Выпарная двухкорпусная установка гидроксид натрия

      a₂ = A(a₁Dt₁)^0,6 = 9,81(8577×2)^0,6 = 3406 Вт/м²×К.

      Проверяем равенство удельных тепловых потоков:

      q₁ = a₁Dt₁ = 8577×2 = 17154 Вт/м²,

      q₂ = a₂Dt₂ = 3406×6,5 =22141 Вт/м².

      q₁ ¹ q₂  принимаем Dt₁ = 2,3 °С, тогда

      a₁ = 8577(2/2,3)^0,25 = 8282 Вт/м²×К.

      Dt_ст = a₁Dt₁S(d_cт/l_ст) = 8282×2,3×4,6×10^-4 = 8,8 °С,

      Dt₂ = Dt_п  – Dt₁ – Dt_ст = 16,4 – 8,8 – 2,3 = 5,3 °С.

      a₂ = A(a₁Dt₁)^0,6 = 9,81(8282×2,3)^0,6 = 3627 Вт/м²×К.

      q₁= a₁Dt₁ = 8282×2,3 = 19050 Вт/м².

      q₂ = a₂Dt₂ = 3627×5,3 = 19226 Вт/м².

      Условие q₁ » q₂ выполняется.

9. Коэффициент теплопередачи для второго корпуса

      К = 1/(1/8282 + 4,6×10^-4 + 1/3627) = 1168 Вт/м²×К.

10. Распределение полезной разности температур

Принимаем, что  разность температур распределяется по условию равенства поверхности теплообмена корпусов, тогда

Dt_п = SDt_п(Q₁/K₁)/[ (Q₁/K₁) + (Q₂/K₂)]

Dt_п1 = 25,3(1831/1100)/[(1831/1100) + (1806/1168)] = 13,1 °С

Dt_п2 = 25,3(1806/1168)/[(1831/1100) + (1806/1168)] = 12,2 °С

11. Требуемая поверхность теплообмена

      F₁= Q₁/K₁Dt_п1 = 1831×10³/1100×13,1 = 127 м².

      F₂ = 1806×10³/1168×12,2 = 127 м².

      Выбираем  по ГОСТ 11987–81 аппарат с ближайшей  большей поверхностью теплообмена F = 160 м² [3c.183]:

      диаметр греющей камеры, не более –1200 мм;

      диаметр сепаратора, не более – 2400 мм;

      диаметр циркуляционной трубы, не более 800 мм;

      высота  аппарата, не более 12500 мм;

      масса аппарата, не более  8600 кг.

8. Конструктивный  расчет

Число нагревательных трубок диаметром 38´2, высотой 4 м:

n = F/pd_cpL

где d_cp = 0,036 м – средний диаметр трубки.

n = 160/p0,036×4,0 = 354 шт.

Площадь суммарного сечения всех кипятильных  трубок:

f_тр = 0,785nd_вн² = 0,785×354×0,034² = 0,32 м².

Площадь сечения циркуляционной трубы:

f_ц = 0,3f_тр = 0,3×0,32 = 0,096 м².

Диаметр циркуляционной трубы:

d_ц = (f_ц/0,785)^0,5 = (0,096/0,785)^0,5 = 0,350 м.

Принимаем d_ц = 400 мм. 

Диаметр греющей камеры:

,

где b = 1,25 – коэффициент шага трубок;

a = 60° – при размещении труб по вершинам правильных треугольников;

y = 0,8 – коэффициент использования трубной решетки;

d_н = 0,038 м – наружный диаметр трубок;

А – площадь занимаемая циркуляционной трубой.

A = (d_ц+2bd_н)² = (0,40+2×1,25×0,036)² = 0,24 м²

D = (0,4×1,25²sin60°×160×0,038/0,8×4 + 0,24)^0,5 = 1,13 м.

Принимаем диаметр корпуса греющей камеры 1200 мм. 

Толщина обечайки:

d = DP/2sj +C_к

где D = 1,2 м – диаметр греющей камеры аппарата;

       P = 0,25 МПа – давление греющего пара;

       s = 138 МН/м² – допускаемое напряжение для стали [2 c.76];

       j = 0,8 – коэффициент ослабления из-за сварного шва [2 c.77];

       C_к = 0,001 м – поправка на коррозию.

d = 1,2×0,25/2×138×0,8 + 0,001 = 0,003 м.

        Cогласно рекомендациям [3 c.24] принимаем толщину обечайки d = 8 мм.

Наибольшее  распространение в химическом машиностроении получили эллиптические отбортованные днища по ГОСТ 6533 – 78 [3 c.25], толщина стенки днища d₁ =d = 8 мм.

 
 
 
 
 

Соединение обечайки с днищами осуществляется с помощью  плоских приварных фланцев по ОСТ 26–428–79 [3 c.25]:

 

Расчет  диаметра сепаратора. Принимаем диаметр  сепаратора равным D_c=1,6 м, тогда скорость пара в сепараторе:

w_п = W/r_п0,785D_c² = 0,810/1,24×0,785×1,6² = 0,33 м/с.

Критерий  Рейнольдса:

Re = w_пd_кr_п/m_п,

где d_к = 0,3 мм – диаметр капли;

       m_п = 1,2×10^-5 Па×с – вязкость пара [1 с.557];

Re = 0,33×0,3×10^-3×1,24/1,2×10^-5 = 10,2.

Коэффициент сопротивления:

x = 18,5/Re^0,6 = 18,5/10.2^0,6 = 4,58.

Скорость  витания капли

,

w_вит = [4×9,8(1117 – 1,24)0,3×10^-3/3×4,58×1,24]^0,5 = 0,88 м/с.

Так как  w_п < w_вит, то капли раствора будут оседать под действием силы тяжести, поэтому увеличивать диаметр сепаратора нет необходимости. 

Максимальная  масса аппарата:

G_max = G_a + G_в,

               где G_a = 8600 кг – масса аппарата,

                      G_в – масса воды заполняющей аппарат.

G_в = 1000×0,785D²H = 1000×0,785×1,2²×12,5 =14130 кг,

где Н = 12,5 м – высота аппарата.

G_max = 8600 +14130 =22730 кг = 0,22 МН.

Принимаем, что аппарат установлен на 4 опорах, тогда нагрузка приходящаяся на одну опору:

G_оп = 0,22/4 = 0,055 МН. 

Выбираем  опору с допускаемой нагрузкой 0,063 МН, конструкция которой приводятся на рисунке:

 

Диаметр штуцеров рассчитывается по формуле:

d =

,

где G – массовый расход теплоносителя,

       r - плотность теплоносителя,

       w – скорость движения теплоносителя в штуцере.

Принимаем скорость жидкости в штуцере w = 1 м/с, а для пара w = 20 м/с, тогда

диаметр штуцера для входа греющего пара

d₁ = (0,84/0,785×20×1,39)^0,5 = 0,199 м,

принимаем d₁ = 200 мм.

диаметр штуцера  для выхода конденсата:

d₁ = (0,84/0,785×1×937)^0,5 = 0,034 м,

принимаем d₁ = 32 мм.

диаметр штуцера  для входа раствора:

d₁ = (2,50/0,785×1×1095)^0,5 = 0,054 м,

принимаем d₁ = 50 мм. 

диаметр штуцера  для выхода раствора:

d₁ = (1,69/0,785×1×1117)^0,5 = 0,044 м,

принимаем d₁ =  40 мм.