Описание схемы трёхкорпусной выпарной установки

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

____________________ Расчёт трёхкорпусной выпарной установки ___________________ _____________________________________________________________________________

(название темы)

 

по дисциплине   ”Тепломассообменное оборудование” _____________________________

Допущен к защите «__ ____20__г.                   Работа выполнена студентом группы

ДТЕТБ-41 Салин С.Е.              ________

                 (Ф.И.О)                   подпись

 

Руководитель работы

____________

подпись                                                                 

 

Оценка полученная на защите                          Руководитель работы

«                          »                                           к.т.н.,доцент Ильин Р.А.

                                                                    (ученая степень, ученое звание, Ф.И.О)

 

Члены комиссии:

_________________(Атдаев Д.И)

подпись                                  Ф.И.О.

_________________(Ильин Р.А.)

подпись                                  Ф.И.О.

_________________(__________)

подпись                             Ф.И.О.

 

 

 

Астрахань 2020

Содержание

1. Задание на проектирование. 3

2. Описание схемы трёхкорпусной выпарной установки. 4

3. Определение поверхности теплообмена выпарного аппарата. 6

3.1 Расчёт концентраций упариваемого раствора. 6

3.2 Определение температур кипения растворов. 7

3.3 Полезные разности температур по корпусам.. 12

3.4 Определение тепловых нагрузок. 12

3.5 Расчёт коэффициентов теплопередачи. 15

3.6 Распределение полезной разности температур. 23

3.7 Поверхность теплопередачи выпарного аппарата. 24

4. Конструктивный расчёт выпарной установки. 33

5. Гидравлический расчёт выпарной установки. 35

6. Прочностной расчёт элементов выпарного аппарата. 37

6.1 Расчёт толщины трубной решётки. 37

6.2 Расчёт толщины обечайки. 37

7. Определение толщины тепловой изоляции выпарной установки. 39

8. Расчёт барометрического конденсатора. 40

8.1 Определение расхода охлаждающей воды.. 40

8.2 Расчёт диаметра барометрического конденсатора. 41

8.3 Расчёт высоты барометрической трубы.. 41

8.4 Расчёт производительности вакуум-насоса. 42

Приложение. 44

Список литературы.. 50

 

Задание на проектирование

Спроектировать трёхкорпусную выпарную установку для концентрирования G_н= 3900 кг/ч (1,1 кг/с) раствора MgCl₂ от начальной концентрации x _н = 5,6 % до конечной концентрации x _к = 14 %.

1. Обогрев производится водяным паром давлением Р _г1 = 4,8 атм. (4,8  10⁵ Па).

2. Давление в барометрическом конденсаторе Р _б.к. = 1,02 атм. (1,02 10⁵ Па).

3. Тип выпарного аппарата: с принудительной циркуляцией, соосной греющей камерой и вынесенной зоной кипения.

4. Взаимное направление пара и раствора: прямоток.

5. Отбор экстра-пара не производится.

6. Раствор поступает в первый корпус подогретым до температуры кипения.

 

Определение поверхности теплообмена выпарного аппарата

 

Расчёт многокорпусных выпарных установок проводим методом последовательных приближений.

Первое приближение.

Производительность установки по выпариваемой воде определяем из уравнения материального баланса:

,

 производительность установки по выпариваемой воде, кг/с;  расход раствора, поступающего в выпарную установку, кг/с;  начальная концентрация раствора, %;  конечная концентрация раствора, %.

 

Прочностной расчёт элементов выпарного аппарата

Расчёт толщины обечайки

 

Толщина обечайки определяется по уравнению:

где  давление греющего пара 1-го корпуса, МПа;  коэффициент прочности сварного шва, равный ;  допустимое напряжение материала трубной решётки, МН/м²;  поправка на коррозию, принимаемая 2 8 мм в зависимости от скорости коррозии материала обечайки, м.

Принимаем толщину обечайки 6 мм.

 

Приложение

 

Таблица 1. Параметры насыщенного пара

По давлению
Давление Р, бар	Температура насыщения		Плотность пара , кг/м^3	Энтальпия воды i, кДж/кг	Энтальпия пара I, кДж/кг	Теплота парообразования r, кДж/кг
0,10	45,82		0,0680	191,84	2586,9	2392,1
0,12	49,44		0,0808	206,96	2590,6	2383,7
0,14	52,57		0,0935	220,05	2596,1	2376,0
0,16	55,34		0,1059	231,63	2601,1	2369,5
0,18	57,82		0,1184	242,03	2605,4	2363,3
0,20	60,08		0,1307	251,43	2609,2	2357,7
0,25	64,99		0,1613	272,03	2617,6	2345,5
0,3	69,12		0,1911	289,30	2624,6	2335,3
0,4	75,87		0,2501	317,62	2636,3	2318,7
0,5	81,33		0,3084	340,53	2645,2	2304,7
0,6	85,94		0,3658	359,90	2653,1	2293,2
0,7	89,95		0,4225	376,79	2659,8	2283,1
0,8	93,50		0,4787	391,75	2665,3	2273,5
0,9	96,71		0,5345	405,19	2670,2	2265,1
1,0	99,62		0,5896	417,47	2674,9	2257,5
1,2	104,80		0,6993	439,34	2683,0	2246,6
1,4	109,31		0,8084	458,42	2690,1	2231,7
1,6	113,31		0,9158	475,41	2696,3	2220,8
1,8	116,93		1,0223	490,68	2701,8	2211,1
2,0	120,23		1,1287	504,74	2706,8	2202,0
2,2	123,27		1,2341	517,7	2711,0	2193,3
2,4	126,09		1,3389	529,9	2714,9	2185,0
2,6	128,73		1,4432	541,2	2718,9	2177,7
2,8	131,20		1,5473	551,7	2722,3	2170,7
3,0	133,54		1,6515	561,7	2725,5	2163,9
3,5	138,87		1,9080	584,4	2732,3	2147,9
4,0	143,62		2,1631	604,6	2738,7	2134,1
4,5	147,92		2,4160	623,0	2743,9	2120,9
5	151,84		2,6674	640,1	2748,8	2108,7
6	158,84		3,1686	670,6	2756,9	2086,3
7	164,96		3,6657	697,2	2763,7	2066,5
8	170,41		4,1615	720,9	2769,0	2069,0
9	175,36		4,6533	742,7	2773,7	2031,0
10	179,88		5,1414	726,4	2777,8	2015,3
11	184,05		5,6338	781,3	2781,2	1999,9
12	187,95		6,1237	798,4	2784,6	1986,2
13	191,60		6,6138	814,6	2787,4	1972,7
14	195,04		7,1023	830,0	2789,7	1959,7
15	198,28		7,5930	844,5	2791,8	1947,3
16	201,36		8,0775	858,3	2793,5	1935,2
17	204,30		8,5690	871,7	2795,3	1923,5
По температуре
Температура насыщения		Давление Р, бар	Плотность пара , кг/м^3	Энтальпия воды i, кДж/кг	Энтальпия пара I, кДж/кг	Теплота парообразования r, кДж/кг
45		0,0958	0,0654	188,393	2582,62	2394,23
50		0,1224	0,0830	209,296	2591,48	2382,18
55		0,1574	0,1044	230,208	2600,28	2370,08
60		0,1992	0,1302	251,129	2609,03	2357,90
65		0,2501	0,1613	272,062	2617,70	2345,63
70		0,3116	0,1982	293,009	2626,29	2333,28
75		0,3855	0,2419	313,971	2634,80	2320,83
80		0,4736	0,2934	334,952	2643,22	2308,27
85		0,5780	0,3536	355,953	2651,55	2295,59
90		0,7011	0,4236	376,977	2659,76	2282,79
95		0,8453	0,5045	398,027	2667,86	2269,84
100		1,0133	0,5977	419,105	2675,84	2256,73
105		1,2080	0,7046	440,21	2683,68	2243,47
110		1,4326	0,8264	461,36	2691,38	2230,02
115		1,6905	0,9649	482,54	2698,93	2216,39
120		1,9854	1,1215	503,76	2706,31	2202,54
125		2,3208	1,2980	525,03	2713,52	2188,49
130		2,7011	1,4962	456,36	2720,54	2174,19
135		3,1305	1,7182	567,72	2727,37	2159,65
140		3,6136	1,9227	589,15	2733,99	2144,85
145		4,1549	1,9660	610,64	2740,40	2129,76
150		4,7597	2,2416	632,19	2746,57	2114,38
155		5,4330	2,8857	653,82	2752,50	2098,69
160		6,1804	3,2589	675,81	2758,18	2082,66
165		7,0075	3,6701	697,29	2763,59	2066,30
170		7,9203	4,1217	719,15	2768,72	2049,56
175		8,9247	4,6170	741,11	2773,55	2032,45
180		10,027	5,1586	763,15	2778,09	2014,93
185		11,234	5,7504	785,30	2782,30	1997,00
190		12,552	6,3959	807,55	2786,18	1978,63
195		13,989	7,0982	829,92	2789,72	1959,80
200		15,550	7,8622	852,41	2792,85	1940,44
205		17,246	8,6919	875,02	2795,61	1920,59

 

Таблица 2.Основные параметры и размеры аппаратов (по ГОСТ 11987-81)

Номинальная поверхность теплообмена F, м^2	Диаметр греющей камеры D к, мм	Диаметр сепаратора D с, мм	Диаметр циркуляционной трубы D ц, мм	Высота аппарата H, мм	Масса аппарата М, кг
Длина трубок l =6000 мм	Аппарат с принудительной циркуляцией, сосной греющей камерой и вынесенной зоной кипения (тип 3, исполнение 2) (высота парового пространства L не более 3000 мм, диаметр труб d=38 2 мм)
25	400	1200	200	15000	3000
40	600	1400	250	16500	4700
63	600	1900	400	16500	4850
100	800	2200	500	17000	6000
125	800	2600	500	17000	6600
160	1000	2800	600	18000	8300
200	1000	3000	600	18000	11300
250	1200	3400	700	19000	13000
315	1200	3800	700	19000	15500
400	1400	4000	800	19000	19000
500	1600	4500	800	21000	26500
630	1800	5000	900	21000	29800
800	2000	5600	1000	21000	32000
1000	2000	6000	1000	23500	42000
1250	2200	6000	1200	23500	55000
1400	2200	6400	1200	23500	62000
1600	2400	6400	1200	25000	65000
1800	2600	7000	1400	25000	69500
2000	2800	7000	1400	25000	70000
2240	3000	7000	1400	25500	85000
2500	3000	8000	1600	25500	87500
2900	3200	8000	1600	27000	112000
3150	3200	8000	1600	27000	115000

 

Таблица 3. Физические свойства MgCl₂

Поверхностное натяжение , плотность  и теплопроводность  при различной концентрации раствора

Температура для	Н/м при t = var
	кг/м^3 при t = const = 20
	Концентрация, %
	5	10	20	50
18
	1040	1082	1171	1171

 

Вт/(м )	Концентрация,% при t = const = 20
	10	20	35
	1,27	1,89	5,1

 

Таблица 4. Температурная депрессия раствора MgCl₂ при атмосферном давлении

Концентрация раствора,%
10	20	30	35	40	45	50	55	60
2,0	6,6	13,4	22,0	-	-	-	-	-

 

Относительный диаметр трубной решётки	Число труб n		Относительный диаметр трубной решётки	Число труб n
	Ромбическое расположение	Концентрическое расположение		Ромбическое расположение	Концентрическое расположение
2	7	7	22	439	410
4	19	19	24	517	485
6	37	37	26	613	566
8	61	62	28	721	653
10	91	93	30	823	747
12	127	130	32	931	847
14	187	173	34	1045	953
16	241	223	36	1165	1066
18	301	279	38	1306	1185
20	367	341	40	1459	1310

Таблица 5. Число труб в зависимости от расположения их в трубной решетке

Таблица 6

Диаметр труб d, мм	Шаг между трубками t, мм
25	32
38	48
57	70

 

 

Список литературы

1. Методическое пособие по расчёту трёхкорпусной выпарной установки по курсу «Процессы и аппараты пищевых производств», «Процессы и аппараты химических технологий» / А.Г. Хантургаев, С.С. Ямпилов, Л.К. Норбоева и др., Улан-Удэ, ИПЦ ВСГТУ, 2006-57 с.

2. ГОСТ 11987-81 Аппараты выпарные трубчатые стальные: типы, основные параметры и размеры.

3. Учебное пособие «Расчёт и конструктивное оформление выпарных установок» / Т.Д. Ланина, Б.Г. Варфоломеев, О.А. Карманова, Ухта, УГТУ, 2009-60 с.

4. Конахин А.М., Конахина И.А., Ахметова Э.А., Скулина Ю.Н. "Выпарные и кристаллизационные установки". Учебное пособие Казань: Казан. Гос. Энерг. Ун-т, 2006. - 172с.

5. А.А. Захаров, Л.Т. Бахшиев, Б.П. Кондауров и др. "Процессы и аппараты химической технологии". - М.: Издательский центр "Академия", 2006. - 528 с.

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

____________________ Расчёт трёхкорпусной выпарной установки ___________________ _____________________________________________________________________________

(название темы)

 

по дисциплине   ”Тепломассообменное оборудование” _____________________________

Допущен к защите «__ ____20__г.                   Работа выполнена студентом группы

ДТЕТБ-41 Салин С.Е.              ________

                 (Ф.И.О)                   подпись

 

Руководитель работы

____________

подпись                                                                 

 

Оценка полученная на защите                          Руководитель работы

«                          »                                           к.т.н.,доцент Ильин Р.А.

                                                                    (ученая степень, ученое звание, Ф.И.О)

 

Члены комиссии:

_________________(Атдаев Д.И)

подпись                                  Ф.И.О.

_________________(Ильин Р.А.)

подпись                                  Ф.И.О.

_________________(__________)

подпись                             Ф.И.О.

 

 

 

Астрахань 2020

Содержание

1. Задание на проектирование. 3

2. Описание схемы трёхкорпусной выпарной установки. 4

3. Определение поверхности теплообмена выпарного аппарата. 6

3.1 Расчёт концентраций упариваемого раствора. 6

3.2 Определение температур кипения растворов. 7

3.3 Полезные разности температур по корпусам.. 12

3.4 Определение тепловых нагрузок. 12

3.5 Расчёт коэффициентов теплопередачи. 15

3.6 Распределение полезной разности температур. 23

3.7 Поверхность теплопередачи выпарного аппарата. 24

4. Конструктивный расчёт выпарной установки. 33

5. Гидравлический расчёт выпарной установки. 35

6. Прочностной расчёт элементов выпарного аппарата. 37

6.1 Расчёт толщины трубной решётки. 37

6.2 Расчёт толщины обечайки. 37

7. Определение толщины тепловой изоляции выпарной установки. 39

8. Расчёт барометрического конденсатора. 40

8.1 Определение расхода охлаждающей воды.. 40

8.2 Расчёт диаметра барометрического конденсатора. 41

8.3 Расчёт высоты барометрической трубы.. 41

8.4 Расчёт производительности вакуум-насоса. 42

Приложение. 44

Список литературы.. 50

 

Задание на проектирование

Спроектировать трёхкорпусную выпарную установку для концентрирования G_н= 3900 кг/ч (1,1 кг/с) раствора MgCl₂ от начальной концентрации x _н = 5,6 % до конечной концентрации x _к = 14 %.

1. Обогрев производится водяным паром давлением Р _г1 = 4,8 атм. (4,8  10⁵ Па).

2. Давление в барометрическом конденсаторе Р _б.к. = 1,02 атм. (1,02 10⁵ Па).

3. Тип выпарного аппарата: с принудительной циркуляцией, соосной греющей камерой и вынесенной зоной кипения.

4. Взаимное направление пара и раствора: прямоток.

5. Отбор экстра-пара не производится.

6. Раствор поступает в первый корпус подогретым до температуры кипения.

 

Описание схемы трёхкорпусной выпарной установки

 

Исходный разбавленный раствор из промежуточной ёмкости центробежным насосом закачивается в теплообменник (Рисунок 1), где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения, а затем подаётся в первый корпус выпарной установки. Предварительный подогрев раствора повышает интенсивность кипения в выпарном аппарате.

Рисунок 1. Схема трехкорпусной выпарной установки

 

Первый корпус обогревается свежим водяным паром. Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус. Сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из первого корпуса. Аналогично третий корпус обогревается вторичным паром второго и в нём производится концентрирование раствора, поступившего из второго корпуса.

Самопроизвольное перетекание раствора и вторичного пара в следующие корпуса возможно благодаря общему перепаду давлений, возникающему в результате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса в барометрическом конденсаторе смещения (где заданное давление поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующихся газов вакуум-насосом). Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи барометрической трубы с гидрозатвором. Образующийся в третьем корпусе концентрированный раствор центробежным насосом подаётся в промежуточную ёмкость упаренного раствора.

Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов выводится с помощью конденсатоотводчика.