Курсовая работа: Трехкорпусная вакуум-выпарная установка
Название: Трехкорпусная вакуум-выпарная установка Раздел: Промышленность, производство Тип: курсовая работа | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Министерство образования Российской Федерации МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНОЙ ЭКОЛОГИИ Факультет Инженерной Экологии Кафедра ПАХТ КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ТЕМА ПРОЕКТА.3-х корпусная вакуум-выпарная установка Зав. кафедрой академик РАН А.М.Кутепов Руководитель проекта профессор В.В.Бутков Студентка Н.А.Карпунина Группа И-37 Содержание Введение Глава 1. Технологический расчет выпарной установки Глава 2. Выбор вспомогательного оборудования Глава 3. Расчет барометрического конденсатора Глава 4. Расчет теплообменного аппарата Глава 5. Расчет штуцеров Глава 6. Расчеты на прочность Список литературы Приложение. Результаты компьютерных расчетов Введение На рисунке показана принципиальная схема трехкорпусной выпарной установки. Исходный раствор из промежуточной емкости 1 центробежными насосами 2 подается в теплообменник 3 (где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения), а затем- в первый корпус 4 выпарной установки. Предварительный подогрев раствора повышает интенсивность кипения в выпарном аппарате 4. Первый корпус обогревается свежим водяным паром. Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус 5. Сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из 1-го корпуса. Аналогично третий корпус 6 обогревается вторичным паром второго и в нем производится концентрирование раствора, поступившего из второго корпуса. Самопроизвольный переток раствора и вторичного пара в следующие корпуса возможен благодаря общему перепаду давлений, возникающему в результате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса в барометрическом конденсаторе смешения 7 (где заданное давление поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующихся газов вакуум-насосом 8). Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи барометрической трубы с гидрозатвором 9. Образующийся в третьем корпусе концентрированный раствор центробежным насосом 10 подается в промежуточную емкость упаренного раствора 11. Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов выводится с помощью кондесатоотводчиков 12. Глава 1. Технологический расчет выпарной установки Подпрограмма 11) Определяем общее количество выпаренной воды из уравнения материального баланса 2) В первом приближении количество выпаренной воды по корпусам принимаем равным, т.е.
3) Конечная концентрация раствора по корпусам Таблица 1.
Подпрограмма 21)
По конечным концентрациям раствора и рассчитываем суммарную температурную депрессию 2) Потери температуры пара между корпусами за счет гидравлических сопротивлений и суммарные потери составят 3) Суммарная полезная разность температур установки без учета суммы потерь температур за счет гидростатического эффекта где
4) Полезная разность температур по корпусам в первом приближении принимается равной, т.е. 5) Температура кипения раствора (по корпусам) 6) Температура греющего пара (по корпусам) 7) Температура вторичного пара (по корпусам) По значениям температур вторичного пара из таблиц [2] опреде-ляем значения следующих параметров: теплоты парообразования воды По значениям концентраций Таблица 2
Подпрограмма 31) В связи с тем, что "нормальная" температурная депрессия выбрана для атмосферного давления, а давление вторичного пара по корпусам отличается от атмосферного, то необходимо про-вести перерасчет температурной депрессии по формуле где
2) Суммарная температурная депрессия Для определения температурных потерь за счет гидростатичес-кого эффекта необходимо рассчитать оптимальный уровень заполнения греющих трубок и давления раствора в аппаратах на уровне половины длины греющих трубок (у середины греющих трубок). 3) Оптимальную высоту заполнения трубок раствором находим по эмпирической формуле где 4) Гидростатическое давление столба у середины греющих трубок 5) Давление раствора в корпусах у середины греющих трубок Таблица 3
Подпрограмма 4 Для определения истинных значений температур греющего па- ра, вторичного пара, кипения раствора в трубках и на верхнем уровне трубки, полезной разности температур по корпусам необходимо рассчитать температурные потери за счет гидростатического давления. 1)
По данным и рассчитываем значения потерь температур за счет гидроста- тического эффекта (гидростатическую депрессию): Суммарные потери температуры за счет гидростатического эффекта составят 2) Суммарная полезная разность температур для установки Для расчета в первом приближении ориентировочно принима- ем соотношение тепловых нагрузок аппаратов и соответственно коэффициентов теплопередачи Исходя из условия получения равных поверхностей нагрева для каждого корпуса установки полезная разность температур по корпусам может быть определена по уравнению 3) Распределение полезной разности температур по корпусам
4) Температура кипения раствора в трубках составит 5) Температура кипения раствора на верхнем уровне по корпусам: 6) Температура вторичного пара по корпусам: Таблица 4
Подпрограмма 5В этой подпрограмме рассчитываем: расход греющего пара, расход выпаренной воды по корпусам, конечные концентрации раствора и в первом приближении тепловые нагрузки аппаратов. 1) Расход греющего пара определяем из уравнения теплового баланса которое может быть записано для каждого корпуса в следующем виде: Потери тепла в окружающую среду принимаем равными 3% от тепла греющего пара, т.е. А=1.03
.Энтальпию вторичного пара Начальную теплоемкость раствора Энтальпии греющего пара Теплоемкость раствора Теплоту изменения концентрации (дегидротации) где
Учитывая, что а затем конечную концентрацию раствора по корпусам 2) Тепловая нагрузка аппаратов Таблица 5
Подпрограмма 6В этой подпрограмме рассчитываются коэффициенты теплоотдачи, удельные тепловые нагрузки и коэффициенты теплопередачи. Коэффициент теплопередачи где
В качестве материала греющих трубок выбираем сталь 20 .Ее коэффициент теплопроводности Толщину накипи принимаем Коэффициент теплоотдачи Значения коэффициента для конденсата пара в зависимости от температуры конденсации пара находим по таблице 6 [3,253]. 1)
Коэффициент 1 приближение:
Удельная тепловая нагрузка аппарата (удельный тепловой по-ток) для установившегося процесса теплопередачи может быть рассчитана по формуле Определим находим перепад температур стенки греющей трубки а затем разность между температурами стенки трубки и кипящего раствора Далее определяем коэффициент теплоотдачи Физические свойства кипящих растворов NaOH и их паров: Находим и сравниваем тепловые потоки Так как 2 приближение: Очевидно, что Для расчета в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки q
от разности температур между паром и стенкой в первом корпусе и определяем .Получим: Как видим, Так как расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 5 % , то расчет коэффициентов Аналогичный расчет проводим для II-го и III-го корпусов. 2) 1 приближение: 2 приближение: 3) 1 приближение: 2 приближение: Таблица 6
Глава 2. Выбор вспомогательного оборудования Выбор насосов. Для перекачивания жидкости из емкости исходного раствора в подогреватель (теплообменник) используем два центробежных насоса типа Х 8/42/. Для отвода концентрированного раствора из соответствующей емкости воспользуемся одним насосом типа Х 25/18/. Выбор емкостей. Для обеспечения бесперебойной подачи исходного раствора в подогреватель и, соответственно, нормальной работы установки в течение двух часов выбираем емкость, пригодную для эксплуата-ции при давлении более 0.07 МПа, рабочим объемом не более 20.9 куб.м. Тип указанной емкости ГЭЭ1-1-25-0.6. Для упаренного (концентрированного) раствора необходимы емкости, способные выдерживать вакуум, поэтому выбираем две емкости, работающие при давлении не более 0.07 МПа того же объема, что и для исходного раствора- ГКК1-1-25-0.07. Глава 3. Расчет барометрического конденсатора Расход охлаждающей водыРасход охлаждающей воды Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3-5 .Поэтому конечную температуру воды Тогда
Диаметр конденсатораДиаметр барометрического конденсатора где При остаточном давлении в конденсаторе порядка По приложению 4.6 [4] подбираем конденсатор диаметром, равным расчетному или ближайшему большему. Определяем его основные размеры. Выбираем барометрический конденсатор диаметром =800 мм. Высота барометрической трубы В соответствии с приложением 4.6 [4] , внутренний диаметр барометрической трубы где Коэффициент трения Для гладких труб при Re=165911
коэффициент трения Подставив в выражение для Отсюда находим Расчет производительности вакуум-насосаПроизводительность вакуум-насоса где Объемная производительность вакуум-насоса равна: где R
- универсальная газовая постоянная, Температуру воздуха рассчитываем по уравнению Давление воздуха равно: где Тогда Зная объемную производительность Глава 4. Расчет теплообменного аппарата Для расчета теплообменника, предназначенного для подогрева исходного раствора, воспользуемся тепловым балансом Тогда расход греющего пара найдем по формуле
Учитывая, что Найдем среднелогарифмическую разность температур: Далее определяем тепловую нагрузку при конденсации насыщенных паров без охлаждения конденсата из уравнения В соответствии с таблицей 2.1 [4] примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи К=1000
Убедимся, что режим течения в трубах турбулентный В соответствии с найденной площадью поверхности теплообмена по каталогу выбираем теплообменник типа 600 ТНВ-16-М1-0/25-6-2 гр. А. Глава 5. Расчет штуцеров Целью этого расчета является вычисление условного прохода основных штуцеров и определение в соответствии со стандартами их размеров. Воспользуемся общей формулой определения расхода
G -расход жидкости или газа, проходящего через штуцер, кг/час; d -условный проход штуцера, м;
Тогда
Расчет будем вести по плану: 1) штуцера для раствора; 2) штуцера для пара; 3) штуцера для конденсата. Расчет штуцеров для входа и выхода раствора. Условный проход штуцеров для входа раствора.
Плотности раствора берем при начальных концентрациях и температурах кипения раствора для соответствующего корпуса. Скорость течения жидкости принимаем равной 1 м/с для 2-го и 3-го корпусов, считая ее движение самотечным, и 2 м/с для 1-го корпуса как для жидкости, качаемой насосом. Т.к. все три аппарата предполагаются быть одинаковыми, выбираем максимальный из трех диаметров:
Условный проход штуцеров для выхода раствора.
Плотности раствора берем при конечных концентрациях и температурах кипения раствора для соответствующего корпуса. Скорость течения жидкости принимаем равной 1 м/с для всех корпусов, считая ее движение самотечным. Выбираем максимальный из трех диаметров:
Т.к. выходящий раствор из корпуса является входящим в следу-ющий корпус, то из условия удобства конструирования установки штуцера для раствора следует принять одинаковыми. Поэтому условный проход штуцеров для раствора будет равен
По справочнику [5] выбираем штуцера с плоскими приварными фланцами типа 80-6-155-ВСт3сп4-10 ОСТ 26-1404-76. Расчет штуцеров для греющего и вторичного пара. Условный проход штуцеров для греющего пара.
Плотности паров берем при температурах греющих паров для соответствующих корпусов. Скорость течения пара принимаем равной 25 м/с , считая пар насыщенным. Т.к. все три аппарата предполагаются быть одинаковыми, выбираем максимальный из трех диаметров:
Условный проход штуцеров для вторичного пара.
Плотности паров берем при температурах вторичных паров для соответствующих корпусов. Скорость течения пара принимаем равной 25 м/с для 1-го и 2-го корпусов, считая пар насыщенным, а для 3-го корпуса 75 м/с, т.к. здесь пар находится под разрежением. Выбираем максимальный из трех диаметров:
Т.к. вторичный пар для одного корпуса является греющим для следующего корпуса, то из условия удобства конструирования установки штуцера для греющих и вторичных паров следует принять одинаковыми. Поэтому условный проход штуцеров для пара будет равен
По справочнику [5] выбираем штуцера с плоскими приварными фланцами типа 300-6-190-ВСт3сп4-10 ОСТ 26-1404-76. Расчет штуцеров для отвода конденсата.
Плотность воды берем при температурах греющих паров, считая, что пар конденсируется, не охлаждаясь. Скорость течения жидкости принимаем равной 1 м/с для всех корпусов, считая ее движение самотечным. Выбираем максимальный из трех диаметров:
По справочнику [5] выбираем штуцера с плоскими приварными фланцами типа 32-6-155-ВСт3сп4-10 ОСТ 26-1404-76. Глава 6. Расчеты на прочность Расчет цилиндрической обечайки.Наибольшее распространение в химическом аппаратостроении получили цилиндрические обечайки, отличающиеся простотой изготовления, рациональным расходом материала и хорошей сопротивляемостью давлению среды. Поэтому при конструировании аппаратов, если это не противоречит каким-либо особым требованиям, предъявляемым к аппарату, рекомендуется применять цилиндрические обечайки. Произведем расчет обечайки, нагруженной внутренним давлением. Дано: D=1400 мм H=4100 мм P=0.6 МПа Толщину стенки цилиндрической оболочки будем искать по формуле
|