Расчет и подбор двухкорпусной выпарной установки непрерывного действия для выпаривания нитрата калия (стр. 1 из 2)
Условие задачи
Рассчитать двухкорпусную выпарную установку непрерывного действия для выпаривания So = 12 000 кг/час раствора соли KNO3 от начальной концентрации a1 = 8% вес. до конечной a2 = 55 % вес. Слабый раствор соли подогревается в теплообменнике от tн = 30 ˚C до to = 82 ˚C. Давление греющего пара Pгр = 4,5 ата. Вакуум во втором корпусе составляет Pвак = 690 мм рт. ст. Выпарная установка обсуживается барометрическим конденсатором смешения, питающегося водой с tв = 20 ˚C. Из первого корпуса отводится E = 300 кг/час экстра-пара.
Определить:
1. Расход греющего пара в выпарном аппарате и подогревателе;
2. Поверхности теплообмена подогревателя и выпарных аппаратов;
3. Расход охлаждающей воды в конденсаторе;
4. Диаметр и высоту барометрической трубы.
Схема двухкорпусной выпарной установки
Расчет подогревателя
Исходные данные:
So = 12 000 кг/час;
a1= 8 %;
a2= 55%;
tн= 30 ˚C;
to= 82 ˚C;
tв’= 20 ˚C;
а) Справочные данные* f = y = о =
для раствора а = 8%, to = 82 ˚C
09кг/м3
= 3,91×-6 м2/с
= · = 3,91×-6 м2/с·09кг/м = 3,94519·10-3 Па×с
rр = 2304 кДж/кг
tнас = 100,7 ˚C
r = 2253 кДж/кг
657Вт/м×К
б) Пересчет единиц
1. Количество передаваемого тепла от конденсатора к воде
Q = So×rр = 3,33кг/с×2304 кДж/кг = 7672 (кВт)
2. Расход греющего пара
Дгр = Q/r = 7672 / 2253 = 3,405 (кг/с)
3. Подготовка к расчету коэффициента теплопередачи
; 
; 
а) t = tкон – tкип =18,7 ˚C
б) Расчет A
С = 0,943 (вертикальный теплообменник); Ao = 13·103.
Для выбора высоты теплообменника надо оценить Fор, а для этого нужно задаться К (К < меньш).
Кор = 1000 Вт/м2;
, в каталоге – 497 м2.H = 1400 мм
в) dn·´s = 38х2 [6, стр. 415]
г)
д) Расчет параметра В
4. Расчет коэффициента теплопередачи
| № итерации | К новое | К |
| 1 | 1000 | 1940,997 |
| 2 | 1940,997 | 1860,799 |
| 3 | 1860,799 | 1866,738 |
| 4 | 1866,738 | 1866,293 |
| 5 | 1866,293 | 1866,326 |
| 6 | 1866,326 | 1866,324 |
| 7 | 1866,324 | 1866,324 |
Красч = 1866 (итог четвертой итерации)
5. Расчет поверхности теплообмена
Уточнение подбора по каталогу, при условии, что Fкатал > Fрасч; Hкатал < 1,4 м
Выбираем одноходовой теплообменник типа ТН или ТЛ: F = 239 м2, H = 1,2 м, ×-3 м.
Расчет двухкорпусной выпарной установки
Исходные данные:
So = 12 000 кг/час;
ao = 8 %;
a2 = 55 %;
tн = 30 ˚C;
to = 82 ˚C;
Pгр = 4,5 ата = 4,413 бар;
Pвак = 690 ммрт. ст.;
tв’= 20 ˚C;
E = 300 кг/час.
а) Справочные данные из [1] и [2]
| a%, масс | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 40 | 60 | 8 | 55 |
| tкип, ˚С | 100 | 100,5 | 100,9 | 101,2 | 102,1 | 104,1 | 108,2 | 100,7 | 107,0 | ||
| = q | 1 | 0,98 | 0,96 | 0,94 | 0,92 | 0,9 | 0,88 | 0,84 | 0,76 | 0,968 | 0,78 |
б) Пересчет единиц
; 
; 
; 
1. Расчет количества выпаренной воды и распределение ее по корпусам. Расчет концентрации a1
2. Расчет температурных депрессий и температур кипения
При концентрации a1 = 17,3%, ta1 101,4 ˚С;
1 = ta1 – tст = 101,6 -100,0 = 1,4 ˚C
Во втором корпусе считаем по правилу Бабо.
Абсолютное давление PII = Pатм – Pвак = 1,033 – 0,842 = 0,191 атм = 0,188 бар
(Ps)ст берется из таблицы насыщенных паров для температуры кипения раствора при a2 = 55% (tкип = 107 ˚С). (Ps)ст = 1,294 бар. [3, таблица 1].
; 
(бар)По давлению 0,240 бар ищем температуру кипения раствора во втором корпусе: tкип = 64,08 ˚C. Определяем при давлении 0,188 бар: 58,7 ˚C [3, таблица 2].
Поправка Стабникова не вводится, т.к. растворение соли KNO3 является эндотермическим [4, таблица XXXVII].
II = t кип – II = 64,0 – 58,7 = 5,3 ˚C.
3. Суммарная полезная разность температур
По Pгр = 4,5 ата 4,4 бар находим по таблице насыщенных паров [3, таблица 2] находим T1 = 147,1 ˚C.
Г(1-2) примерно от 1 до 3 ˚C. Принимаем Г(1-2) = 1,7 ˚C.
(˚С)Распределяем произвольно по корпусам:
1 = 40 ˚C;
2 = 40 ˚C.
4. Таблица первого приближения
| Символ | I приближение | |||
| Предварительный вариант | Окончательный вариант | |||
| I корпус | II корпус | I корпус | II корпус | |
| T | 147,1 | 104 | 143,9 | |
| | 40 | 40 | ||
| t | 107,1 | 64 | 64 | |
| | 1,4 | 5,3 | 5,3 | |
| | 101,7 | 58,7 | 58,7 | |
| Г | 1,7 | 1,7 | ||
| a% | 17,3 | 55 | 17,3 | 55 |
| Pгр | 4,4 | 0,239 | 4,5 | |
| P | 1,29 | 0,188 | 0,188 | |
| h | 2742 | 2616 | 2742 | |
| i | 2713 | 2607 | 2607 | |
t – температура кипения раствора. t = T –
– температура вторичного пара = t -
P – давление внутри корпуса (по таблице свойств воды и пара на линии насыщения при t)
по таблице сухого насыщенного пара ;-\5. Уточнение значений Wi (W1, W2)
Составим тепловой баланс по второму корпусу:
Теплоемкость исходного раствора Co = 3,94 кДж/кг×град [1]
Теплоемкость конденсата Cк = 4,23 кДж/кг×град [5]
Теплоемкость растворителя Cр = 4,20 кДж/кг×град [5]
= 1,384 [кг/с] 
Подготовка к расчету поверхности теплообмена
А – множитель в выражени для коэффициента теплоотдачи от конденсирующегося пара к поверхности нагрева;
B – множитель в выражении для коэффициента теплоотдачи от поверхности нагрева к кипящему раствору.
а) Расчет AI и AII.
. Принимаем Kор = 1100 Вт/м2×K. 
[м2]С = 0,943 [5, стр. 149]
A0I = 13,0×103, A0II = 12,2×103 [5, стр 138]
По справочнику находим для F = 82 м2 высоту выпарного аппарата H = 3,5 м. [6, стр. 416].
б) Расчет BоI и BоII.
 | (бар) |
| (бар) |
Для выпарного аппарата выбираем материал Х-28 хлористая сталь,
4,25 ккал/(м·град·ч) 4,94 Вт/м×К. = 2 мм = 0,002 м
6. Расчет комплексов для расчетного уравнения
| Корпус |  |  |  |  |  |  |
| I | 386,3 | 2813 | 1402 | 51562 | 37,22 | 43,54 |
| II | 336,6 | 2341 | 1146 | 153146 | 53,50 | 81,78 |
| | — | 5154 | 2548 | — | 90,72 | 123,61 |
ст1 = ст2, ст1 = ст2.