Проект вакуум-выпарного аппарата циркуляционного типа

Найденные значения мало отличаются от ориентировочно определенной ранее поверхности Fор, поэтому в последующих приближениях нет необходимости вносить коррективы на изменение конструктивных размеров аппаратов (высоты, диаметра и числа труб). Таблица 2.5 – Сравнение полезных разностей температур ПараметрыКорпус123Распределенные в 1-м приближении значения Δtпо25,7313,449,32Предварительно рассчитанные значения Δtпо2,8813,9431,66В качестве основного аппарата выбран пленочный аппарат с восходящей пленкой площадью теплообмена 200 м2.2.2 Определение толщины тепловой изоляцииТолщину тепловой изоляции δн находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду:где - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/(м2·К): - температура изоляции со стороны окружающей среды (воздуха); для аппаратов, работающих в закрытом помещении, выбирают в интервале 40 – 15 °С;- температура изоляции со стороны аппарата, ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению термическим сопротивлением слоя изоляции принимают равной температуре греющего пара;tr1, tв- температура окружающей среды (воздуха), °С; λи- коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м·К).Рассчитаем толщину тепловой изоляции для 1-го корпуса при:tСТ2 = 40 °С и tВ = 20 °СαВ = 9,3+0,058∙40 = 11,62 Вт/(м2·К)В качестве материала для тепловой изоляции выберем совелит (85% магнезии + 15% асбеста), имеющий коэффициент теплопроводности λ=0,09 Вт/ (м·К). Тогда получимПринимаем толщину тепловой изоляции 0,042 м и для других корпусов.3 РАСЧЁТ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ3.1Расчет барометрического конденсатораДля создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подается в конденсатор чаще при температуре окружающей среды (около 20 °С). Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуума – насоса откачивают неконденсирующие газы.Необходимо рассчитать расход охлаждающей воды, основные размеры (диаметр и высоту) барометрического конденсатора и барометрической трубы, производительность вакуума – насоса.3.1.1Расход охлаждающей водыРасход охлаждающей воды Gв определяют из теплового баланса конденсаторав соответствии с заданием на проектирование:где - энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, 2664,25 Дж/кг; tkп – температура пара, поступающего в конденсатор;tн - начальная температура охлаждающей воды, 17 °С;tk – конечная температура смеси воды и конденсата, 41 °С.Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3…5 град. Поэтому конечную температуру воды tк на выходе из конденсатора примем на 3 град ниже температуры конденсации паров: tkп = tб.к - 3,0 = 92,80–4,0 = 88,80 °C.tH = 17 °CсВ – теплоемкость воды, принята равной 4,190 кДж/кг∙КТогда получим:32,71 кг/с3.1.2 Диаметр конденсатораДиаметр барометрического конденсатора dбк определяют из уравнения:где ρ – плотность паров, кг/м3, v – скорость паров, м/сПри давлении в конденсаторе 78000 Па скорость паров v = 15…25 м/с. ТогдаρП = 0,8 кг/м30,349 мПодбираем конденсатор диаметром, равным расчетному или ближайшему большему. Определяем его основые размеры. Выбираем барометрический конденсатор диаметром dбк = 350 мм.3.1.3 Высота барометрической трубыВ соответствии с нормалями, внутренний диаметр барометрической трубы принят равным dбт=350 мм.Скорость воды в барометрической трубе:0,35 м/сВысота барометрической трубы:где B – вакуум в барометрическом, Па; ∑ξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений; λ – коэффициентов трения в барометрической трубе; 0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м. Па Пагде - коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе. Коэффициент трения λ зависит от режима течения жидкости. Определим режим течения воды в барометрической трубе:ρВ = 1000 кг/м3 и μВ = 0,00054Па∙с.При Re = 228173,98, λ = 0,0202,24 мДлина укороченной барометрической трубы находится в допустимых пределах 1…3 м.3.2 Расчет производительности вакуум-насосаПроизводительность вакуум – насоса определяется количеством газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора: GВОЗД = 2,5∙10-5∙(w3+GB)+0,01∙w3 где 2,5∙10-5 – количество газа, выделяющегося из 1 кг воды: 0,01 – количество газа, подсасываемого в конденсатор через неплотности, на 1 кгводяных паров. Объемная производительность вакуум – насоса равна:где R – универсальнпя газовая постоянная, Дж/(кмоль К); Мвозд - молекулярная масса воздуха, кг/моль; tвозд – температура воздуха, °С; Pвозд - парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.Мвозд= 29 кг/мольТемпературу воздуха рассчитывают по уравнению Давление воздуха равно:где Pп –давление сухого насыщенного пара (Па) при tвозд = 26,8°C. Подставив, получим:Тогда3.3Расчет подогревателяПоверхность теплопередачи подогревателя (теплообменника) Fп,м2 определяем по основному уравнению теплопередачи:, где  – тепловая нагрузка подогревателя, Вт,определяется из теплового баланса теплообменника: Кп – коэффициент теплопередачи, Вт/(м К), Кп = 120 ÷ 340;  – средняя разность температур между паром и раствором, ºС;  – количество начального раствора, кг/с, и его теплоёмкость, Дж/(кг∙К); – начальная температура исходного раствора, 19 ºС;  – температура раствора на выходе из теплообменника, ºС, равная температуре с которой раствор входит в первый корпус.= 171,76 кВтt1н = 151,66ºС пар t1н = 151,66ºСt2н = 19ºС раствор t2к = 160ºСТак как отношение , то величину определим как среднелогарифмическую:Тогда поверхность теплообменника:Площадь поверхности теплопередачи теплообменника принимается для компенсации потерь на 10…20 % больше расчетной величины:На основании найденной поверхности по ГОСТ 15122 –79 выбираем кожухотрубчатый двухходовой теплообменник с такими параметрами:площадь поверхности теплопередачи F = 14,5 м2 , число труб n = 180длиной труб l = 3,0 м, диаметр труб 25 х2 мм, диаметр кожуха D = 325 мм .ЗАКЛЮЧЕНИЕВ данной курсовой работе мы произвели расчет трехкорпусной выпарной установки для концентрирования водногомолока при следующих исходных данных: производительность 4,0 кг/ч, концентрация раствора: исходной смеси 6%, упаренного раствора 36%.В качестве основного аппарата выбран пленочный аппарат с восходящей пленкой площадью теплообмена 200 м2.Для изготовления аппарата выбрана нержавеющая сталь марки Х17 по ГОСТ 5949-75 с коэффициентом теплопроводноти λст = 25,1 Вт/(м·К) и скоростью коррозии не менее 0,1 мм/год.По результатам расчетов принят барометрический конденсатор диаметром 350 мм и длиной трубы 2,24 м, вакуум-насос производительностью 0,86 м3/мин, а также кожухотрубчатыйодноходовый подогреватель с площадью поверхности теплопередачи F = 14,5 м2 , числом труб n = 180длиной труб l = 3,0 м, диаметром труб 25 х2 мм, диаметром кожуха D = 325 мм.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВДытнерский Ю. И. – Процессы и аппараты химической технологии. Изд. 2-е. В 2-х кн. Часть 2. Массообменные процессы и аппараты. М.: «Химия», 1995.-368с.Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов, Л.: Химия, 1987. 572 с.ГОСТ 11987-81 Аппараты выпарные трубчатые стальные. Типы, основные параметры и размеры [Текст]. – Госстандарт СССР, 1981.Дытнерский, Ю. И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию [Текст] / Ю. И. Дытнерский, – М.: Химия, 1983. – 270 с.Багров И. В., Шаханов В. Д., Чулкова Э. Н. Процессы и аппараты химической технологии. Тепловые и массообменные процессы [Текст] / Под ред. проф. Л. Я. Терещенко. – СПб.: С.-Петерб. государственный университет технологии и дизайна, 1998. – 103 с.Кузнецова Л.Н., Селянина Л.П., Третьяков С.II. Расчет выпарных установок: Учебное пособие [Текст]. – Архангельск: Изд-во АГТУ, 2004. – 72 с.Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. Изд. 2-е, испр. и доп[Текст]. – Л.: Химия, 1978. – 420 с.Расчет выпарной установки // Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу «Расчет и конструирование оборудования химических производств». Для студентов V курса заочного отделения специальности 170500 «Машины и аппараты химических производств». – Новосибирск 2005. – 23 с.