Расчет двухкорпусной выпарной установки

метки: Выпарной, Установка, Корпус, Расчет, Двухкорпусной, Кипение, Концентрация, Температурный

1. Определяем количество выпариваемой воды. Количество воды, выпаренной в двух корпусах установки, определяем по формуле 1.10:

_;

W = 1,4×(1− 15/65) = 1,076 кг/с.

2. Выбираем и обосновываем выбор соотношения выпариваемой воды по корпусам установки. На основании опытных данных рекомендуем принять следующее соотношение массовых количеств воды, выпариваемой в 1 и 2 корпусах выпарной установки. Выбор основывается на том, что жидкость из менее концентрированных растворов удаляется

W ₁ : W₂ = 2:1.

Тогда количество воды, выпариваемой по корпусам, составит:

в I корпусе W ₁ = 1,076

• 2/(1 + 2) = 0,717 кг/с;

во II корпусе W ₂ = 1,076

• 1/(1 + 2) = 0,358 кг/с.

Проверяем правильность распределения расходов воды. Должен выполняться баланс:

W=W ₁ +W₂ = 1,076 кг/с.

Величиной W ₁ /W₂ будет определяться соотношение площадей нагрева кожухотрубных теплообменников первого и второго корпусов F₁ /F₂ . Если ставится задача использования одинаковых теплообменников для первой и второй ступеней выпаривания, то необходимо выполнить варианты расчетов с варьированием величин W₁ /W₂ и выбрать тот вариант, в котором площади теплообмена F₁ и F₂ будут одинаковы с заданной точностью.

3. Определяем расход продукта поступающего во второй корпус. Расход продукта G ₁ , перетекающего из первого корпуса во второй:

G ₁ = G – W₁ =1,4 – 0,717 = 0,682 кг/с,

а конечного (сгущенного) продукта G ₂ :

G ₂ = G – W= 1,4 – 1,076 = 0,323 кг/с.

4. Определяем конечную концентрацию сгущенной массы. Определяем конечную концентрацию сгущенной массы в каждом корпусе по формуле (1.16):

x _к .=G×B_н /(G–W₁ –….–W_n );

в I корпусе:

x _кI = l,4

• 15/(1,4 − 0,717) = 30,789 %;

во II корпусе:

x _кII = 1,4

• 15/(1,4 – 0,717 – 0,358) = 65 %;

• т. е. полученная концентрация равна заданной.

5. Рассчитываем температурные потери по корпусам. Температурные потери от физико-химической депрессии в зависимости от концентрации сахарного раствора и давления в корпусе определяем по формуле (1.5):

Конструкция корпусов ПК

... по душе, от­правляйтесь в магазин и приступайте к осмотру. Обратите внимание на то, что металлические края конструкции корпуса ... количество людей предпочитают вертикальные корпуса (один из таких корпусов представлен на рисунке), потому что в таких корпусах ... его работу, но, например, открытый корпус может мешать работе телевизора, радиоприемников, ... до "мах" - похожее с пунктом 5. 9. Отношение поглощение ...

где x _к − концентрация сухих веществ, %;

Для I корпуса значение физико-химической депрессии для сгущаемого сахарного раствора:

Δ _{ф-х I} = 0,38 е(0,05-0,045*30,789)=0,099˚C

Во втором корпусе, на момент определения депрессий примем, что давление соответствует остаточному давлению паров входящих в барометрический конденсатор, т.е. 12 кПа.

Для II корпуса значение физико-химической депрессии:

Δ _{ф-х II} = 0,38 е(0,05-0,045*65)= 0,021°С,

следовательно, по двум корпусам:

åΔ _ф-х = 0,099 + 0,021 = 0,121°С.

Температурные потери от гидростатической депрессии примем равными 1,5 °С на каждый корпус. Тогда для двух корпусов:

åΔ _г-с = 1,5 ∙ 2 = 3°С.

Температурные потери от гидравлической депрессии примем равными 1 °С на каждый корпус. Тогда для двух корпусов:

åΔ _г = 1 ∙ 2 = 2°С.

Сумма всех температурных потерь на выпарной установке равна:

Δ = 0,121 + 3 + 2 = 5,121°С.

6. Определяем давление паров в каждом корпусе установки. Расчет температуры вторичного пара в первом корпусе будем проводить через температуру кипения раствора, преобразовав формулу 1.4, так:

;

_{tвт.п.Ι=85-(0.099+1.4)=83.5˚C}

а для II корпуса температура вторичного пара, равна температуре пара на входе в конденсатор 60,07 ^о С+, и по формуле 1.4 находим температуру кипения раствора:

_{tΙΙp=60.07+1+0.021+1.5=62.491˚C}

температура греющего пара второго корпуса равна:

_{tгр.п.ΙΙ=tвт.п.Ι-∆г=83,5-1=82,5}

Давление в корпусах установки будет следующим : давление греющего пара p _{гр.п .} = 200 кПа, давление в барометрическом конденсаторе p_II = 21 кПа. Остальные термодинамические параметры соответствующие найденным давлениям в корпусах установки методом интерполяции, находим в приложении 5, табл. П. 5.3. и табл. П. 5.16., и результаты заносим в табл. 1.1.:

Таблица 1.1.

Термодинамические параметры пара по корпусам установки

	Давление, Р, кПа	Температура насыщенного водяного пара, t, о С	Теплота фазового перехода, r, кДж/кг
Греющий пар	200	120,23	2202,2
I корпус	55,7	83,5	2298,8
II корпус	21,038	61,07	2355,13

7. Определяем полнуюи полезную разность температур. Полная разность температур в выпарном аппарате – это разность между температурами греющего пара и кипящего раствора , т.е.

В многокорпусной выпарной установке полная разность температур определяется как разность между температурами пара , греющего первый корпус, и вторичного пара , входящего в корпус конденсатора:

Полезная разность температур на установке меньше полной на величину температурных потерь , вызываемых физико-химической , гидростатической и гидравлической депрессиями:

Полная разность температур:

Δt _полн = 120,23 – 60,07 = 60,16 °С.

Полезная разность температур:

Δt _полезн = 60,16 − 4,921 = 55,238 °С.

8. Рассчитываем коэффициенты теплопередачи по корпусам. Для I-го корпуса. Учитывая, что для принятых медных труб диаметром 33× l,5 мм величина очень мала, коэффициент теплопередачи К [Вт/(м ² К)] определяем по формуле:

K = α ₁ ×α₂ /(α₁ +α₂ );

где α ₁ – коэффициент теплоотдачи от греющего пара к стенке труб;

α ₂ – коэффициент теплоотдачи от кипящего раствора к стенкам труб.

Коэффициент теплоотдачи α ₁ для I корпуса при t_{гр.п .} = 120,23 °С (табл.1.1) определяем по формуле и он составит:

α ₁ = 1163(1,9 + 0,04

• 120,23) = 7802,799 Вт/(м² К)

Для определения α ₂ , используем формулу:

где А ₂ – коэффициент определяемый по графику (рис. 5), или можно воспользоваться таблицей П. 5.4. в приложении 5, небольшие расхождения, при использовании различных способов, разрешаются;

q – удельный тепловой поток выпарного аппарата, находится по формуле:

_{где W п – количество выпаренной воды в соответствующем аппарате, кг/с;}

_{r – теплота фазового перехода, кДж/кг, определяется по табл.1.1, для соответствующего корпуса;}

_{F – площадь теплообменной поверхности соответствующего выпарного аппарата, так как на данный момент она не найдена, то можно задаться любой цифрой, примем 50 м ² для любого корпуса.}

_{Получаем, примерное значение теплового потока приходящегося на 1 м ² теплообменной поверхности аппарата :}

_{qΙ =WnΙ∙rΙ∕FΙ=0.717∙2298.8∕50=33.006 Вт/м2}

_{qΙΙ=WnΙΙ∙ rΙΙ ∕FΙΙ=0,358∙2355,13∕506=16,908 Вт/м2}

Согласно рис. 5, при концентрации раствора x _кI = 30,789 мас. % и температуре его кипения t_рI = 85° С, получим A₂ = 370. Показатель А₂ Тогда:

α ₂ = 370

• (33,006)^0,6 = 3015,487 Вт/(м² ·К);

K _I = 7802,799

• 3015,487/(7802,799 + 3015,487) = 2174,95 Вт/(м² К).

С учетом загрязнения K _I = 2174,95∙0,9= 1957,45 Вт/(м² К).

Рис. 5. Зависимость коэффициента А ₂ от температуры кипения и концентрации раствора

Для II корпуса. При t _г.п.II = t _{вт.п. I} – D _г.д.I =83,5–1= 82,5°С:

α ₁ = 1163(1,9 + 0,04

• 82,5) = 6047,602 Вт/(м² ·К).

Согласно рис. 5, при концентрации раствора х _кII = 65 мас. % и t_рII = 51,521°С, получаем А₂ = 95

Тогда:

α ₂ = 95

• (16,908)^0,6 = 518,308 Вт/(м² К) и

К _II = 7802,799

• 518,308(7802,799 + 518,308) = 486,023 Вт/(м² К).

С учетом загрязнения:

К _II = 486,023

• 0,9 = 437,421 Вт/(м^{2 ×} К).

9. Определяем тепловые нагрузки по корпусам с учетом тепловых потерь. Так как сахарный раствор подается на выпарку подогретым до температуры кипения, тепловая нагрузка на I корпус будет:

Q ^I = W₁ ×r₁

• 1,05;

Q ^I = 0,717

• 2288,8
• 10³

• 1,05 = 1732,939
• 10³ Вт.

Во II корпус, работающий под меньшим давлением, сахарный раствор поступает перегретым, и при самоиспарении из него выделяется часть воды в виде вторичного пара. Тогда тепловая нагрузка на II корпус:

=[0,358 ·2355,13 ·10 ³ – 0,682 ·1,470 ·(85 – 62,491)]·1,05= 865,021·10³ Вт,

где с = 1,407 Дж/(кг×К) – теплоемкость сахарного раствора

10. Определяем расход греющего пара поступающего только в I корпус:

DΙ=QΙ∕rΙ=1732,939∙10³ / 2298,8∙10³=0.753кг/с

11. Определяем удельный расход пара приходящейся на 1 кг выпаренной воды:

d ₁ = D₁ /W= 0,753 / 1,076 = 0,699 кг на 1 кг воды.

12. Определяем распределение полезной разности температур по корпусам. Распределение полезной разности температур находится из условия одинаковой поверхности нагрева по корпусам. Полезную разность температур определяем по формуле 1.7:

Для I корпуса:

Δt _{полезнI} = [(55,238

• 1732,939 ∙ 10³ /1919,231)/[(1732,939

• 10³ /1919,231)+(865,021

• 10³ /437,421)] = 17,32 °С.

Для II корпуса:

Δt _{полезнII} = [(55,238

• 865,021
• 10³ /437,421)/[( 1732,939

• 10³ /1919,231)+(865,021

• 10³ /437,421)] = 37,94 °С.

Проверяем общую полезную разность температур:

ΣΔt _полезн = Δt_{полезнI} + Δt_{полезнII} = 17,32 + 37,94 = 55,26°С.

Что указывает на правильность ее распределения.

13. Определяем поверхности нагрева по корпусам выпарной установки по формуле

Для I корпуса:

F ^I = 1732,939

• 10³ /(1919,231

• 17,32) = 52,132 м² ;

для II корпуса:

F ^II = 865,021

• 10³ /(437,421 ∙ 37,94) = 52,23 м² .

1.4.1. Расчет барометрического конденсатора

1. Определяем термодинамические параметры воды и водяного пара. Температуру воды на входе в барометрический конденсатор принимаем t _вх.к =15 ºС. Температуру воды, уходящей из корпуса конденсатора, принимаем на 3 º ниже температуры насыщенного пара (табл.1.1), уходящего из конечного корпуса выпарной установки, т.е.

t _{вых,к .} = t_вт.п.II –3 = 60,07 – 3= 57,07 ^о С .

Теплоемкость воды [с _в , Дж/(кг К)] при средней температуре

_{t ср.к.=36,035}

находим из табл. П. 5.1 приложения 5, с _в =4,199 кДж/кг×К.

Энтальпия водяного пара (i, Дж/кг), поступающего на конденсацию – определяется по табл. П. 5.16. приложения 5 при давлении конденсации Р _конд =Р_{вт.п .} . В нашем случае

Р_конд =Р_{вт.п .} =21 кПа:

i = 2605,01 кДж/кг.

2. Определяем расход воды. Расход воды (кг/с) на полную конденсацию насыщенного пара в однокорпусном конденсаторе рассчитываем по формуле:

_,

где W _n – количество конденсирующегося пара, поступающего из последнего корпуса выпарной установки. В нашем случае W_n = W₂ .

Wконд=0,358∙(2,605-(4,199∙57, 07)/4,199∙(57,07-15))=4,806кг/с

3.Определяем объем пара. Объем пара, проходящего через конденсатор, находим по формуле:

_{Vn=Wn/ρ=0.358/1.115=0.321 м³/c}

где ρ – плотность пара, кг/м ³ (табл. П.5.2 приложения 5).

4. Рассчитываем диаметр корпуса. Задаем скорость движения пара в корпусе конденсатора ω _п = 18 ¸ 22 м/с и рассчитываем диаметр его корпуса по формуле:

dк=√(Vn/0.785∙ώ)=0.143м≈0,2

Округляем расчетный диаметр корпуса конденсатора до ближайшего большего по каталогу или по типовому ряду размеров, кратному 0,2 , и получаем 0,6 м.

5. Определяем высоту слоя воды. Высоту слоя воды на полке рассчитываем по формуле: