Автор работы: Пользователь скрыл имя, 11 Мая 2012 в 14:24, курсовая работа
В химической промышленности выпариванию подвергают растворы твердых веществ (главным образом водные растворы щелочей, солей и др.), а также растворы высококипящих жидкостей, обладающих при температуре выпаривания очень малым давлением пара (некоторые минеральные и органические кислоты, многоатомные спирты и др.).
Введение
3
Основные условные обозначения
8
1.
Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов
10
1.1
Расчёт концентраций упариваемого раствора
10
1.2
Определение температур кипения растворов
12
1.3
Расчёт полезной разности температур
18
1.4
Определение тепловых нагрузок
19
1.5
Выбор конструкционного материала
21
1.6
Расчёт коэффициентов теплопередачи
22
1.7
Распределение полезной разности температур
29
1.8
Уточнённый расчёт поверхности теплопередачи
30
2.
Определение толщины тепловой изоляции
54
3.
Расчёт барометрического конденсатора
55
3.1
Определение расхода охлаждающей воды
55
3.2
Расчёт диаметра барометрического конденсатора
55
3.3
Расчёт высоты барометрической трубы
55
4.
Расчёт производительности вакуум-насоса
60
5.
Расчёт диаметров трубопроводов и подбор штуцеров
62
6.
Расчёт насоса для подачи исходной смеси
65
7.
Расчёт теплообменника-подогревателя
71
8.
Расчёт вспомогательного оборудования выпарной установки
77
8.1.
Расчёт конденсатоотводчиков
77
8.1.1
Расчёт конденсатоотводчиков для первого корпуса выпарной установки
77
8.1.2
Расчёт конденсатоотводчиков для второго корпуса выпарной установки
78
8.1.3
Расчёт конденсатоотводчиков для третьего корпуса выпарной установки
79
8.2
Расчёт ёмкостей
80
9.
Механические расчёты основных узлов и деталей выпарного аппарата
81
9.1
Расчёт толщины обечаек
81
9.2
Расчёт толщины днищ
83
9.3
Определение фланцевых соединений и крышек
85
9.4
Расчет аппарата на ветровую нагрузку
86
9.5
Расчёт опор аппарата
91
Заключение
95
Библиографический список
97
Приложения
98
Вт/(м2∙К)
Таблица 3 Физические свойства кипящих растворов Na2SO4 и их паров:
Параметр |
Корпус | ||
1 |
2 |
3 | |
Теплопроводность раствора λ, Вт/(м∙К) |
0,342 |
0,354 |
0,378 |
Плотность раствора ρ, кг/м3 |
1071 |
1117 |
1328 |
Теплоёмкость раствора с, Дж/(кг∙К) |
3855 |
3771 |
3205 |
Вязкость раствора μ, Па∙с |
0,24 ∙ 10-3 |
0,29 ∙ 10-3 |
0,675 ∙ 10-3 |
|
Поверхностное натяжение σ, Н/м |
0,0746 |
0,0758 |
0,0803 |
Теплота парообразования rв, Дж/кг |
2173 ∙ 103 |
2242 ∙ 103 |
2333 ∙ 103 |
|
Плотность пара ρп, кг/м3 |
1,58 |
0,91 |
0,1979 |
Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
Вт/м2
Вт/м2
Как видим, q’ ≠ q”. Для второго приближения примем Δt1 = 0,7 град, пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры, рассчитываем α1 по соотношению:
Вт/(м2∙К)
Тогда получим:
град
град
Вт/(м2∙К)
Вт/м2
Вт/м2
Как видим, q’ ≈ q”. Если расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3%, на этом расчёт коэффициентов α1 и α2 заканчивают. Находим К1:
Вт/(м2∙К)
Далее рассчитываем коэффициент
теплопередачи для второго
Вт/(м2∙К)
град
град
Вт/(м2∙К)
Вт/м2
Вт/м2
Как видим, q’ ≠ q”. Для второго приближения примем Δt1 =1,5 град.
Вт/(м2∙К)
Тогда получим:
град
град
Вт/(м2∙К)
Вт/м2
Вт/м2
Как видим, q’ ≈ q”. Так как расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3%, на этом расчёт коэффициентов α1 и α2 заканчиваем и находим К2:
Вт/(м2∙К)
Рассчитаем теперь коэффициент теплопередачи для третьего корпуса К3. Примем в первом приближении Δt1 = 2,0 град.
Вт/(м2∙К)
град
град
Вт/(м2∙К)
Вт/м2
Вт/м2
Как видим, q’ ≠ q”. Для второго приближения примем Δt1 = 6,0 град.
Вт/(м2∙К)
Тогда получим:
град
град
Вт/(м2∙К)
Вт/м2
Вт/м2
Очевидно, что q’ ≠ q”. Для расчёта в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой (рис. 3) и определяем Δt1.
Рис. 3. График зависимости удельной тепловой нагрузки q от разности температур Δt1.
Согласно графику можно определить Δt1 = 5,6 град. Отсюда получим:
Вт/(м2∙К)
град
град
Вт/(м2∙К)
Вт/м2
Вт/м2
Как видим, q’ ≈ q”. Так как расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3%, на этом расчёт коэффициентов α1 и α2 заканчиваем и находим К3:
Вт/(м2∙К)
1.7 Распределение полезной разности температур
Полезные разности температур в корпусах установки находим из условия равенства их поверхностей теплопередачи:
(21)
где Δtпj, Qj, Kj – соответственно полезная разность температур, тепловая нагрузка, коэффициент теплопередачи для j-го корпуса.
град
град
Проверим общую полезную разность температур установки:
град
Теперь рассчитаем поверхность теплопередачи выпарных аппаратов по формуле (1):
м2
м2
м2
Найденные значения мало отличаются от ориентировочно определённой ранее поверхности Fор. Поэтому в последующих приближениях нет необходимости вносить коррективы на изменение конструктивных размеров аппаратов (высоты, диаметра и числа труб). Сравнение распределённых из условия равенства поверхностей теплопередачи и предварительно рассчитанных значений полезных разностей температур представлено в таблице 4:
Таблица 4 Сравнение распределенных и предварительно рассчитанных значений полезных разностей температур
Параметр |
Корпус | ||
1 |
2 |
3 | |
Распределённые в первом приближении значения Δtп, °С |
21,5 |
17,8 |
16,54 |
Предварительно рассчитанные значения Δtп, °С |
9,76 |
14,6 |
31,48 |