне нагревательной камеры, что оказывает благоприятное воздействие на циркуляцию раствора. Интенсивность циркуляции в аппаратах с подвесной нагревательной камерой ( как и в аппаратах с центральной циркуляционной трубой) недостаточна для эффективного выпаривания высоковязких и особенно кристаллизующихся растворов, обработка, которых приводит к частым и длительным остановкам этих аппаратов для очистки рабочих поверхностей.
Конструкции аппаратов с выносными циркуляционными трубами несколько более сложны, но в них достигается более интенсивная теплопередача и уменьшается расход металла на 1 <img width=«23» height=«21» src=«ref-1_1471392441-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1028"> поверхности нагрева по сравнению с аппаратами с подвесной нагревательной камерой или центральной циркуляционной трубой.
Аппарат в выносной нагревательной камерой работает при более интенсивной естественной циркуляции, обусловленной тем, что циркуляционная труба не обогревается, а подъемный и опускной участки циркуляционного контура имеют значительную высоту.
В аппаратах с вынесенной зоной кипения кипящий раствор не соприкасается с поверхностью теплообмена, что уменьшает отложение накипи. В этих аппаратах значительно снижается брызгоунос, достигается большая скорость циркуляции раствора, что приводит к увеличению производительности и интенсификации теплообмена. Аппараты с вынесенной зоной кипения могут эффективно применятся для выпаривания кристаллизирующихся растворов умеренной вязкости.
Принципиальное отличие прямоточных аппаратов с естественной циркуляцией состоит в том, что выпаривание в них происходит при однократном прохождении выпариваемого раствора по трубам нагревательной камеры, выпаривание осуществляется без циркуляции раствора. В таких аппаратах достигается снижение температурных потерь, обусловленных гидростатической дисперсией.
В роторных прямоточных аппаратах достигается интенсивный теплообмен при небольшом уносе жидкости вторичным паром. Вместе с тем роторные аппараты сложны в изготовлении и отличаются относительно высокой стоимостью эксплуатации, вследствие вращающихся частей (ротора).
В аппаратах с принудительной циркуляцией скорость ее определяется производительностью циркуляционного насоса и не зависит от высоты уровня жидкости в трубах, а также от интенсивности парообразования. Поэтому в аппаратах с принудительной циркуляцией выпаривание протекает при малых полезных разностях температур, не превышающих 3-5 К и при значительных вязкостях растворов.
В выпарных аппаратах с тепловым насосом, с помощью теплового насоса, представляющего собой трансформатор тепла, повышают экономичность работы однокорпусного аппарата, сжимая вторичный пар на выходе из аппарата до давления свежего (первичного) пара и направляя его в нагревательную камеру того же аппарата. В отдельных случаях выпарные аппараты с тепловым насосом могут конкурировать с многокорпусными выпарными установками.
2 Технологическая часть
В однокорпусной выпарной установке подвергается выпариванию водный раствор хлорида аммония под вакуумом.
Исходный раствор хлорида кальция с начальной концентрацией <img width=«73» height=«24» src=«ref-1_1471392545-176.coolpic» v:shapes="_x0000_i1029"> масс. долей из емкости Е1 подается центробежным насосом Н2 в теплообменник АТ1, где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения <img width=«88» height=«25» src=«ref-1_1471392721-213.coolpic» v:shapes="_x0000_i1030">, а затем поступает в греющую камеру выпарного аппарата 4. В данном варианте схемы применен выпарной аппарат с вынесенной греющей камерой и трубой вскипания. Выпариваемый раствор, двигаясь в греющей камере по трубе вскипания, нагревается и кипит при средней температуре <img width=«96» height=«25» src=«ref-1_1471392934-224.coolpic» v:shapes="_x0000_i1031"> с образованием вторичного пара. Отделение пара от жидкости происходит в сепараторе выпарного аппарата. Освобожденный от брызг и капель вторичный пар удаляется из верхней части сепаратора.
Движение раствора и вторичного пара осуществляется вследствие перепада давлений. В выпарном аппарате давление <img width=«127» height=«24» src=«ref-1_1471393158-265.coolpic» v:shapes="_x0000_i1032">и температура <img width=«64» height=«24» src=«ref-1_1471393423-170.coolpic» v:shapes="_x0000_i1033">. В барометрическом конденсаторе вода и пар движутся в противоположных направлениях (пар – снизу, вода – сверху). Давление в барометрическом конденсаторе <img width=«128» height=«25» src=«ref-1_1471393593-266.coolpic» v:shapes="_x0000_i1034">. Для увеличения поверхности контакта фаз конденсатор снабжен переливными полками. Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора самотеком при гидрометрической трубе с гидрозатвором.
Концентрированный раствор карбоната калия с концентрацией <img width=«63» height=«24» src=«ref-1_1471393859-152.coolpic» v:shapes="_x0000_i1035">%масс. после выпарного аппарата подается в двухходовой холодильник AT3, где охлаждается до температуры <img width=«67» height=«24» src=«ref-1_1471394011-172.coolpic» v:shapes="_x0000_i1036">. Затем концентрированный раствор отводится в вакуум-сборники, работающие попеременно. Вакуум-сборники опорожняются периодически (по мере накопления). Далее раствор с помощью центробежного насоса Н2 подается в емкость упаренного раствора.
продолжение
--PAGE_BREAK--3 Инженерные расчеты3.1 Материальный баланс процесса выпаривания
Основные уравнения материального баланса:
<img width=«107» height=«24» src=«ref-1_1471394183-219.coolpic» v:shapes="_x0000_i1037"> (3.1)
<img width=«141» height=«24» src=«ref-1_1471394402-246.coolpic» v:shapes="_x0000_i1038"> (3.2)
где <img width=«31» height=«24» src=«ref-1_1471394648-121.coolpic» v:shapes="_x0000_i1039">, <img width=«31» height=«24» src=«ref-1_1471394769-121.coolpic» v:shapes="_x0000_i1040"> — соответственно массовые расходы начального и конечного раствора, кг/с;
<img width=«28» height=«24» src=«ref-1_1471394890-107.coolpic» v:shapes="_x0000_i1041">, <img width=«28» height=«24» src=«ref-1_1471394997-108.coolpic» v:shapes="_x0000_i1042"> — соответственно массовые доли растворенного вещества в начальном и конечном растворе;
W– массовый расход выпариваемой воды, кг/с.
Из формулы 3.2 получаем:
<img width=«112» height=«45» src=«ref-1_1471395105-286.coolpic» v:shapes="_x0000_i1043">;
<img width=«153» height=«44» src=«ref-1_1471395391-369.coolpic» v:shapes="_x0000_i1044"> кг/с.
Решая совместно уравнения 3.1 и 3.2 получаем:
<img width=«123» height=«45» src=«ref-1_1471395760-308.coolpic» v:shapes="_x0000_i1045">;
<img width=«171» height=«44» src=«ref-1_1471396068-412.coolpic» v:shapes="_x0000_i1046"> кг/с.
Материальный баланс выпаривания
Таблица 3.1
Поток
Обозначение
Численное значение, кг/с
Содержание соли, массовые доли
Исходный раствор
<img width=«31» height=«24» src=«ref-1_1471394648-121.coolpic» v:shapes="_x0000_i1047">
4,58
0,12
Упаренный раствор
<img width=«31» height=«24» src=«ref-1_1471394769-121.coolpic» v:shapes="_x0000_i1048">
2,2
0,25
Вторичный пар
W
2,38
-
3.2 Определение температур и давлений в узловых точках технологической схемы
3.2.1 Определение температуры конденсации и давления вторичного пара в барометрическом конденсаторе
Температуру конденсации вторичного пара в барометрическом конденсаторе мы определяем по формуле:
<img width=«248» height=«25» src=«ref-1_1471396722-372.coolpic» v:shapes="_x0000_i1049"> (3.3)
где <img width=«24» height=«24» src=«ref-1_1471397094-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1050"> — температура конденсации греющего пара, <img width=«21» height=«21» src=«ref-1_1471392071-105.coolpic» v:shapes="_x0000_i1051">;
<img width=«33» height=«24» src=«ref-1_1471397303-129.coolpic» v:shapes="_x0000_i1052"> — полезная разность температур, К.
Принимаем <img width=«33» height=«24» src=«ref-1_1471397303-129.coolpic» v:shapes="_x0000_i1053">= 40 К.
<img width=«39» height=«25» src=«ref-1_1471397561-140.coolpic» v:shapes="_x0000_i1054"> — температурная депрессия, К;
<img width=«40» height=«25» src=«ref-1_1471397701-140.coolpic» v:shapes="_x0000_i1055"> — гидростатическая депрессия, К.
Принимаем <img width=«40» height=«25» src=«ref-1_1471397701-140.coolpic» v:shapes="_x0000_i1056">= 5 К.
<img width=«33» height=«24» src=«ref-1_1471397981-122.coolpic» v:shapes="_x0000_i1057"> — гидравлическая депрессия, К.
Принимаем <img width=«33» height=«24» src=«ref-1_1471397981-122.coolpic» v:shapes="_x0000_i1058">= 1 К.
Давление греющего пара:
<img width=«119» height=«24» src=«ref-1_1471398225-216.coolpic» v:shapes="_x0000_i1059">
где <img width=«115» height=«41» src=«ref-1_1471398441-292.coolpic» v:shapes="_x0000_i1060"> — атмосферное давление,
<img width=«104» height=«41» src=«ref-1_1471398733-279.coolpic» v:shapes="_x0000_i1061"> — избыточное давление греющего пара.
<img width=«197» height=«41» src=«ref-1_1471399012-419.coolpic» v:shapes="_x0000_i1062">
По, <img width=«29» height=«24» src=«ref-1_1471399431-110.coolpic» v:shapes="_x0000_i1063"> находим по (/1/, табл. LVII, стр. 549) температуру греющего пара <img width=«24» height=«24» src=«ref-1_1471397094-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1064">:
<img width=«95» height=«25» src=«ref-1_1471399645-217.coolpic» v:shapes="_x0000_i1065">.
<img width=«39» height=«25» src=«ref-1_1471397561-140.coolpic» v:shapes="_x0000_i1066"> полагаем равной <img width=«39» height=«25» src=«ref-1_1471397561-140.coolpic» v:shapes="_x0000_i1067"> при <img width=«68» height=«21» src=«ref-1_1471400142-167.coolpic» v:shapes="_x0000_i1068"> и <img width=«28» height=«24» src=«ref-1_1471394997-108.coolpic» v:shapes="_x0000_i1069">. По (/1/, рис. XIX, стр. 568), находим <img width=«39» height=«25» src=«ref-1_1471397561-140.coolpic» v:shapes="_x0000_i1070">:
<img width=«79» height=«27» src=«ref-1_1471400557-205.coolpic» v:shapes="_x0000_i1071">.
Подставляя, найденные значения <img width=«24» height=«24» src=«ref-1_1471397094-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1072">и <img width=«39» height=«25» src=«ref-1_1471397561-140.coolpic» v:shapes="_x0000_i1073"> в уравнение для <img width=«15» height=«24» src=«ref-1_1471401006-92.coolpic» v:shapes="_x0000_i1074"> получаем:
<img width=«180» height=«25» src=«ref-1_1471401098-330.coolpic» v:shapes="_x0000_i1075">.
По (/1/, табл. LVI, стр. 548) находим, что при <img width=«77» height=«25» src=«ref-1_1471401428-196.coolpic» v:shapes="_x0000_i1076"> <img width=«185» height=«41» src=«ref-1_1471401624-407.coolpic» v:shapes="_x0000_i1077">. По (/1/, табл. LVII, стр. 549) находим температуру в барометрическом конденсаторе <img width=«15» height=«24» src=«ref-1_1471401006-92.coolpic» v:shapes="_x0000_i1078"> при давлении <img width=«104» height=«41» src=«ref-1_1471402123-281.coolpic» v:shapes="_x0000_i1079">:
<img width=«79» height=«25» src=«ref-1_1471402404-195.coolpic» v:shapes="_x0000_i1080">.
3.2.2 Определение температур и давлений в выпарном аппарате
Температура в сепараторе <img width=«13» height=«23» src=«ref-1_1471402599-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1081">:
<img width=«88» height=«24» src=«ref-1_1471402690-188.coolpic» v:shapes="_x0000_i1082">;
<img width=«141» height=«24» src=«ref-1_1471402878-275.coolpic» v:shapes="_x0000_i1083">.
По [1, табл. LVI] находим давление вторичного пара в сепараторе <img width=«19» height=«23» src=«ref-1_1471403153-99.coolpic» v:shapes="_x0000_i1084"> при температуре <img width=«76» height=«24» src=«ref-1_1471403252-192.coolpic» v:shapes="_x0000_i1085">:
<img width=«199» height=«41» src=«ref-1_1471403444-425.coolpic» v:shapes="_x0000_i1086">.
Температура кипения раствора в сепараторе выпарного аппарата, при которой конечный раствор выводится из аппарата <img width=«24» height=«24» src=«ref-1_1471403869-108.coolpic» v:shapes="_x0000_i1087"> определяется по формуле: См. приложение.
<img width=«352» height=«45» src=«ref-1_1471403977-741.coolpic» v:shapes="_x0000_i1088">; (3.4)
где <img width=«75» height=«19» src=«ref-1_1471404718-161.coolpic» v:shapes="_x0000_i1089">, <img width=«75» height=«19» src=«ref-1_1471404879-163.coolpic» v:shapes="_x0000_i1090">, <img width=«16» height=«17» src=«ref-1_1471405042-90.coolpic» v:shapes="_x0000_i1091">— давление, Па.
<img width=«557» height=«44» src=«ref-1_1471405132-1045.coolpic» v:shapes="_x0000_i1092">.<img width=«12» height=«23» src=«ref-1_1471406177-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1093">
Уточненное значение температурной депрессии определяем по формуле:
<img width=«101» height=«25» src=«ref-1_1471406250-211.coolpic» v:shapes="_x0000_i1094">;
<img width=«196» height=«27» src=«ref-1_1471406461-361.coolpic» v:shapes="_x0000_i1095">.
Оптимальная высота уровня по водомерному стеклу определяем по формуле:
<img width=«248» height=«25» src=«ref-1_1471406822-435.coolpic» v:shapes="_x0000_i1096"> (3.5)
где <img width=«21» height=«25» src=«ref-1_1471407257-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1097">и <img width=«20» height=«24» src=«ref-1_1471407361-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1098"> — соответственно плотности раствора конечной концентрации и воды при средней температуре кипения <img width=«24» height=«24» src=«ref-1_1471407461-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1099">, <img width=«27» height=«41» src=«ref-1_1471407567-141.coolpic» v:shapes="_x0000_i1100">. Так как <img width=«24» height=«24» src=«ref-1_1471407461-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1101"> не известно, то принимаем <img width=«83» height=«25» src=«ref-1_1471407814-201.coolpic» v:shapes="_x0000_i1102">.<img width=«31» height=«25» src=«ref-1_1471408015-125.coolpic» v:shapes="_x0000_i1103"> — рабочая высота труб, принимаем <img width=«69» height=«25» src=«ref-1_1471408140-172.coolpic» v:shapes="_x0000_i1104"> Плотность воды можно рассчитываем по формуле:
<img width=«244» height=«25» src=«ref-1_1471408312-422.coolpic» v:shapes="_x0000_i1105"> (3.6)
<img width=«332» height=«41» src=«ref-1_1471408734-605.coolpic» v:shapes="_x0000_i1106">.
Плотность раствора <img width=«21» height=«25» src=«ref-1_1471407257-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1107"> определяем по формуле:
<img width=«280» height=«27» src=«ref-1_1471409443-482.coolpic» v:shapes="_x0000_i1108"> (3.7)
где <img width=«96» height=«24» src=«ref-1_1471409925-217.coolpic» v:shapes="_x0000_i1109">, <img width=«112» height=«24» src=«ref-1_1471410142-237.coolpic» v:shapes="_x0000_i1110">, <img width=«133» height=«24» src=«ref-1_1471410379-250.coolpic» v:shapes="_x0000_i1111">.
<img width=«551» height=«27» src=«ref-1_1471410629-843.coolpic» v:shapes="_x0000_i1112">Откуда
<img width=«169» height=«41» src=«ref-1_1471411472-368.coolpic» v:shapes="_x0000_i1113">
Подставляя найденные значения <img width=«21» height=«25» src=«ref-1_1471407257-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1114">и <img width=«20» height=«24» src=«ref-1_1471407361-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1115"> в формулу 3.5 получаем:
<img width=«343» height=«24» src=«ref-1_1471412044-538.coolpic» v:shapes="_x0000_i1116">
Гидростатическое давление <img width=«24» height=«25» src=«ref-1_1471412582-109.coolpic» v:shapes="_x0000_i1117"> в середине высоты труб при <img width=«35» height=«24» src=«ref-1_1471412691-128.coolpic» v:shapes="_x0000_i1118"> определяем по формуле:
<img width=«179» height=«25» src=«ref-1_1471412819-308.coolpic» v:shapes="_x0000_i1119"> (3.8)
<img width=«428» height=«44» src=«ref-1_1471413127-872.coolpic» v:shapes="_x0000_i1120">.
Подставляя в формулу 3.4 давление <img width=«24» height=«25» src=«ref-1_1471412582-109.coolpic» v:shapes="_x0000_i1121">, находим среднюю температуру кипения раствора:
<img width=«568» height=«44» src=«ref-1_1471414108-1053.coolpic» v:shapes="_x0000_i1122">.
Находим уточненное значение гидростатической депрессии <img width=«40» height=«25» src=«ref-1_1471397701-140.coolpic» v:shapes="_x0000_i1123">:
<img width=«115» height=«25» src=«ref-1_1471415301-224.coolpic» v:shapes="_x0000_i1124">
<img width=«207» height=«27» src=«ref-1_1471415525-379.coolpic» v:shapes="_x0000_i1125">.
Находим уточненное значение полезной разности температур <img width=«33» height=«24» src=«ref-1_1471397303-129.coolpic» v:shapes="_x0000_i1126">:
<img width=«108» height=«24» src=«ref-1_1471416033-208.coolpic» v:shapes="_x0000_i1127">
<img width=«208» height=«25» src=«ref-1_1471416241-375.coolpic» v:shapes="_x0000_i1128">.
Начальную температуру раствора принимаем равной <img width=«76» height=«25» src=«ref-1_1471416616-189.coolpic» v:shapes="_x0000_i1129">.
продолжение
--PAGE_BREAK--Таблица 3.2 — Температурный режим работы выпарной установки
Узловые точки технологической схемы
Температура,
<img width=«21» height=«21» src=«ref-1_1471392071-105.coolpic» v:shapes="_x0000_i1130">
Давление,
<img width=«60» height=«21» src=«ref-1_1471392281-160.coolpic» v:shapes="_x0000_i1131">
Барометрический конденсатор
<img width=«15» height=«24» src=«ref-1_1471401006-92.coolpic» v:shapes="_x0000_i1132">
90
<img width=«20» height=«24» src=«ref-1_1471417162-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1133">
0.715
Паровое пространство аппарата
<img width=«13» height=«23» src=«ref-1_1471402599-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1134">
91
<img width=«19» height=«23» src=«ref-1_1471403153-99.coolpic» v:shapes="_x0000_i1135">
0.740
Выход кипящего раствора в сепаратор
<img width=«24» height=«24» src=«ref-1_1471403869-108.coolpic» v:shapes="_x0000_i1136">
98.57
<img width=«19» height=«23» src=«ref-1_1471403153-99.coolpic» v:shapes="_x0000_i1137">
в сепараторе
0.740
Трубное пространство (середина высоты труб)
<img width=«24» height=«24» src=«ref-1_1471407461-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1138">
99.48
<img width=«24» height=«25» src=«ref-1_1471412582-109.coolpic» v:shapes="_x0000_i1139">
0.801
Межтрубное пространство греющей камеры
<img width=«24» height=«24» src=«ref-1_1471397094-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1140">
142,9
<img width=«29» height=«24» src=«ref-1_1471417978-109.coolpic» v:shapes="_x0000_i1141">
4,03
Вход исходного раствора в выпарной аппарат
<img width=«24» height=«24» src=«ref-1_1471418087-107.coolpic» v:shapes="_x0000_i1142">
92,0
-
-
3.3 Тепловой баланс выпарного аппарата
3.3.1 Расход теплоты на выпаривание
Тепловая нагрузка <img width=«16» height=«21» src=«ref-1_1471418194-98.coolpic» v:shapes="_x0000_i1143"> выпарного аппарата равна:
<img width=«187» height=«25» src=«ref-1_1471418292-352.coolpic» v:shapes="_x0000_i1144">, (3.9)
где <img width=«35» height=«25» src=«ref-1_1471418644-133.coolpic» v:shapes="_x0000_i1145"> — расход теплоты на нагревание раствора, кВт; <img width=«29» height=«24» src=«ref-1_1471418777-120.coolpic» v:shapes="_x0000_i1146"> — расход теплоты на испарение влаги кВт; <img width=«24» height=«25» src=«ref-1_1471418897-117.coolpic» v:shapes="_x0000_i1147"> — теплота дегидратации. Обычно, эта величина мала по сравнению с другими статьями теплового баланса и ею можно пренебречь;<img width=«32» height=«24» src=«ref-1_1471419014-127.coolpic» v:shapes="_x0000_i1148"> — расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду.
Расход теплоты на нагревание раствора <img width=«35» height=«25» src=«ref-1_1471418644-133.coolpic» v:shapes="_x0000_i1149">, определяется по формуле:
<img width=«189» height=«25» src=«ref-1_1471419274-319.coolpic» v:shapes="_x0000_i1150">, (3.10)
где <img width=«27» height=«24» src=«ref-1_1471419593-108.coolpic» v:shapes="_x0000_i1151"> — теплоемкость разбавленного раствора, определяется по формуле:
<img width=«323» height=«25» src=«ref-1_1471419701-489.coolpic» v:shapes="_x0000_i1152"> (3.11)
где <img width=«97» height=«23» src=«ref-1_1471420190-210.coolpic» v:shapes="_x0000_i1153">, <img width=«91» height=«23» src=«ref-1_1471420400-208.coolpic» v:shapes="_x0000_i1154">, <img width=«64» height=«24» src=«ref-1_1471420608-160.coolpic» v:shapes="_x0000_i1155">, <img width=«117» height=«24» src=«ref-1_1471420768-234.coolpic» v:shapes="_x0000_i1156">, <img width=«17» height=«24» src=«ref-1_1471421002-94.coolpic» v:shapes="_x0000_i1157"> — удельная теплоемкость воды, определяется по формуле:
<img width=«201» height=«41» src=«ref-1_1471421096-430.coolpic» v:shapes="_x0000_i1158"> (3.12)
где <img width=«9» height=«16» src=«ref-1_1471421526-81.coolpic» v:shapes="_x0000_i1159"> — температура воды,
<img width=«321» height=«41» src=«ref-1_1471421607-671.coolpic» v:shapes="_x0000_i1160">.
Тогда по формуле 3.11 <img width=«27» height=«24» src=«ref-1_1471419593-108.coolpic» v:shapes="_x0000_i1161"> будет равна:
<img width=«572» height=«41» src=«ref-1_1471422386-1018.coolpic» v:shapes="_x0000_i1162">и по формуле 3.10 получим:
<img width=«320» height=«25» src=«ref-1_1471423404-522.coolpic» v:shapes="_x0000_i1163">.
Расход теплоты на испарение определяется по формуле:
<img width=«163» height=«24» src=«ref-1_1471423926-283.coolpic» v:shapes="_x0000_i1164"> (3.13)
где <img width=«24» height=«24» src=«ref-1_1471424209-108.coolpic» v:shapes="_x0000_i1165"> — энтальпия вторичного пара, <img width=«35» height=«41» src=«ref-1_1471424317-168.coolpic» v:shapes="_x0000_i1166"> при температуре <img width=«64» height=«24» src=«ref-1_1471424485-167.coolpic» v:shapes="_x0000_i1167">.
По (/1/, табл. LVI, стр. 548) находим <img width=«24» height=«24» src=«ref-1_1471424209-108.coolpic» v:shapes="_x0000_i1168">:
<img width=«137» height=«41» src=«ref-1_1471424760-341.coolpic» v:shapes="_x0000_i1169">.
Теплоемкость воды по формуле 3.12 при температуре <img width=«45» height=«24» src=«ref-1_1471425101-131.coolpic» v:shapes="_x0000_i1170"> будет равна:
<img width=«356» height=«44» src=«ref-1_1471425232-760.coolpic» v:shapes="_x0000_i1171">,
тогда по формуле 3.13 находим расход теплоты на испарение:
<img width=«360» height=«25» src=«ref-1_1471425992-576.coolpic» v:shapes="_x0000_i1172">.
Расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду <img width=«32» height=«24» src=«ref-1_1471419014-127.coolpic» v:shapes="_x0000_i1173"> , при расчете выпарных аппаратов принимают 3-5% от суммы <img width=«89» height=«25» src=«ref-1_1471426695-219.coolpic» v:shapes="_x0000_i1174">. Таким образом, <img width=«32» height=«24» src=«ref-1_1471419014-127.coolpic» v:shapes="_x0000_i1175"> равняется:
<img width=«283» height=«24» src=«ref-1_1471427041-462.coolpic» v:shapes="_x0000_i1176">.
Следовательно, количество теплоты, передаваемой от греющего пара к кипящему раствору, по формуле 3.9 равняется:
<img width=«284» height=«21» src=«ref-1_1471427503-448.coolpic» v:shapes="_x0000_i1177">.
3.3.2 Определение расхода греющего пара
Расход греющего пара <img width=«31» height=«24» src=«ref-1_1471427951-119.coolpic» v:shapes="_x0000_i1178"> (в кг/с) в выпарном аппарате определяем по уравнению:
<img width=«93» height=«45» src=«ref-1_1471428070-245.coolpic» v:shapes="_x0000_i1179">, (3.14)
где <img width=«60» height=«21» src=«ref-1_1471428315-155.coolpic» v:shapes="_x0000_i1180"> — паросодержание (степень сухости) греющего пара; <img width=«24» height=«24» src=«ref-1_1471428470-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1181"> — удельная теплота конденсации греющего пара, <img width=«35» height=«41» src=«ref-1_1471424317-168.coolpic» v:shapes="_x0000_i1182">. Из (/1/, табл. LVII, стр. 550) находим для температуры <img width=«76» height=«24» src=«ref-1_1471428741-175.coolpic» v:shapes="_x0000_i1183">,
<img width=«136» height=«41» src=«ref-1_1471428916-329.coolpic» v:shapes="_x0000_i1184">.
И получаем:
<img width=«213» height=«44» src=«ref-1_1471429245-532.coolpic» v:shapes="_x0000_i1185">.
Удельный расход греющего пара:
<img width=«208» height=«45» src=«ref-1_1471429777-504.coolpic» v:shapes="_x0000_i1186">
3.4 Расчет греющей камеры выпарного аппарата
Выпарная установка работает при кипении раствора в трубах при оптимальном уровне. При расчете выпарного аппарата мы приняли высоту труб <img width=«56» height=«19» src=«ref-1_1471430281-142.coolpic» v:shapes="_x0000_i1187">. При расчете установки мы приняли: тепловая нагрузка <img width=«115» height=«21» src=«ref-1_1471430423-244.coolpic» v:shapes="_x0000_i1188">; средняя температура кипения раствора хлорида аммония <img width=«96» height=«25» src=«ref-1_1471430667-221.coolpic» v:shapes="_x0000_i1189">; температура конденсации сухого насыщенного водяного пара <img width=«99» height=«25» src=«ref-1_1471430888-227.coolpic» v:shapes="_x0000_i1190">. Для кипящего раствора коэффициент теплопроводности раствора NH
4
Clмы рассчитываем по формуле:
<img width=«139» height=«24» src=«ref-1_1471431115-246.coolpic» v:shapes="_x0000_i1191">, (3.15)
где <img width=«85» height=«21» src=«ref-1_1471431361-197.coolpic» v:shapes="_x0000_i1192">, <img width=«19» height=«24» src=«ref-1_1471431558-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1193"> — коэффициент теплопроводности воды, <img width=«80» height=«21» src=«ref-1_1471431658-195.coolpic» v:shapes="_x0000_i1194">:
<img width=«293» height=«25» src=«ref-1_1471431853-507.coolpic» v:shapes="_x0000_i1195"> , (3.16)
<img width=«469» height=«25» src=«ref-1_1471432360-741.coolpic» v:shapes="_x0000_i1196">.
Тогда по формуле 2.15 получаем:
<img width=«347» height=«21» src=«ref-1_1471433101-542.coolpic» v:shapes="_x0000_i1197">
Средняя разность температур:
<img width=«279» height=«25» src=«ref-1_1471433643-443.coolpic» v:shapes="_x0000_i1198">
Находим коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося водяного пара к поверхности вертикальных труб по формуле:
<img width=«175» height=«45» src=«ref-1_1471434086-421.coolpic» v:shapes="_x0000_i1199">, (3.17)
где <img width=«69» height=«24» src=«ref-1_1471434507-172.coolpic» v:shapes="_x0000_i1200">(/1/, табл. 4.6, стр. 162).
<img width=«295» height=«45» src=«ref-1_1471434679-634.coolpic» v:shapes="_x0000_i1201">;
Следовательно,
<img width=«213» height=«25» src=«ref-1_1471435313-379.coolpic» v:shapes="_x0000_i1202">.
Коэффициент теплоотдачи от стенки труб к кипящему раствору:
<img width=«177» height=«48» src=«ref-1_1471435692-461.coolpic» v:shapes="_x0000_i1203">, (3.18)
где
<img width=«195» height=«45» src=«ref-1_1471436153-455.coolpic» v:shapes="_x0000_i1204">, (3.19)
<img width=«25» height=«24» src=«ref-1_1471436608-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1205">и <img width=«21» height=«24» src=«ref-1_1471436714-101.coolpic» v:shapes="_x0000_i1206"> — соответственно плотности раствора и его пара при средней температуре кипения <img width=«27» height=«24» src=«ref-1_1471436815-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1207">, К; <img width=«16» height=«17» src=«ref-1_1471436929-92.coolpic» v:shapes="_x0000_i1208"> — динамический коэффициент вязкости, <img width=«43» height=«17» src=«ref-1_1471437021-126.coolpic» v:shapes="_x0000_i1209">; <img width=«16» height=«15» src=«ref-1_1471437147-89.coolpic» v:shapes="_x0000_i1210"> — поверхностное натяжение раствора, Н/м, при <img width=«27» height=«24» src=«ref-1_1471436815-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1211"> и <img width=«28» height=«24» src=«ref-1_1471394997-108.coolpic» v:shapes="_x0000_i1212">.
Плотность раствора, рассчитанная по формулам 3.6 и 3.7, равна:
<img width=«367» height=«41» src=«ref-1_1471437458-664.coolpic» v:shapes="_x0000_i1213">;
<img width=«596» height=«25» src=«ref-1_1471438122-893.coolpic» v:shapes="_x0000_i1214"><img width=«152» height=«41» src=«ref-1_1471439015-340.coolpic» v:shapes="_x0000_i1215">.
Плотность пара <img width=«21» height=«24» src=«ref-1_1471436714-101.coolpic» v:shapes="_x0000_i1216"> находим по (/1/, табл. LVI, стр. 548):
<img width=«105» height=«41» src=«ref-1_1471439456-276.coolpic» v:shapes="_x0000_i1217">.
Таким образом, по формуле 3.19 получаем:
<img width=«288» height=«44» src=«ref-1_1471439732-652.coolpic» v:shapes="_x0000_i1218">.
Динамический коэффициент вязкости рассчитывается по формуле:
<img width=«251» height=«25» src=«ref-1_1471440384-420.coolpic» v:shapes="_x0000_i1219"> , (3.20)
где <img width=«9» height=«16» src=«ref-1_1471421526-81.coolpic» v:shapes="_x0000_i1220"> — температура раствора, <img width=«21» height=«21» src=«ref-1_1471392071-105.coolpic» v:shapes="_x0000_i1221">, <img width=«91» height=«24» src=«ref-1_1471440990-200.coolpic» v:shapes="_x0000_i1222">, <img width=«104» height=«24» src=«ref-1_1471441190-224.coolpic» v:shapes="_x0000_i1223">, <img width=«117» height=«24» src=«ref-1_1471441414-237.coolpic» v:shapes="_x0000_i1224">; <img width=«20» height=«24» src=«ref-1_1471441651-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1225"> — вязкость воды, <img width=«43» height=«17» src=«ref-1_1471437021-126.coolpic» v:shapes="_x0000_i1226">:
<img width=«205» height=«25» src=«ref-1_1471441877-381.coolpic» v:shapes="_x0000_i1227"> (3.21)
При средней температуре кипения раствора получаем:
<img width=«363» height=«25» src=«ref-1_1471442258-578.coolpic» v:shapes="_x0000_i1228">.
<img width=«591» height=«24» src=«ref-1_1471442836-853.coolpic» v:shapes="_x0000_i1229"><img width=«197» height=«24» src=«ref-1_1471443689-325.coolpic» v:shapes="_x0000_i1230">.
Поверхностное натяжение берем по (/1/, табл. XXIII, стр. 526) для хлорида аммония 10% концентрации:
<img width=«124» height=«41» src=«ref-1_1471444014-295.coolpic» v:shapes="_x0000_i1231">.
Подставляя найденные значения в формулу 3.18 получаем:
<img width=«429» height=«44» src=«ref-1_1471444309-912.coolpic» v:shapes="_x0000_i1232">
Принимаем тепловую проводимость загрязнений (/1/, табл. XXXI, стр. 531) стенки со стороны греющего пара <img width=«119» height=«24» src=«ref-1_1471445221-264.coolpic» v:shapes="_x0000_i1233"> и со стороны кипящего раствора <img width=«119» height=«24» src=«ref-1_1471445485-265.coolpic» v:shapes="_x0000_i1234">. Коэффициент теплопроводности стали по (/1/, табл. XXVIII, стр. 529) принимаем равным:
<img width=«117» height=«41» src=«ref-1_1471445750-305.coolpic» v:shapes="_x0000_i1235">,
по (/3/, табл. 2.2, стр. 16) толщину труб принимаем равной <metricconverter productid=«2 мм» w:st=«on»>2 мм. Тогда
<img width=«293» height=«64» src=«ref-1_1471446055-876.coolpic» v:shapes="_x0000_i1236">.
Ввиду того, что <img width=«113» height=«24» src=«ref-1_1471446931-237.coolpic» v:shapes="_x0000_i1237"> и <img width=«173» height=«24» src=«ref-1_1471447168-311.coolpic» v:shapes="_x0000_i1238">, для расчета коэффициента теплопередачи принимаем метод последовательных приближений.
Для определения исходного значения <img width=«31» height=«24» src=«ref-1_1471447479-120.coolpic» v:shapes="_x0000_i1239">, учитывая: что при установившемся режиме теплопередачи <img width=«73» height=«24» src=«ref-1_1471447599-163.coolpic» v:shapes="_x0000_i1240">, выражаем <img width=«29» height=«24» src=«ref-1_1471447762-112.coolpic» v:shapes="_x0000_i1241"> через <img width=«32» height=«24» src=«ref-1_1471447874-118.coolpic» v:shapes="_x0000_i1242">:
<img width=«432» height=«31» src=«ref-1_1471447992-805.coolpic» v:shapes="_x0000_i1243">.
Затем рассчитываем исходные значения <img width=«31» height=«24» src=«ref-1_1471447479-120.coolpic» v:shapes="_x0000_i1244"> и <img width=«27» height=«24» src=«ref-1_1471448917-109.coolpic» v:shapes="_x0000_i1245">, принимая <img width=«77» height=«25» src=«ref-1_1471449026-192.coolpic» v:shapes="_x0000_i1246">:
<img width=«288» height=«61» src=«ref-1_1471449218-691.coolpic» v:shapes="_x0000_i1247">;
<img width=«284» height=«41» src=«ref-1_1471449909-547.coolpic» v:shapes="_x0000_i1248">.
Находим значение
<img width=«224» height=«41» src=«ref-1_1471450456-514.coolpic» v:shapes="_x0000_i1249">.
Составляем расчетную таблицу 3.3, в которую записываем исходные данные <img width=«28» height=«24» src=«ref-1_1471450970-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1250">, <img width=«24» height=«24» src=«ref-1_1471407461-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1251">, <img width=«57» height=«24» src=«ref-1_1471451190-166.coolpic» v:shapes="_x0000_i1252">, <img width=«55» height=«27» src=«ref-1_1471451356-260.coolpic» v:shapes="_x0000_i1253"> и результаты последующих расчетов.
Таблица 3.3 Температурный режим работы выпарной установки
Прибли-жения и провероч-ный расчет
Конденсация греющего пара
<img width=«33» height=«45» src=«ref-1_1471451616-160.coolpic» v:shapes="_x0000_i1254">
<img width=«33» height=«45» src=«ref-1_1471451776-157.coolpic» v:shapes="_x0000_i1255">
<img width=«44» height=«43» src=«ref-1_1471451933-176.coolpic» v:shapes="_x0000_i1256">
<img width=«87» height=«48» src=«ref-1_1471452109-291.coolpic» v:shapes="_x0000_i1257">
<img width=«55» height=«45» src=«ref-1_1471452400-220.coolpic» v:shapes="_x0000_i1258">
I
142,9
139,9
3,
7529
24770
II
142,9
137,31
5,59
6594
36863
III
142,9
136,06
6,85
6267
42934
IV
142,9
135.17
7.73
6081
47008
Прибли-жения и провероч-ный расчет
Стенка и ее загрязнения
Кипение раствора
<img width=«87» height=«53» src=«ref-1_1471452620-437.coolpic» v:shapes="_x0000_i1259">
<img width=«36» height=«40» src=«ref-1_1471453057-156.coolpic» v:shapes="_x0000_i1260">
<img width=«33» height=«45» src=«ref-1_1471453213-156.coolpic» v:shapes="_x0000_i1261">
<img width=«29» height=«45» src=«ref-1_1471453369-152.coolpic» v:shapes="_x0000_i1262">
<img width=«40» height=«43» src=«ref-1_1471453521-169.coolpic» v:shapes="_x0000_i1263">
<img width=«85» height=«48» src=«ref-1_1471453690-283.coolpic» v:shapes="_x0000_i1264">
<img width=«55» height=«45» src=«ref-1_1471453973-215.coolpic» v:shapes="_x0000_i1265">
I
1785
13,88
125,73
109,9
28,65
2532
72548
II
1785
20,65
116,66
109,9
19,58
3301
64628
III
1785
24,05
112,01
109,9
14,93
3654
54552
IV
1785
26.33
108.84
109,9
11.76
3881
45646
I. Первое приближение:
<img width=«305» height=«25» src=«ref-1_1471454188-494.coolpic» v:shapes="_x0000_i1266">;
<img width=«405» height=«41» src=«ref-1_1471454682-761.coolpic» v:shapes="_x0000_i1267">;
<img width=«341» height=«41» src=«ref-1_1471455443-654.coolpic» v:shapes="_x0000_i1268">;
<img width=«275» height=«41» src=«ref-1_1471456097-695.coolpic» v:shapes="_x0000_i1269">;
<img width=«352» height=«25» src=«ref-1_1471456792-552.coolpic» v:shapes="_x0000_i1270">;
<img width=«325» height=«24» src=«ref-1_1471457344-496.coolpic» v:shapes="_x0000_i1271">;
<img width=«361» height=«41» src=«ref-1_1471457840-732.coolpic» v:shapes="_x0000_i1272">;<img width=«335» height=«41» src=«ref-1_1471458572-665.coolpic» v:shapes="_x0000_i1273">.
В первом приближении:<img width=«120» height=«24» src=«ref-1_1471459237-245.coolpic» v:shapes="_x0000_i1274">.
II. Второе приближение.
Рассчитываем по первому приближению <img width=«23» height=«23» src=«ref-1_1471459482-108.coolpic» v:shapes="_x0000_i1275">:
<img width=«212» height=«88» src=«ref-1_1471459590-691.coolpic» v:shapes="_x0000_i1276">
<img width=«263» height=«61» src=«ref-1_1471460281-647.coolpic» v:shapes="_x0000_i1277">,
тогда
<img width=«249» height=«41» src=«ref-1_1471460928-519.coolpic» v:shapes="_x0000_i1278">.
Величину <img width=«60» height=«24» src=«ref-1_1471461447-169.coolpic» v:shapes="_x0000_i1279"> определяем, принимая <img width=«85» height=«24» src=«ref-1_1471461616-198.coolpic» v:shapes="_x0000_i1280"> при
<img width=«149» height=«41» src=«ref-1_1471461814-372.coolpic» v:shapes="_x0000_i1281">:
<img width=«248» height=«45» src=«ref-1_1471462186-563.coolpic» v:shapes="_x0000_i1282">.
Затем выполняем аналогичный расчет (см. строку IIв табл. 3.3).
Расхождение <img width=«32» height=«24» src=«ref-1_1471447874-118.coolpic» v:shapes="_x0000_i1283"> и <img width=«28» height=«24» src=«ref-1_1471462867-111.coolpic» v:shapes="_x0000_i1284"> по второму расчету:
<img width=«211» height=«41» src=«ref-1_1471462978-500.coolpic» v:shapes="_x0000_i1285">.
III. Третье приближение.
Рассчитываем по второму приближению <img width=«25» height=«23» src=«ref-1_1471463478-111.coolpic» v:shapes="_x0000_i1286">:
<img width=«264» height=«61» src=«ref-1_1471463589-661.coolpic» v:shapes="_x0000_i1287">,
тогда
<img width=«256» height=«41» src=«ref-1_1471464250-523.coolpic» v:shapes="_x0000_i1288">.
Величину <img width=«64» height=«24» src=«ref-1_1471464773-176.coolpic» v:shapes="_x0000_i1289"> определяем, принимая <img width=«92» height=«24» src=«ref-1_1471464949-206.coolpic» v:shapes="_x0000_i1290"> при <img width=«152» height=«41» src=«ref-1_1471465155-383.coolpic» v:shapes="_x0000_i1291">:
<img width=«253» height=«45» src=«ref-1_1471465538-576.coolpic» v:shapes="_x0000_i1292">.
Затем выполняем аналогичный расчет (см. строку IIIв табл. 3.3).
Расхождение <img width=«32» height=«24» src=«ref-1_1471447874-118.coolpic» v:shapes="_x0000_i1293"> и <img width=«28» height=«24» src=«ref-1_1471462867-111.coolpic» v:shapes="_x0000_i1294"> по третьему расчету: <img width=«212» height=«41» src=«ref-1_1471466343-496.coolpic» v:shapes="_x0000_i1295">.
По результатам расчетов второго и третьего приближения строим график <img width=«77» height=«24» src=«ref-1_1471466839-180.coolpic» v:shapes="_x0000_i1296">. Полагая что при малых изменениях температуры поверхностные плотности <img width=«32» height=«24» src=«ref-1_1471447874-118.coolpic» v:shapes="_x0000_i1297"> и <img width=«28» height=«24» src=«ref-1_1471462867-111.coolpic» v:shapes="_x0000_i1298"> линейно зависят от <img width=«28» height=«24» src=«ref-1_1471467248-110.coolpic» v:shapes="_x0000_i1299">, графически определяем <img width=«128» height=«25» src=«ref-1_1471467358-267.coolpic» v:shapes="_x0000_i1300"> Графическая зависимость <img width=«77» height=«24» src=«ref-1_1471466839-180.coolpic» v:shapes="_x0000_i1301">
IV. Проверочный расчет (см. табл. 3.3).
Расчеты аналогичны расчетам первого приближения.
Расхождение <img width=«32» height=«24» src=«ref-1_1471447874-118.coolpic» v:shapes="_x0000_i1302"> и <img width=«28» height=«24» src=«ref-1_1471462867-111.coolpic» v:shapes="_x0000_i1303">:
<img width=«224» height=«41» src=«ref-1_1471468034-515.coolpic» v:shapes="_x0000_i1304">
По данным последнего приближения определяем коэффициент теплопередачи:
<img width=«260» height=«61» src=«ref-1_1471468549-640.coolpic» v:shapes="_x0000_i1305">.
Площадь поверхности теплопередачи:
<img width=«251» height=«49» src=«ref-1_1471469189-625.coolpic» v:shapes="_x0000_i1306">.
По (Таблице 2.2 стр. 16) принимаем аппарат Тип 1, Исполнение 2, группа А (С выносной греющей камерой и кипением в трубах), с площадью поверхности теплопередачи 132 <img width=«23» height=«21» src=«ref-1_1471392441-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1307">(действительная), Трубы 38 х <metricconverter productid=«2 мм» w:st=«on»>2 мм, длинной Н = <metricconverter productid=«4000 мм» w:st=«on»>4000 мм, т.е. с запасом <img width=«169» height=«41» src=«ref-1_1471469918-431.coolpic» v:shapes="_x0000_i1308">.
3.5 Полный тепловой расчет подогревателя начального раствора
3.5.1 Ориентировочный расчет теплообменного аппарата для подогрева раствора <img width=«56» height=«25» src=«ref-1_1471470349-158.coolpic» v:shapes="_x0000_i1309"> перед подачей в выпарной аппарат
Таблица 3.4 — Основные данные для расчета подогревателя
Раствор хлорида аммония
Греющий пар
<img width=«13» height=«15» src=«ref-1_1471470507-84.coolpic» v:shapes="_x0000_i1310">, % масс.
<img width=«43» height=«25» src=«ref-1_1471470591-144.coolpic» v:shapes="_x0000_i1311">
<img width=«43» height=«24» src=«ref-1_1471470735-142.coolpic» v:shapes="_x0000_i1312">
<img width=«36» height=«24» src=«ref-1_1471470877-133.coolpic» v:shapes="_x0000_i1313">
<img width=«69» height=«33» src=«ref-1_1471471010-211.coolpic» v:shapes="_x0000_i1314">
12
23
92,0
142,9
4,03
продолжение
--PAGE_BREAK--
Значение усредненной по всей теплообменной поверхности разности температур рассчитывается по формуле:
<img width=«112» height=«71» src=«ref-1_1471471221-467.coolpic» v:shapes="_x0000_i1315">; (3.22)
при этом
<img width=«185» height=«25» src=«ref-1_1471471688-340.coolpic» v:shapes="_x0000_i1316">;
<img width=«172» height=«25» src=«ref-1_1471472028-320.coolpic» v:shapes="_x0000_i1317">.
Получаем
<img width=«197» height=«65» src=«ref-1_1471472348-652.coolpic» v:shapes="_x0000_i1318">.
Средняя температура раствора <img width=«55» height=«25» src=«ref-1_1471473000-156.coolpic» v:shapes="_x0000_i1319">:
<img width=«83» height=«25» src=«ref-1_1471473156-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1320">,
где <img width=«84» height=«24» src=«ref-1_1471473341-204.coolpic» v:shapes="_x0000_i1321"> — среднее арифметическое значение температуры теплоносителя, которое изменяется на меньшую величину (в данном случае температура конденсации греющего пара);
<img width=«172» height=«24» src=«ref-1_1471473545-315.coolpic» v:shapes="_x0000_i1322">.
Расход раствора <img width=«51» height=«23» src=«ref-1_1471473860-156.coolpic» v:shapes="_x0000_i1323">:
<img width=«131» height=«41» src=«ref-1_1471474016-292.coolpic» v:shapes="_x0000_i1324">.
Расход теплоты на нагрев раствора:
<img width=«125» height=«24» src=«ref-1_1471474308-242.coolpic» v:shapes="_x0000_i1325">, (3.23)
где <img width=«17» height=«23» src=«ref-1_1471474550-94.coolpic» v:shapes="_x0000_i1326"> — удельная теплоемкость раствора, рассчитанная по формуле 2.11, при <img width=«37» height=«23» src=«ref-1_1471474644-118.coolpic» v:shapes="_x0000_i1327"> и <img width=«56» height=«21» src=«ref-1_1471474762-146.coolpic» v:shapes="_x0000_i1328">% масс.
По формуле 3.12 удельная теплоемкость воды при <img width=«37» height=«23» src=«ref-1_1471474644-118.coolpic» v:shapes="_x0000_i1329"> равна:
<img width=«320» height=«41» src=«ref-1_1471475026-675.coolpic» v:shapes="_x0000_i1330">.
Тогда по формуле 3.11 получаем:
<img width=«552» height=«37» src=«ref-1_1471475701-984.coolpic» v:shapes="_x0000_i1331">
Расход теплоты на нагрев раствора по формуле 3.23 равен:
<img width=«253» height=«21» src=«ref-1_1471476685-407.coolpic» v:shapes="_x0000_i1332">.
Расход греющего пара:
<img width=«273» height=«48» src=«ref-1_1471477092-620.coolpic» v:shapes="_x0000_i1333">
Принимая по (/1/, табл. 4.8 стр. 172) ориентировочный коэффициент теплопередачи <img width=«104» height=«41» src=«ref-1_1471477712-290.coolpic» v:shapes="_x0000_i1334">, (аппарат со свободной циркуляцией, передача тепла от конденсирующегося пара к воде), рассчитываем ориентировочную поверхность теплопередачи:
<img width=«253» height=«49» src=«ref-1_1471478002-617.coolpic» v:shapes="_x0000_i1335">.
Проходное сечение <img width=«21» height=«24» src=«ref-1_1471478619-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1336"> трубного пространства рассчитываем по формуле:
<img width=«89» height=«45» src=«ref-1_1471478725-286.coolpic» v:shapes="_x0000_i1337"> , (3.24)
где <img width=«79» height=«24» src=«ref-1_1471479011-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1338"> — внутренний диаметр труб; <img width=«20» height=«23» src=«ref-1_1471479196-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1339"> — динамический коэффициент вязкости начального раствора при средней температуре <img width=«79» height=«24» src=«ref-1_1471479296-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1340">; Re– критерий Рейнольдса.
По формуле 3.21 при <img width=«79» height=«24» src=«ref-1_1471479296-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1341"> для воды получаем:
<img width=«348» height=«25» src=«ref-1_1471479684-556.coolpic» v:shapes="_x0000_i1342">,
а по формуле 3.20 для раствора находим:
<img width=«515» height=«22» src=«ref-1_1471480240-762.coolpic» v:shapes="_x0000_i1343">,
<img width=«200» height=«24» src=«ref-1_1471481002-338.coolpic» v:shapes="_x0000_i1344">
Для обеспечения интенсивного теплообмена подбираем аппарат с турбулентным режимом течения теплоносителей. Раствор направляется в трубное пространство, греющий пар – в межтрубное.
Максимальное проходное сечение <img width=«39» height=«24» src=«ref-1_1471481340-130.coolpic» v:shapes="_x0000_i1345">считаем при критерии Рейнольдса <img width=«60» height=«21» src=«ref-1_1471481470-155.coolpic» v:shapes="_x0000_i1346">:
<img width=«252» height=«44» src=«ref-1_1471481625-572.coolpic» v:shapes="_x0000_i1347">,
минимальное – при <img width=«76» height=«21» src=«ref-1_1471482197-170.coolpic» v:shapes="_x0000_i1348">:
<img width=«268» height=«44» src=«ref-1_1471482367-597.coolpic» v:shapes="_x0000_i1349">.
По полученному оценочному значению поверхности теплопередачи <img width=«24» height=«25» src=«ref-1_1471482964-115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1350">с учетом <img width=«39» height=«24» src=«ref-1_1471481340-130.coolpic» v:shapes="_x0000_i1351"> и <img width=«37» height=«24» src=«ref-1_1471483209-132.coolpic» v:shapes="_x0000_i1352">, в качестве подогревателя, мы выбираем по (/3/ табл. 1.2 стр. 6) 2-у ходовый теплообменник, с внутренним диаметром кожуха <img width=«80» height=«19» src=«ref-1_1471483341-175.coolpic» v:shapes="_x0000_i1353">, числом труб <img width=«45» height=«19» src=«ref-1_1471483516-132.coolpic» v:shapes="_x0000_i1354">, поверхностью теплообмена <img width=«79» height=«21» src=«ref-1_1471483648-176.coolpic» v:shapes="_x0000_i1355">, длиной труб <img width=«47» height=«19» src=«ref-1_1471483824-131.coolpic» v:shapes="_x0000_i1356">, проходным сечением <img width=«104» height=«25» src=«ref-1_1471483955-220.coolpic» v:shapes="_x0000_i1357"> и числом рядов труб <img width=«52» height=«25» src=«ref-1_1471484175-149.coolpic» v:shapes="_x0000_i1358">, расположенных в шахматном порядке.
3.5.2 Подробный расчет теплообменного аппарата
3.5.2.1 Теплоотдача в трубах
Находим, что теплоотдача для раствора <img width=«32» height=«19» src=«ref-1_1471484324-117.coolpic» v:shapes="_x0000_i1359"> описывается уравнением:
<img width=«224» height=«53» src=«ref-1_1471484441-582.coolpic» v:shapes="_x0000_i1360">, (3.25)
где <img width=«25» height=«17» src=«ref-1_1471485023-107.coolpic» v:shapes="_x0000_i1361"> — критерий Нуссельта; <img width=«16» height=«24» src=«ref-1_1471485130-92.coolpic» v:shapes="_x0000_i1362"> — поправочный коэффициент; Re– критерий Рейнольдса; Pr– критерий Прандтля; <img width=«31» height=«24» src=«ref-1_1471485222-121.coolpic» v:shapes="_x0000_i1363"> — критерий Прандтля при температуре стенки трубы.
Коэффициент <img width=«16» height=«24» src=«ref-1_1471485130-92.coolpic» v:shapes="_x0000_i1364"> примем равным 1, полагая, что <img width=«72» height=«24» src=«ref-1_1471485435-173.coolpic» v:shapes="_x0000_i1365"> (/1/, табл. 4.3, стр. 153), где <img width=«15» height=«16» src=«ref-1_1471485608-88.coolpic» v:shapes="_x0000_i1366"> — длина труб, <img width=«19» height=«24» src=«ref-1_1471485696-101.coolpic» v:shapes="_x0000_i1367"> — эквивалентный диаметр. Критерий Рейнольдса рассчитываем по формуле:
<img width=«97» height=«44» src=«ref-1_1471485797-259.coolpic» v:shapes="_x0000_i1368">, (3.26)
где <img width=«16» height=«15» src=«ref-1_1471486056-88.coolpic» v:shapes="_x0000_i1369"> — средняя скорость потока, <img width=«16» height=«17» src=«ref-1_1471486144-92.coolpic» v:shapes="_x0000_i1370"> и <img width=«16» height=«17» src=«ref-1_1471436929-92.coolpic» v:shapes="_x0000_i1371"> — соответственно плотность раствора и динамический коэффициент вязкости, при средней температуре <img width=«79» height=«24» src=«ref-1_1471479296-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1372">.
По формуле 3.7 плотность раствора при <img width=«79» height=«24» src=«ref-1_1471479296-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1373"> и <img width=«57» height=«19» src=«ref-1_1471486716-141.coolpic» v:shapes="_x0000_i1374">% масс. равняется:
<img width=«331» height=«41» src=«ref-1_1471486857-605.coolpic» v:shapes="_x0000_i1375">,
<img width=«553» height=«27» src=«ref-1_1471487462-827.coolpic» v:shapes="_x0000_i1376"><img width=«141» height=«41» src=«ref-1_1471488289-320.coolpic» v:shapes="_x0000_i1377">.
Среднюю скорость потока определяем по формуле:
<img width=«261» height=«48» src=«ref-1_1471488609-581.coolpic» v:shapes="_x0000_i1378">
Учитывая, что для труб круглого сечения диаметр труб и эквивалентный диаметр совпадают, то для труб <img width=«65» height=«19» src=«ref-1_1471489190-161.coolpic» v:shapes="_x0000_i1379">получаем:
<img width=«232» height=«44» src=«ref-1_1471489351-540.coolpic» v:shapes="_x0000_i1380">.
Критерий Прандтля находим по формуле:
<img width=«68» height=«41» src=«ref-1_1471489891-193.coolpic» v:shapes="_x0000_i1381">, (3.27)
где <img width=«12» height=«15» src=«ref-1_1471490084-81.coolpic» v:shapes="_x0000_i1382"> — удельная теплоемкость, <img width=«44» height=«41» src=«ref-1_1471490165-192.coolpic» v:shapes="_x0000_i1383">; <img width=«15» height=«19» src=«ref-1_1471490357-90.coolpic» v:shapes="_x0000_i1384"> — коэффициент теплопроводности, <img width=«41» height=«41» src=«ref-1_1471490447-182.coolpic» v:shapes="_x0000_i1385">; <img width=«16» height=«17» src=«ref-1_1471436929-92.coolpic» v:shapes="_x0000_i1386"> — динамический коэффициент вязкости, <img width=«43» height=«17» src=«ref-1_1471437021-126.coolpic» v:shapes="_x0000_i1387">.
Коэффициент теплопроводности при <img width=«79» height=«24» src=«ref-1_1471490847-195.coolpic» v:shapes="_x0000_i1388"> и <img width=«57» height=«19» src=«ref-1_1471486716-141.coolpic» v:shapes="_x0000_i1389">% масс. по формуле 3.15 равняется:
<img width=«445» height=«25» src=«ref-1_1471491183-709.coolpic» v:shapes="_x0000_i1390">,
<img width=«321» height=«21» src=«ref-1_1471491892-509.coolpic» v:shapes="_x0000_i1391">.
Таким образом, критерий Prпри <img width=«41» height=«23» src=«ref-1_1471492401-118.coolpic» v:shapes="_x0000_i1392"> и <img width=«48» height=«23» src=«ref-1_1471492519-133.coolpic» v:shapes="_x0000_i1393"> равняется:
<img width=«188» height=«47» src=«ref-1_1471492652-440.coolpic» v:shapes="_x0000_i1394">
Коэффициент теплоотдачи от раствора к стенке:
<img width=«69» height=«45» src=«ref-1_1471493092-233.coolpic» v:shapes="_x0000_i1395">.
С учетом формулы 3.25 получаем:
<img width=«241» height=«53» src=«ref-1_1471493325-627.coolpic» v:shapes="_x0000_i1396">, (3.28)
<img width=«440» height=«53» src=«ref-1_1471493952-1080.coolpic» v:shapes="_x0000_i1397">.
3.5.2.2 Теплоотдача при пленочной конденсации водяного пара
Для водяного пара в случае конденсации на пучке горизонтальных труб осредненный по всему пучку коэффициент теплопередачи <img width=«19» height=«23» src=«ref-1_1471495032-99.coolpic» v:shapes="_x0000_i1398"> можно рассчитать по формуле:
<img width=«132» height=«44» src=«ref-1_1471495131-362.coolpic» v:shapes="_x0000_i1399">, (3.29)
где <img width=«13» height=«15» src=«ref-1_1471495493-85.coolpic» v:shapes="_x0000_i1400"> — поправочный множитель, учитывающий влияние числа труб по вертикали; <img width=«15» height=«19» src=«ref-1_1471495578-90.coolpic» v:shapes="_x0000_i1401"> — наружный диаметр труб; <img width=«19» height=«24» src=«ref-1_1471495668-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1402">=7430 (взято из /1/, табл.4.6, стр. 162 при температуре конденсации греющего пара); <img width=«20» height=«19» src=«ref-1_1471495771-99.coolpic» v:shapes="_x0000_i1403"> — разность средней температуры конденсации греющего пара <img width=«13» height=«23» src=«ref-1_1471402599-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1404"> и температуры стенки со стороны греющего пара <img width=«25» height=«24» src=«ref-1_1471495961-109.coolpic» v:shapes="_x0000_i1405">:
<img width=«81» height=«24» src=«ref-1_1471496070-177.coolpic» v:shapes="_x0000_i1406">.
Поправочный множитель <img width=«13» height=«15» src=«ref-1_1471495493-85.coolpic» v:shapes="_x0000_i1407"> находим по (/1/, рис. 4.7, стр. 162) для шахматного расположения труби при числе рядов труб по вертикали <img width=«52» height=«24» src=«ref-1_1471496332-143.coolpic» v:shapes="_x0000_i1408">:
<img width=«57» height=«20» src=«ref-1_1471496475-150.coolpic» v:shapes="_x0000_i1409">.
Имеем:
<img width=«279» height=«44» src=«ref-1_1471496625-650.coolpic» v:shapes="_x0000_i1410">.
3.5.2.3 Расчет коэффициента теплопередачи
I. Первое приближение.
Принимаем в первом приближении <img width=«59» height=«21» src=«ref-1_1471497275-155.coolpic» v:shapes="_x0000_i1411">. Тогда температура стенки со стороны греющего пара равняется:
<img width=«227» height=«25» src=«ref-1_1471497430-376.coolpic» v:shapes="_x0000_i1412">.
Тогда по формуле (3.29) получаем:
<img width=«231» height=«41» src=«ref-1_1471497806-501.coolpic» v:shapes="_x0000_i1413">.
При этом удельный тепловой поток от пара к стенке равен:
<img width=«232» height=«41» src=«ref-1_1471498307-485.coolpic» v:shapes="_x0000_i1414">.
Сумма термических сопротивлений равна:
<img width=«167» height=«29» src=«ref-1_1471498792-408.coolpic» v:shapes="_x0000_i1415">,
где <img width=«91» height=«25» src=«ref-1_1471499200-196.coolpic» v:shapes="_x0000_i1416">— соответственно термические сопротивления загрязнений со стороны греющего пара, стенки и со стороны раствора.
По (/1/, табл. XXXI, стр. 531) находим:
<img width=«131» height=«47» src=«ref-1_1471499396-357.coolpic» v:shapes="_x0000_i1417">,
<img width=«264» height=«44» src=«ref-1_1471499753-541.coolpic» v:shapes="_x0000_i1418">.
Для стенки:
<img width=«52» height=«41» src=«ref-1_1471500294-177.coolpic» v:shapes="_x0000_i1419">,
где <img width=«88» height=«21» src=«ref-1_1471500471-182.coolpic» v:shapes="_x0000_i1420">— толщина стенки, <img width=«109» height=«41» src=«ref-1_1471500653-293.coolpic» v:shapes="_x0000_i1421">— коэффициент теплопроводности стали (/1/, табл. XXVIII, стр. 529).
<img width=«221» height=«47» src=«ref-1_1471500946-514.coolpic» v:shapes="_x0000_i1422">,
<img width=«436» height=«41» src=«ref-1_1471501460-885.coolpic» v:shapes="_x0000_i1423">.
Поскольку удельный тепловой поток от пара к стенке <img width=«17» height=«24» src=«ref-1_1471502345-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1424"> равен удельному тепловому потоку через стенку <img width=«24» height=«25» src=«ref-1_1471502451-119.coolpic» v:shapes="_x0000_i1425">, то можно получить:
<img width=«149» height=«49» src=«ref-1_1471502570-512.coolpic» v:shapes="_x0000_i1426">,
при этом <img width=«27» height=«25» src=«ref-1_1471503082-121.coolpic» v:shapes="_x0000_i1427"> — температура стенки со стороны раствора равна:
<img width=«143» height=«27» src=«ref-1_1471503203-386.coolpic» v:shapes="_x0000_i1428">,
<img width=«280» height=«25» src=«ref-1_1471503589-469.coolpic» v:shapes="_x0000_i1429">.
При температуре <img width=«27» height=«25» src=«ref-1_1471503082-121.coolpic» v:shapes="_x0000_i1430"> удельная теплоемкость, динамический коэффициент вязкости и коэффициент теплопроводности, вычисленные, соответственно, по формулам 3.11, 3.15, 3.20 равны:
<img width=«329» height=«41» src=«ref-1_1471504179-696.coolpic» v:shapes="_x0000_i1431">,
<img width=«545» height=«37» src=«ref-1_1471504875-976.coolpic» v:shapes="_x0000_i1432"><img width=«455» height=«25» src=«ref-1_1471505851-717.coolpic» v:shapes="_x0000_i1433">,
<img width=«319» height=«23» src=«ref-1_1471506568-516.coolpic» v:shapes="_x0000_i1434">;
<img width=«363» height=«25» src=«ref-1_1471507084-578.coolpic» v:shapes="_x0000_i1435">,
<img width=«532» height=«22» src=«ref-1_1471507662-781.coolpic» v:shapes="_x0000_i1436"><img width=«208» height=«24» src=«ref-1_1471508443-351.coolpic» v:shapes="_x0000_i1437">.
Подставляя найденные значения в формулу 3.27, получаем значение критерия Прандтля при температуре стенки:
<img width=«213» height=«47» src=«ref-1_1471508794-494.coolpic» v:shapes="_x0000_i1438">.
По формуле 3.28 находим в коэффициент теплоотдачи от раствора к стенке:
<img width=«228» height=«46» src=«ref-1_1471509288-691.coolpic» v:shapes="_x0000_i1439">.
Тогда удельный тепловой поток от стенки к раствору равняется:
<img width=«124» height=«25» src=«ref-1_1471509979-253.coolpic» v:shapes="_x0000_i1440">,
где <img width=«15» height=«23» src=«ref-1_1471510232-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1441"> — вычисленная ранее средняя температура раствора.
<img width=«267» height=«41» src=«ref-1_1471510323-563.coolpic» v:shapes="_x0000_i1442">.
Расхождение между <img width=«17» height=«24» src=«ref-1_1471502345-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1443"> и <img width=«19» height=«24» src=«ref-1_1471510992-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1444"> в первом приближении составляет
<img width=«232» height=«41» src=«ref-1_1471511098-531.coolpic» v:shapes="_x0000_i1445">.
Составляем таблицу 3.4, в которую заносим результаты первого и второго приближений, а также проверочный расчет.
Таблица 3.5
Прибли-жения и провероч-ный расчет
Конденсация греющего пара
<img width=«21» height=«45» src=«ref-1_1471511629-133.coolpic» v:shapes="_x0000_i1446">
<img width=«33» height=«45» src=«ref-1_1471451776-157.coolpic» v:shapes="_x0000_i1447">
<img width=«29» height=«45» src=«ref-1_1471511919-149.coolpic» v:shapes="_x0000_i1448">
<img width=«87» height=«48» src=«ref-1_1471512068-279.coolpic» v:shapes="_x0000_i1449">
<img width=«55» height=«45» src=«ref-1_1471512347-206.coolpic» v:shapes="_x0000_i1450">
I
142,9
137.9
5,0
10485
52428
II
142,9
131,4
11,5
8514
97913
III
142,9
132.6
9,1
9027
82148
Прибли-жения и провероч-ный расчет
Стенка и ее загрязнения
Нагревание раствора
<img width=«89» height=«53» src=«ref-1_1471512553-413.coolpic» v:shapes="_x0000_i1451">
<img width=«33» height=«45» src=«ref-1_1471453213-156.coolpic» v:shapes="_x0000_i1452">
<img width=«31» height=«24» src=«ref-1_1471485222-121.coolpic» v:shapes="_x0000_i1453">
<img width=«85» height=«48» src=«ref-1_1471513243-274.coolpic» v:shapes="_x0000_i1454">
<img width=«55» height=«45» src=«ref-1_1471513517-206.coolpic» v:shapes="_x0000_i1455">
I
<img width=«73» height=«23» src=«ref-1_1471513723-188.coolpic» v:shapes="_x0000_i1456">
118,73
1,642
2181
116899
II
<img width=«73» height=«23» src=«ref-1_1471513723-188.coolpic» v:shapes="_x0000_i1457">
98,2
1,804
2130
75402
III
<img width=«73» height=«23» src=«ref-1_1471513723-188.coolpic» v:shapes="_x0000_i1458">
100,08
1,783
2137
83642
продолжение
--PAGE_BREAK--
II. Второе приближение.
Принимаем <img width=«80» height=«23» src=«ref-1_1471514287-189.coolpic» v:shapes="_x0000_i1459">. Результаты — табл 3.5 строка II.
Расхождение по второму приближению: <img width=«211» height=«41» src=«ref-1_1471514476-491.coolpic» v:shapes="_x0000_i1460">.
По результатам расчетов первого и второго приближения строим график <img width=«77» height=«24» src=«ref-1_1471466839-180.coolpic» v:shapes="_x0000_i1461">. Полагая что при малых изменениях температуры, поверхностные плотности <img width=«17» height=«23» src=«ref-1_1471515147-96.coolpic» v:shapes="_x0000_i1462"> и <img width=«19» height=«23» src=«ref-1_1471515243-97.coolpic» v:shapes="_x0000_i1463"> линейно зависят от <img width=«28» height=«24» src=«ref-1_1471467248-110.coolpic» v:shapes="_x0000_i1464">, графически определяем <img width=«97» height=«25» src=«ref-1_1471515450-220.coolpic» v:shapes="_x0000_i1465"> (рис. 3.3, точка А). Графическая зависимость <img width=«77» height=«24» src=«ref-1_1471466839-180.coolpic» v:shapes="_x0000_i1466">
III. Проверочный расчет.
Расчеты аналогичны расчетам первого приближения (см. табл. 3.4, строку III).
Расхождение <img width=«17» height=«23» src=«ref-1_1471515147-96.coolpic» v:shapes="_x0000_i1467"> и <img width=«19» height=«23» src=«ref-1_1471515243-97.coolpic» v:shapes="_x0000_i1468">:
<img width=«219» height=«41» src=«ref-1_1471516043-518.coolpic» v:shapes="_x0000_i1469">
Коэффициент теплопередачи равен:
<img width=«427» height=«65» src=«ref-1_1471516561-1054.coolpic» v:shapes="_x0000_i1470">.
Поверхность теплообмена:
<img width=«228» height=«49» src=«ref-1_1471517615-566.coolpic» v:shapes="_x0000_i1471">
Так как <img width=«51» height=«23» src=«ref-1_1471518181-141.coolpic» v:shapes="_x0000_i1472">, то истинную поверхность теплообменника рассчитывают по формуле:
<img width=«84» height=«24» src=«ref-1_1471518322-197.coolpic» v:shapes="_x0000_i1473">,
где <img width=«23» height=«24» src=«ref-1_1471518519-112.coolpic» v:shapes="_x0000_i1474"> — внутренний диаметр труб, <img width=«13» height=«15» src=«ref-1_1471518631-84.coolpic» v:shapes="_x0000_i1475"> — число труб, <img width=«15» height=«16» src=«ref-1_1471485608-88.coolpic» v:shapes="_x0000_i1476"> — длина труб.
<img width=«235» height=«24» src=«ref-1_1471518803-395.coolpic» v:shapes="_x0000_i1477">.
Запас поверхности:
<img width=«240» height=«41» src=«ref-1_1471519198-518.coolpic» v:shapes="_x0000_i1478">.
3.5.3 Выбор типа аппарата
Поверхностная плотность теплового потока:
<img width=«233» height=«41» src=«ref-1_1471519716-487.coolpic» v:shapes="_x0000_i1479">,
Определение температуры внутренней поверхности труб <img width=«24» height=«24» src=«ref-1_1471520203-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1480">:
<img width=«92» height=«47» src=«ref-1_1471520309-268.coolpic» v:shapes="_x0000_i1481">;
<img width=«383» height=«27» src=«ref-1_1471520577-599.coolpic» v:shapes="_x0000_i1482">.
Определение температуры наружной поверхности труб:
<img width=«93» height=«47» src=«ref-1_1471521176-270.coolpic» v:shapes="_x0000_i1483">;
<img width=«392» height=«27» src=«ref-1_1471521446-621.coolpic» v:shapes="_x0000_i1484">.
Средняя температура стенок труб:
<img width=«244» height=«25» src=«ref-1_1471522067-420.coolpic» v:shapes="_x0000_i1485">.
Средняя разность:
<img width=«236» height=«25» src=«ref-1_1471522487-394.coolpic» v:shapes="_x0000_i1486">.
Величина <img width=«56» height=«24» src=«ref-1_1471522881-152.coolpic» v:shapes="_x0000_i1487"> меньше 40 К (/1/, табл. 35, стр. 534), поэтому (/1/, стр. 213) принимаем кожухотрубчатый горизонтальный теплообменник с неподвижными трубными решетками типа ТН.
3.6 Расчет барометрического конденсатора
Расход охлаждающей воды <img width=«21» height=«24» src=«ref-1_1471523033-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1488"> определяют из теплового баланса конденсатора:
<img width=«140» height=«45» src=«ref-1_1471523137-389.coolpic» v:shapes="_x0000_i1489">,
где <img width=«28» height=«24» src=«ref-1_1471523526-111.coolpic» v:shapes="_x0000_i1490"> — энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг; <img width=«24» height=«24» src=«ref-1_1471418087-107.coolpic» v:shapes="_x0000_i1491"> — начальная температура охлаждающей воды, <img width=«21» height=«21» src=«ref-1_1471392071-105.coolpic» v:shapes="_x0000_i1492">; <img width=«24» height=«24» src=«ref-1_1471403869-108.coolpic» v:shapes="_x0000_i1493"> — конечная температура смеси воды и конденсата, <img width=«21» height=«21» src=«ref-1_1471392071-105.coolpic» v:shapes="_x0000_i1494">; <img width=«19» height=«17» src=«ref-1_1471524062-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1495"> — расход вторичного пара (см. табл. 1), кг/с; <img width=«17» height=«24» src=«ref-1_1471421002-94.coolpic» v:shapes="_x0000_i1496"> — теплоемкость воды, <img width=«88» height=«23» src=«ref-1_1471524256-213.coolpic» v:shapes="_x0000_i1497">.
По (/1/, табл. LVI, стр. 548) находим, что при <img width=«77» height=«25» src=«ref-1_1471524469-195.coolpic» v:shapes="_x0000_i1498">, <img width=«141» height=«41» src=«ref-1_1471524664-341.coolpic» v:shapes="_x0000_i1499">. По заданию <img width=«75» height=«25» src=«ref-1_1471525005-189.coolpic» v:shapes="_x0000_i1500">. Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3-5 К, поэтому принимаем <img width=«87» height=«25» src=«ref-1_1471525194-208.coolpic» v:shapes="_x0000_i1501">. Теплоемкость воды принимаем равной <img width=«109» height=«41» src=«ref-1_1471525402-303.coolpic» v:shapes="_x0000_i1502">.
<img width=«289» height=«47» src=«ref-1_1471525705-706.coolpic» v:shapes="_x0000_i1503">.
По расходу вторичного пара по (/3/, табл. 3.3, стр. 17) выбираем барометрический конденсатор смешения, диаметром <img width=«101» height=«24» src=«ref-1_1471526411-217.coolpic» v:shapes="_x0000_i1504">, с диаметрои труб<img width=«91» height=«25» src=«ref-1_1471526628-212.coolpic» v:shapes="_x0000_i1505">.
Высота трубы:
<img width=«175» height=«25» src=«ref-1_1471526840-311.coolpic» v:shapes="_x0000_i1506">, (3.30)
где <img width=«32» height=«24» src=«ref-1_1471527151-124.coolpic» v:shapes="_x0000_i1507"> — высота водяного столба, соответствующая вакууму разряжения в конденсаторе и необходимая для уравновешивания атмосферного давления, м; <img width=«37» height=«25» src=«ref-1_1471527275-134.coolpic» v:shapes="_x0000_i1508">— высота, отвечаемая напору, затрачиваемому на преодоление гидравлических сопротивлений в трубе и создания скоростного напора в барометрической трубе; 0,5 – запас высоты на возможное изменения барометрического давления, м.
<img width=«228» height=«47» src=«ref-1_1471527409-530.coolpic» v:shapes="_x0000_i1509">;
<img width=«201» height=«53» src=«ref-1_1471527939-678.coolpic» v:shapes="_x0000_i1510">,
<img width=«33» height=«27» src=«ref-1_1471528617-213.coolpic» v:shapes="_x0000_i1511">— сумма коэффициентов местных сопротивлений; <img width=«15» height=«19» src=«ref-1_1471490357-90.coolpic» v:shapes="_x0000_i1512">— коэффициент трения.
Принимаем <img width=«67» height=«27» src=«ref-1_1471528920-260.coolpic» v:shapes="_x0000_i1513"> (/4/, стр. 365).
Находим критерий Рейнольдса:
<img width=«96» height=«48» src=«ref-1_1471529180-280.coolpic» v:shapes="_x0000_i1514">,
где <img width=«20» height=«24» src=«ref-1_1471529460-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1515">— динамический коэффициент вязкости воды, при температуре <img width=«87» height=«25» src=«ref-1_1471525194-208.coolpic» v:shapes="_x0000_i1516">, <img width=«43» height=«17» src=«ref-1_1471437021-126.coolpic» v:shapes="_x0000_i1517">
По формуле 3.21 получаем:
<img width=«351» height=«25» src=«ref-1_1471529894-564.coolpic» v:shapes="_x0000_i1518">.
Принимаем скорость смеси воды и парового конденсата <img width=«16» height=«15» src=«ref-1_1471486056-88.coolpic» v:shapes="_x0000_i1519"> в пределах 0,5-1,0 м/с, <img width=«81» height=«21» src=«ref-1_1471530546-179.coolpic» v:shapes="_x0000_i1520">
<img width=«188» height=«44» src=«ref-1_1471530725-474.coolpic» v:shapes="_x0000_i1521">.
По (/1/, табл. XII, стр. 519) принимаем среднее значение шероховатости стенки трубы <img width=«79» height=«20» src=«ref-1_1471531199-182.coolpic» v:shapes="_x0000_i1522">, тогда отношение <img width=«179» height=«25» src=«ref-1_1471531381-338.coolpic» v:shapes="_x0000_i1523">.
По (/1/, рис. 1.5, стр. 22) находим, что при таких Reи <img width=«44» height=«25» src=«ref-1_1471531719-145.coolpic» v:shapes="_x0000_i1524"> коэффициент трения равняется <img width=«67» height=«20» src=«ref-1_1471531864-164.coolpic» v:shapes="_x0000_i1525">.
Подставляя найденные значения в формулу 3.30 получаем:
<img width=«319» height=«51» src=«ref-1_1471532028-780.coolpic» v:shapes="_x0000_i1526">,
откуда
<img width=«45» height=«25» src=«ref-1_1471532808-137.coolpic» v:shapes="_x0000_i1527">7,585м.
Выбираем барометрический конденсатор диаметром <img width=«101» height=«24» src=«ref-1_1471526411-217.coolpic» v:shapes="_x0000_i1528">, 2-у ходовый, с высотой труб <img width=«45» height=«25» src=«ref-1_1471532808-137.coolpic» v:shapes="_x0000_i1529">7,585м.
3.7 Расчет производительности вакуум – насоса
Производительность вакуум-насоса <img width=«33» height=«24» src=«ref-1_1471533299-129.coolpic» v:shapes="_x0000_i1530"> определяется количеством газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора:
<img width=«220» height=«25» src=«ref-1_1471533428-408.coolpic» v:shapes="_x0000_i1531">,
где <img width=«59» height=«23» src=«ref-1_1471533836-156.coolpic» v:shapes="_x0000_i1532"> — количество газа. Выделяющегося из <metricconverter productid=«1 кг» w:st=«on»>1 кг воды; 0,01- количество газа, подсасываемого в конденсатор через неплотности, на <metricconverter productid=«1 кг» w:st=«on»>1 кг паров. Тогда
<img width=«377» height=«41» src=«ref-1_1471533992-651.coolpic» v:shapes="_x0000_i1533">.
Объемная производительность вакуум-насоса равна:
<img width=«167» height=«45» src=«ref-1_1471534643-464.coolpic» v:shapes="_x0000_i1534">,
где <img width=«16» height=«16» src=«ref-1_1471535107-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1535"> — универсальная газовая постоянная R= 8,314 <img width=«113» height=«21» src=«ref-1_1471535198-242.coolpic» v:shapes="_x0000_i1536">; <img width=«39» height=«24» src=«ref-1_1471535440-136.coolpic» v:shapes="_x0000_i1537"> — молекулярная масса воздуха M= 29 кг/кмоль; <img width=«27» height=«24» src=«ref-1_1471535576-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1538"> — температура воздуха, <img width=«21» height=«21» src=«ref-1_1471392071-105.coolpic» v:shapes="_x0000_i1539">; <img width=«31» height=«24» src=«ref-1_1471535795-123.coolpic» v:shapes="_x0000_i1540"> — парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.
Температуру воздуха рассчитывают по уравнению:
<img width=«407» height=«25» src=«ref-1_1471535918-620.coolpic» v:shapes="_x0000_i1541">.
Давление воздуха равно:
<img width=«96» height=«24» src=«ref-1_1471536538-202.coolpic» v:shapes="_x0000_i1542">,
где <img width=«19» height=«24» src=«ref-1_1471536740-99.coolpic» v:shapes="_x0000_i1543">— давление сухого насыщенного пара (Па) при <img width=«92» height=«25» src=«ref-1_1471536839-214.coolpic» v:shapes="_x0000_i1544">.
По (/1/, табл. LVI, стр. 548) <img width=«103» height=«41» src=«ref-1_1471537053-277.coolpic» v:shapes="_x0000_i1545">. Подставив, получим:
<img width=«312» height=«41» src=«ref-1_1471537330-586.coolpic» v:shapes="_x0000_i1546">;
<img width=«441» height=«47» src=«ref-1_1471537916-920.coolpic» v:shapes="_x0000_i1547">.
Зная объемную производительность <img width=«31» height=«24» src=«ref-1_1471538836-122.coolpic» v:shapes="_x0000_i1548"> и остаточное давление <img width=«20» height=«24» src=«ref-1_1471417162-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1549"> по (/3/, табл. 2.5, стр. 19) выбираем вакуум-насос типа ВВН1-3 мощностью на валу 4,95 кВт.
3.8 Приближенный расчет холодильника
Таблица 3.6
Основные данные для расчета холодильника
Раствор хлорида аммония
Вода
<img width=«13» height=«15» src=«ref-1_1471470507-84.coolpic» v:shapes="_x0000_i1550">, % масс.
<img width=«43» height=«25» src=«ref-1_1471470591-144.coolpic» v:shapes="_x0000_i1551">
<img width=«43» height=«24» src=«ref-1_1471470735-142.coolpic» v:shapes="_x0000_i1552">
<img width=«41» height=«25» src=«ref-1_1471539428-142.coolpic» v:shapes="_x0000_i1553">
<img width=«41» height=«24» src=«ref-1_1471539570-140.coolpic» v:shapes="_x0000_i1554">
25
93,55
35,0
18,0
30,0
Значение усредненной по всей теплообменной поверхности разности температур рассчитывается по формуле:
<img width=«169» height=«71» src=«ref-1_1471539710-594.coolpic» v:shapes="_x0000_i1555">;
при этом
<img width=«105» height=«27» src=«ref-1_1471540304-229.coolpic» v:shapes="_x0000_i1556">,
где
<img width=«255» height=«25» src=«ref-1_1471540533-407.coolpic» v:shapes="_x0000_i1557">;
<img width=«225» height=«25» src=«ref-1_1471540940-378.coolpic» v:shapes="_x0000_i1558">;
<img width=«192» height=«25» src=«ref-1_1471541318-348.coolpic» v:shapes="_x0000_i1559">;
<img width=«151» height=«25» src=«ref-1_1471541666-283.coolpic» v:shapes="_x0000_i1560">;
<img width=«196» height=«27» src=«ref-1_1471541949-365.coolpic» v:shapes="_x0000_i1561">.
Получаем
<img width=«281» height=«68» src=«ref-1_1471542314-867.coolpic» v:shapes="_x0000_i1562">.
Средняя температура раствора:
<img width=«83» height=«25» src=«ref-1_1471543181-193.coolpic» v:shapes="_x0000_i1563">,
где
<img width=«207» height=«41» src=«ref-1_1471543374-435.coolpic» v:shapes="_x0000_i1564">;
<img width=«171» height=«24» src=«ref-1_1471543809-313.coolpic» v:shapes="_x0000_i1565">.
Расход раствора:
<img width=«123» height=«41» src=«ref-1_1471544122-274.coolpic» v:shapes="_x0000_i1566">.
Количество теплоты, которое необходимо забрать у раствора:
<img width=«125» height=«24» src=«ref-1_1471474308-242.coolpic» v:shapes="_x0000_i1567">,
где <img width=«17» height=«23» src=«ref-1_1471474550-94.coolpic» v:shapes="_x0000_i1568"> — удельная теплоемкость раствора, рассчитанная по формуле 3.11 при <img width=«37» height=«23» src=«ref-1_1471474644-118.coolpic» v:shapes="_x0000_i1569"> и <img width=«57» height=«21» src=«ref-1_1471544850-148.coolpic» v:shapes="_x0000_i1570">% масс.
По формуле 3.12 удельная температура воды при <img width=«37» height=«23» src=«ref-1_1471474644-118.coolpic» v:shapes="_x0000_i1571"> равна:
<img width=«320» height=«41» src=«ref-1_1471545116-675.coolpic» v:shapes="_x0000_i1572">.
Тогда по формуле 3.11:
<img width=«323» height=«25» src=«ref-1_1471419701-489.coolpic» v:shapes="_x0000_i1573"> , получаем:
<img width=«549» height=«37» src=«ref-1_1471546280-974.coolpic» v:shapes="_x0000_i1574">
<img width=«251» height=«21» src=«ref-1_1471547254-408.coolpic» v:shapes="_x0000_i1575">.
Расход воды:
<img width=«112» height=«45» src=«ref-1_1471547662-294.coolpic» v:shapes="_x0000_i1576">,
где <img width=«16» height=«23» src=«ref-1_1471547956-92.coolpic» v:shapes="_x0000_i1577"> — теплоемкость воды при средней температуре <img width=«65» height=«24» src=«ref-1_1471548048-170.coolpic» v:shapes="_x0000_i1578">. По формуле 3.12 находим:
<img width=«303» height=«41» src=«ref-1_1471548218-636.coolpic» v:shapes="_x0000_i1579">.
Тогда
<img width=«193» height=«47» src=«ref-1_1471548854-505.coolpic» v:shapes="_x0000_i1580">.
Принимая по (/1/, табл. 4.8 стр. 172) ориентировочный коэффициент теплопередачи <img width=«104» height=«41» src=«ref-1_1471477712-290.coolpic» v:shapes="_x0000_i1581">, рассчитываем ориентировочную поверхность теплопередачи:
<img width=«252» height=«49» src=«ref-1_1471549649-599.coolpic» v:shapes="_x0000_i1582">.
Проходное сечение <img width=«21» height=«24» src=«ref-1_1471478619-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1583"> трубного пространства рассчитываем по формуле 3.24, где <img width=«77» height=«24» src=«ref-1_1471550354-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1584"> — внутренний диаметр труб; <img width=«20» height=«23» src=«ref-1_1471479196-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1585"> — динамический коэффициент вязкости начального раствора при средней температуре <img width=«79» height=«24» src=«ref-1_1471550639-189.coolpic» v:shapes="_x0000_i1586">; Re– критерий Рейнольдса.
По формуле 3.21 при <img width=«79» height=«24» src=«ref-1_1471550639-189.coolpic» v:shapes="_x0000_i1587"> для воды получаем:
<img width=«348» height=«25» src=«ref-1_1471551017-552.coolpic» v:shapes="_x0000_i1588">,
а по формуле 3.20:
<img width=«251» height=«25» src=«ref-1_1471440384-420.coolpic» v:shapes="_x0000_i1589">,
для раствора находим:
<img width=«504» height=«22» src=«ref-1_1471551989-749.coolpic» v:shapes="_x0000_i1590">,
<img width=«195» height=«24» src=«ref-1_1471552738-331.coolpic» v:shapes="_x0000_i1591">
Для обеспечения интенсивного теплообмена подбираем аппарат с турбулентным режимом течения теплоносителей. Раствор направляется в трубное пространство, греющий пар – в межтрубное.
Максимальное проходное сечение по трубам <img width=«39» height=«24» src=«ref-1_1471481340-130.coolpic» v:shapes="_x0000_i1592">считаем при критерии Рейнольдса <img width=«60» height=«21» src=«ref-1_1471481470-155.coolpic» v:shapes="_x0000_i1593">:
<img width=«319» height=«48» src=«ref-1_1471553354-731.coolpic» v:shapes="_x0000_i1594">,
минимальное – при <img width=«76» height=«21» src=«ref-1_1471482197-170.coolpic» v:shapes="_x0000_i1595">:
<img width=«333» height=«48» src=«ref-1_1471554255-742.coolpic» v:shapes="_x0000_i1596">.
Проходное сечение межтрубного пространства рассчитываем по формуле:
<img width=«95» height=«45» src=«ref-1_1471554997-288.coolpic» v:shapes="_x0000_i1597">,
где <img width=«76» height=«24» src=«ref-1_1471555285-182.coolpic» v:shapes="_x0000_i1598"> — наружный диаметр труб; <img width=«19» height=«23» src=«ref-1_1471555467-98.coolpic» v:shapes="_x0000_i1599"> — динамический коэффициент вязкости воды при средней температуре <img width=«65» height=«24» src=«ref-1_1471548048-170.coolpic» v:shapes="_x0000_i1600">; Re– критерий Рейнольдса.
По формуле 3.21 получаем:
<img width=«344» height=«25» src=«ref-1_1471555735-556.coolpic» v:shapes="_x0000_i1601">
Максимальное проходное сечение межтрубного пространства <img width=«48» height=«24» src=«ref-1_1471556291-144.coolpic» v:shapes="_x0000_i1602"> считаем при критерии Рейнольдса <img width=«75» height=«21» src=«ref-1_1471556435-172.coolpic» v:shapes="_x0000_i1603"> продолжение
--PAGE_BREAK--
еще рефераты
Еще работы по химии
Реферат по химии
Расчет химического равновесия и термодинамический анализ реакционной системы
15 Июля 2015
Реферат по химии
Современное состояние нефтехимического синтеза Основные продукты и технологии
15 Июля 2015
Реферат по химии
Предельные углеводороды алканы
15 Июля 2015
Реферат по химии
Органические соединения
2 Сентября 2013