Трехкорпусная вакуум-выпарная установка

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Трехкорпусная вакуум-выпарная установка

Трехкорпусная вакуум-выпарная установка

Министерство образования Российской Федерации

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНОЙ ЭКОЛОГИИ

Факультет Инженерной Экологии

Кафедра ПАХТ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ТЕМА ПРОЕКТА. 3-х корпусная вакуум-выпарная установка

Зав. кафедрой академик РАН А.М.Кутепов

Руководитель проекта профессор В.В.Бутков

Студентка Н.А.Карпунина

Группа И-37

Содержание

Введение

Глава 1. Технологический расчет выпарной установки

Глава 2. Выбор вспомогательного оборудования

Глава 3. Расчет барометрического конденсатора

Глава 4. Расчет теплообменного аппарата

Глава 5. Расчет штуцеров

Глава 6. Расчеты на прочность

Список литературы

Приложение. Результаты компьютерных расчетов

Введение

На рисунке показана принципиальная схема трехкорпусной выпарной установки. Исходный раствор из промежуточной емкости 1 центробежными насосами 2 подается в теплообменник 3 (где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения), а затем- в первый корпус 4 выпарной установки. Предварительный подогрев раствора повышает интенсивность кипения в выпарном аппарате 4.

Первый корпус обогревается свежим водяным паром. Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус 5. Сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из 1-го корпуса. Аналогично третий корпус 6 обогревается вторичным паром второго и в нем производится концентрирование раствора, поступившего из второго корпуса.

Самопроизвольный переток раствора и вторичного пара в следующие корпуса возможен благодаря общему перепаду давлений, возникающему в результате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса в барометрическом конденсаторе смешения 7 (где заданное давление поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующихся газов вакуум-насосом 8). Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи барометрической трубы с гидрозатвором 9. Образующийся в третьем корпусе концентрированный раствор центробежным насосом 10 подается в промежуточную емкость упаренного раствора 11.

Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов выводится с помощью кондесатоотводчиков 12.

Глава 1. Технологический расчет выпарной установки

Для определения температурных потерь за счет гидростатичес-кого эффекта необходимо рассчитать оптимальный уровень заполнения греющих трубок и давления раствора в аппаратах на уровне половины длины греющих трубок (у середины греющих трубок).

3) Оптимальную высоту заполнения трубок раствором находим

по эмпирической формуле

где длина греющих трубок, м.

4) Гидростатическое давление столба у середины греющих трубок

5) Давление раствора в корпусах у середины греющих трубок

Исходя из условия получения равных поверхностей нагрева для каждого корпуса установки полезная разность температур по корпусам может быть определена по уравнению

Распределение полезной разности температур по корпусам

Температура кипения раствора в трубках составит

5) Температура кипения раствора на верхнем уровне по корпусам:

Температура вторичного пара по корпусам:

Находим

и сравниваем тепловые потоки и

Так как , то задаем новое значение и повторяем вы-шеуказанные расчеты.

2 приближение:

Очевидно, что .

Для расчета в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой в первом корпусе и определяем

.Получим:

Как видим, .

Так как расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 5 % , то расчет коэффициентов и на этом заканчиваем. Находим :

Аналогичный расчет проводим для II-го и III-го корпусов.

2) 1 приближение:

2 приближение:

3) 1 приближение:

2 приближение:

Таблица 6

Целью этого расчета является вычисление условного прохода основных штуцеров и определение в соответствии со стандартами их размеров.

Воспользуемся общей формулой определения расхода

 , где

G-расход жидкости или газа, проходящего через штуцер, кг/час;

d-условный проход штуцера, м;

-скорость жидкости или газа, м/с;

-плотность среды в штуцере.

Тогда

.

Расчет будем вести по плану:

штуцера для раствора;

штуцера для пара;

штуцера для конденсата.

Расчет штуцеров для входа и выхода раствора.

Условный проход штуцеров для входа раствора.

;

;

Плотности раствора берем при начальных концентрациях и температурах кипения раствора для соответствующего корпуса. Скорость течения жидкости принимаем равной 1 м/с для 2-го и

3-го корпусов, считая ее движение самотечным, и 2 м/с для 1-го корпуса как для жидкости, качаемой насосом.

Т.к. все три аппарата предполагаются быть одинаковыми, выбираем максимальный из трех диаметров:

.

Условный проход штуцеров для выхода раствора.

;

;

Плотности раствора берем при конечных концентрациях и температурах кипения раствора для соответствующего корпуса. Скорость течения жидкости принимаем равной 1 м/с для всех корпусов, считая ее движение самотечным.

Выбираем максимальный из трех диаметров:

.

Т.к. выходящий раствор из корпуса является входящим в следу-ющий корпус, то из условия удобства конструирования установки штуцера для раствора следует принять одинаковыми. Поэтому условный проход штуцеров для раствора будет равен

.

По справочнику [5] выбираем штуцера с плоскими приварными фланцами типа 80-6-155-ВСт3сп4-10 ОСТ 26-1404-76.

Расчет штуцеров для греющего и вторичного пара.

Условный проход штуцеров для греющего пара.

;

;

Плотности паров берем при температурах греющих паров для соответствующих корпусов. Скорость течения пара принимаем равной 25 м/с , считая пар насыщенным.

Т.к. все три аппарата предполагаются быть одинаковыми, выбираем максимальный из трех диаметров:

.

Условный проход штуцеров для вторичного пара.

;

;

.

Плотности паров берем при температурах вторичных паров для соответствующих корпусов.

Скорость течения пара принимаем равной 25 м/с для 1-го и 2-го корпусов, считая пар насыщенным, а для 3-го корпуса 75 м/с, т.к. здесь пар находится под разрежением.

Выбираем максимальный из трех диаметров:

.

Т.к. вторичный пар для одного корпуса является греющим для следующего корпуса, то из условия удобства конструирования установки штуцера для греющих и вторичных паров следует принять одинаковыми. Поэтому условный проход штуцеров для пара будет равен

.

По справочнику [5] выбираем штуцера с плоскими приварными фланцами типа 300-6-190-ВСт3сп4-10 ОСТ 26-1404-76.

Расчет штуцеров для отвода конденсата.

;

;

Плотность воды берем при температурах греющих паров, считая, что пар конденсируется, не охлаждаясь. Скорость течения жидкости принимаем равной 1 м/с для всех корпусов, считая ее движение самотечным.

Выбираем максимальный из трех диаметров:

.

По справочнику [5] выбираем штуцера с плоскими приварными фланцами типа 32-6-155-ВСт3сп4-10 ОСТ 26-1404-76.

Глава 6. Расчеты на прочность

Мы нашли толщину стенки аппарата в рабочем состоянии. Теперь необходимо произвести аналогичный расчет при гидравлических испытаниях.

Допускаемое напряжение найдем по формуле

Пробное давление при гидравлическом испытании

Тогда толщина цилиндрической оболочки

.

Принимаем S=6 мм.

Проверка на устойчивость.

Для проверки аппарата на устойчивость воспользуемся формулой Мизеса для длинных цилиндров. В соответствии с этой формулой, внешнее критическое давление будет равно

, где

E-модуль упругости (для стали );

S-толщина стенки оболочки;

-коэффициент Пуассона (для стали =0.3);

R-средний радиус оболочки.

Тогда

.

Коэффициент запаса устойчивости составляет примерно . Тогда допускаемое критическое давление

.

Как мы видим, при толщине стенки S=6 мм устойчивость оболочки не обеспечивается, поэтому принимаем S=12 мм. В этом случае

.

И .

Устойчивость обеспечена.

Список литературы

1. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. М.: Химия, 1987.-496 c.

2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. Л.: Химия, 1987.- 576 с.

2*. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. Л.: Химия, 1976.- 576 с.

3. Практикум по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Под ред. А.М.Кутепова, Д.А.Баранова.-М.:МГУИЭ, 2000.-264 с.

4. Основные процессы и аппараты химической технологии. Под ред. Ю.И.Дытнерского.-М.: Химия, 1991.-496 с.

5. Лащинский, Толчинский. Основы расчета и конструирования химической аппаратуры. Справочник.

6. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств. Примеры и задачи. Под общ. ред. М.Ф.Михалева.-Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984.-301 с.