244
.pdfУчебное издание
Алексеев Пётр Григорьевич Захаров Михаил Константинович Таран Александр Леонидович
Методическое пособие
по тепловому расчёту двухкорпусных прямоточных выпарных установок с равными поверхностями нагрева
Подписано в печать с готового оригинал-макета _______________
Гарнитура Times New Roman. Формат 60×90/16. Усл. печ. л. 3.
Бумага офсетная. Печать офсетная. Отпечатано на ризографе.
Тираж _______________ экз. Заказ №_______________.
ИПЦ МИТХТ им. М. В. Ломоносова 117571, г. Москва, пр-т Вернадского, 86
- 40 -
Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Московская государственная академия тонкой химической технологии имени М. В. Ломоносова
Кафедра процессов и аппаратов химической технологии
П. Г. Алексеев, М. К. Захаров, А. Л. Таран
Методическое пособие
по тепловому расчёту двухкорпусных прямоточных выпарных установок с равными поверхностями нагрева
Москва
2007 год
www.mitht.ru/e-library
УДК 66.02 (076.1) |
Для заметок |
ББК 35.114 |
|
Рецензент: доктор технических наук, профессор И. М. Ага- |
|
янц, МИТХТ имени М. В. Ломоносова. |
|
Тепловой расчёт двухкорпусных прямоточных выпарных |
|
установок с равными поверхностями нагрева: Методическое по- |
|
собие / П. Г. Алексеев, М. К. Захаров, А. Л. Таран. – М.: ИПЦ |
|
МИТХТ им. М. В. Ломоносова, 2007. – 40 с.: ил. |
|
Компьютерная вёрстка: Р. А. Жаков. |
|
Данное методическое пособие является дополнением к |
|
учебнику «Общий курс процессов и аппаратов химической тех- |
|
нологии», выпущенного кафедрой ПАХТ в 2х томах, и являю- |
|
щегося основой лекционного материала для студентов 3го курса |
|
дневного отделения бакалавриата всех направлений и студентов |
|
4го курса вечернего отделения. Оно обеспечивает самостоятель- |
|
ную подготовку к семинарским занятиям и курсовому проекти- |
|
рованию по разделу «Выпаривание растворов». |
|
В пособии приведён расчёт двухкорпусной выпарной уста- |
|
новки, как правило, состоящей из подогревателя исходного рас- |
|
твора, узла концентрирования раствора и барометрического |
|
конденсатора смешения. В конце пособия приведены приложе- |
|
ния, содержащие необходимые при расчёте табличные данные. |
|
Завершает пособие библиографический список литературы, ре- |
|
комендуемой студентам для самостоятельного изучения. |
|
Пособие соответствует программе дисциплины «Процессы |
|
и аппараты химической технологии», разработанной на основа- |
|
нии рекомендаций государственных образовательных стандар- |
|
тов, и утверждено библиотечно-издательской комиссией |
|
МИТХТ имени М. В. Ломоносова в качестве методического по- |
|
собия. |
|
© МИТХТ им. М. В. Ломоносова, 2007
- 2 - |
- 39 - |
www.mitht.ru/e-library
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
1.Айнштейн В.Г., Захаров М.К., Носов Г.А. Общий курс про- цессов и аппаратов химической технологии. В 2-х книгах.
Книга 1. – М.: Логос, 2006. – 912 с.
2.Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и за- дачи по курсу процессов и аппаратов химической техноло-
гии. – Л.: Химия, 1987. – 576 с.
3.Чернобыльский И. И. и др. Машины и аппараты химиче- ских производств. – М.: ГНТИ, 1959. – 462 с.
4.Алексеев П. Г. Методические указания к дисциплине «Теп- ловые процессы». – М.: ИПЦ МИТХТ им. М. В. Ломоносо-
ва, 2004. – 83 с.
5.Теплофизические свойства неорганических веществ. Труды Ташкентского политехнического института. – М.: ИПЦ МИТХТ им. М. В. Ломоносова, 1986. – 26 с.
6.Лащинский А. А., Толчинский А. Р. Основы конструирова- ния и расчёта химической аппаратуры. – Л.: Машинострое-
ние, 1970. – 752 с.
7.Выпарные вертикальные трубчатые аппараты общего на- значения. Каталог-справочник. Укр. НИИХИММАШ, 1972.
–65 с.
8.Алексеев П. Г., Захаров М. К. Методические указания к
курсовому проектированию прямоточных много корпусных выпарных установок с равными поверхностями нагрева. – М.: ИПЦ МИТХТ им. М. В. Ломоносова, 1999. – 71 с.
9.Таран А. Л. Выпаривание растворов. Задачник. – М.: МИТХТ им. М. В. Ломоносова, 2003. – 65 с.
10.Борисов Г. С., Брыков В. П., Дытнерский Ю. И. и др. Основные процессы и аппараты химической технологии. –
М.: Химия, 1991. – 496 с.
11.Машины и аппараты химических и нефтехимических производств. Т. IV-12 / М. Б. Генералов, В. П. Александров, В. В. Алексеев и др.; Под общ. ред. М. Б. Генералова – М.: Машиностроение, 2004. – 832 с.
12.Гельперин Н. И. Основные процессы и аппараты хи- мической технологии. – М.: Химия, 1981. – 810 с.
-38 -
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
|
|
стр. |
Основные усл. обозначения и индексы............................................... |
4 |
|
1. |
Общие положения........................................................... |
5 |
1.1. |
Выпаривание................................................................. |
5 |
1.2. |
Задание на расчёт 2х-корпусной выпарной установки (ВУ)............ |
6 |
1.3. |
Схема 2х-корпусной ВУ с указанием символики потоков веществ.... |
7 |
1.4.Описание технологической схемы ВУ…................................ 7
1.5. |
Справочные данные греющего пара и исходного раствора............ |
8 |
2. |
Расчёт узла концентрирования раствора 2х-корпусной ВУ............. |
9 |
2.1. |
Количество выпариваемого растворителя................................ |
9 |
2.2. |
Температуры кипения раствора и температурные депрессии.......... |
10 |
2.2.1. |
Стандартные температурные депрессии.................................. |
10 |
2.2.2. |
Определение температуры кипения раствора и температурной де- |
10 |
|
прессии во II корпусе по правилу Бабо.................................... |
|
2.3. |
Суммарная полезная разность температур................................ |
11 |
2.3.1. |
Температуры кипения растворов и температуры вторичных паров в |
11 |
|
корпусах ВУ.................................................................. |
|
2.3.2. Энтальпия греющих и вторичных паров.................................. |
12 |
|
2.4. |
Тепловые балансы (ТБ) корпусов ВУ...................................... |
12 |
2.5. |
Поверхность теплообмена выпарного аппарата.......................... |
14 |
2.5.1. |
Предварительные расчёты................................................... |
14 |
2.5.2. |
Уравнение теплопередачи и его решение................................. |
15 |
2.5.3. |
Проверка на сходимость результатов решения 1го приближения...... |
17 |
2.6. |
Расход греющего пара....................................................... |
19 |
3. |
Расчёт барометрического конденсатора смешения...................... |
19 |
3.1. |
Рабочий режим конденсатора............................................... |
19 |
3.2. |
Расход охлаждающей воды................................................. |
20 |
3.3. |
Размеры конденсатора....................................................... |
20 |
3.4. |
Расчёт вакуум-насоса........................................................ |
21 |
4. |
Расчёт подогревателя исходного раствора................................ |
22 |
4.1. |
Общие положения............................................................ |
22 |
4.2. |
Температурный напор....................................................... |
23 |
4.3. |
Тепловой баланс............................................................. |
23 |
4.4. |
Поверхность теплообмена.................................................. |
25 |
Приложение............................................................................... |
26 |
|
Таблица №1. Физические свойства воды на линии насыщения.................... |
26 |
|
Таблица №2. Физические свойства водяного пара на линии насыщения......... |
27 |
|
Таблица №3. Концентрации некоторых водных растворов, кипящих при атмо- |
|
|
сферном давлении при различных температурах.................................... |
28 |
|
Таблица №4. Физико-химические свойства растворов.............................. |
29 |
|
К расчёту процесса теплопередачи в ВА.............................................. |
37 |
|
Библиографический список.............................................................. |
38 |
|
|
- 3 - |
|
www.mitht.ru/e-library
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И ИНДЕКСЫ.
Основные условные обозначения.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Параметр |
Символ |
|
Единица измерения |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Высота |
H |
|
|
м |
|
||
|
Вязкость динамическая |
μ |
|
|
Па×с, Н×с/м2 |
|
|||
|
Вязкость кинематическая |
ν |
|
|
м2/с |
|
|||
|
|
Давление |
P |
|
|
Па, Н/м2 |
|
||
|
|
Диаметр |
d |
|
|
м, мм |
|
||
|
Концентрация массовая |
a |
|
|
% масс. |
|
|||
|
Коэффициент теплоотдачи |
α |
|
|
Вт/(м2×К) |
|
|||
|
Коэффициент теплопередачи |
K |
|
|
Вт/(м2×К) |
|
|||
|
Коэффициент теплопроводности |
λ |
|
|
Вт/(м×К) |
|
|||
|
Критерий Нуссельта |
Nu |
|
|
– |
|
|||
|
Критерий Прандтля |
Pr |
|
|
– |
|
|||
|
Критерий Рейнольдса |
Re |
|
|
– |
|
|||
|
|
Плотность |
ρ |
|
|
кг/м3 |
|
||
|
Поверхность теплопередачи |
F |
|
|
м2 |
|
|||
|
Производительность ВУ |
S |
|
|
кг/с, т/ч |
|
|||
|
Производительность по испаряемой воде |
W |
|
|
кг/с, т/ч |
|
|||
|
Расход греющего пара |
D |
|
|
кг/с, т/ч |
|
|||
|
|
Температура |
T, t |
|
|
°С |
|
||
|
|
Теплоёмкость |
CP |
|
Дж/(кг×К), Дж/(моль×К) |
|
|||
|
Теплота парообразования |
r |
|
Дж/кг, Дж/моль |
|
||||
|
|
Энтальпия |
h |
|
Дж/кг, Дж/моль |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Индексы. |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Индекс |
|
Значение |
|
Индекс |
|
Значение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
Вода |
|
К |
|
Конечный парам. |
|
|
|
ВП |
|
Вторичный пар |
|
Н, 0 |
|
Начальный парам. |
|
|
|
Г |
|
Греющий пар |
|
СР |
|
Среднее знач. |
|
|
|
Ж |
|
Жидкая фаза |
|
СТ |
|
Стенка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Индекс |
|
|
|
Значение |
|
||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
1, 2, 3 |
|
1ый, 2ой и 3ий корпус ВУ |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- 4 -
К расчёту процесса теплопередачи в ВА.
Рис. 1. Распределение температур в 2х-корпусной ВУ.
Рис. 2. Теплопередача в I корпусе ВУ.
- 37 -
www.mitht.ru/e-library
Продолжение таблицы 4.4.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Раствор |
Конц. |
|
|
Температура, °С |
|
|
|
|||
|
масс. % |
20 |
40 |
|
60 |
80 |
|
100 |
TКИП |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
5 |
3,93 |
3,95 |
|
3,94 |
3,97 |
|
4,00 |
4,00 |
|
|
|
10 |
3,76 |
3,76 |
|
3,77 |
3,80 |
|
3,83 |
3,83 |
|
|
KOH |
20 |
3,40 |
3,40 |
|
3,42 |
3,44 |
|
3,47 |
3,48 |
|
|
30 |
3,08 |
3,07 |
|
3,08 |
3,09 |
|
3,12 |
3,15 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
40 |
2,79 |
2,78 |
|
2,78 |
2,80 |
|
2,83 |
2,86 |
|
|
|
50 |
2,47 |
2,45 |
|
2,44 |
2,46 |
|
2,47 |
2,53 |
|
|
LiOH |
5 |
4,01 |
3,97 |
|
3,97 |
3,99 |
|
4,02 |
4,02 |
|
|
10 |
3,80 |
3,77 |
|
3,77 |
3,78 |
|
3,81 |
3,81 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
5 |
3,91 |
3,87 |
|
3,87 |
3,90 |
|
3,93 |
3,93 |
|
|
|
10 |
3,68 |
3,63 |
|
3,63 |
3,66 |
|
3,69 |
3,69 |
|
|
K2CO3 |
20 |
3,22 |
3,19 |
|
3,19 |
3,20 |
|
3,22 |
3,23 |
|
|
30 |
2,75 |
2,75 |
|
2,75 |
2,76 |
|
2,76 |
2,76 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
40 |
2,37 |
2,35 |
|
2,35 |
2,35 |
|
2,36 |
2,36 |
|
|
|
50 |
1,99 |
1,97 |
|
1,97 |
1,98 |
|
1,98 |
1,98 |
|
|
|
5 |
4,00 |
3,97 |
|
3,97 |
3,99 |
|
4,02 |
4,02 |
|
|
|
10 |
3,84 |
3,80 |
|
3,80 |
3,82 |
|
3,84 |
3,84 |
|
|
Ca(NO3)2 |
20 |
3,52 |
3,49 |
|
3,49 |
3,51 |
|
3,53 |
3,53 |
|
|
30 |
3,20 |
3,18 |
|
3,18 |
3,20 |
|
3,21 |
3,21 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
40 |
2,90 |
2,88 |
|
2,88 |
2,89 |
|
2,91 |
2,92 |
|
|
|
50 |
2,61 |
2,58 |
|
2,58 |
2,60 |
|
2,61 |
2,62 |
|
|
|
5 |
4,03 |
3,98 |
|
3,98 |
4,01 |
|
4,04 |
4,04 |
|
|
|
10 |
3,81 |
3,78 |
|
3.77 |
3,79 |
|
3,81 |
3,81 |
|
|
(NH4)2SO4 |
20 |
3,61 |
3,57 |
|
3,58 |
3,58 |
|
3,59 |
3,59 |
|
|
|
30 |
3,36 |
3,33 |
|
3,32 |
3,33 |
|
3,34 |
3,34 |
|
|
|
40 |
3,14 |
3,11 |
|
3,10 |
3,11 |
|
3,11 |
3,11 |
|
|
|
5 |
4,02 |
3,98 |
|
3,98 |
4,01 |
|
4,03 |
4,03 |
|
|
|
10 |
3,87 |
3,84 |
|
3,83 |
3,86 |
|
3,87 |
3,87 |
|
|
NH4Cl |
15 |
3,79 |
3,69 |
|
3,69 |
3,72 |
|
3,72 |
3,72 |
|
|
|
20 |
3,60 |
3,57 |
|
3,56 |
3,57 |
|
3,57 |
3,58 |
|
|
|
25 |
3,48 |
3,44 |
|
3,44 |
3,45 |
|
3,45 |
3,46 |
|
|
|
10 |
3,91 |
3,85 |
|
3,83 |
3,81 |
|
3,81 |
3,81 |
|
|
|
20 |
3,65 |
3,62 |
|
3,61 |
3,62 |
|
3,63 |
3,63 |
|
|
NH4NO3 |
30 |
3,37 |
3,35 |
|
3,36 |
3,36 |
|
3,38 |
3,39 |
|
|
|
40 |
3,11 |
3,09 |
|
3,10 |
3,11 |
|
3,12 |
3,12 |
|
|
|
50 |
3,86 |
2,84 |
|
2,85 |
2,86 |
|
2,88 |
2,88 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- 36 -
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.
Теплотехнический расчёт многокорпусных выпарных уста- новок (ВУ) является самостоятельной работой студента, бази- рующейся не только на дисциплине «Процессы и аппараты хи- мической технологии», но и на ряде других дисциплин (среди которых: «Инженерная графика», «Техническая термодинами- ка», «Техническая механика» и пр.).
При работе над расчётом студент комплексно использует полученные знания применительно к решению конкретной за- дачи по аппаратурно-технологическому оформлению опреде- лённого процесса в промышленном масштабе, получает первые навыки проектирования промышленных аппаратов.
1.1. Выпаривание.
Выпариванием [1] называется процесс концентрирования растворов, заключающийся в частичном или полном удалении растворителя путём его испарения при кипении. Получаемый в процессе выпаривания раствор называют упаренным, а отво- димый пар растворителя – вторичным паром. При выпарива- нии удаляют часть растворителя, так как конечный продукт должен оставаться в текучем состоянии, чтобы его можно было бы передавать в другие аппараты (корпуса).
Важнейшим параметром выпаривания является температура кипения раствора tК, которая в значительной степени за- висит от природы растворённого твёрдого вещества, его кон- центрации a и внешнего давления P. Разность между темпера- турой кипения раствора tК и температурой кипения чистого рас-
творителя tS при одинаковом давлении называется температурной депрессией δT = tК – tS для раствора данной концентрации
а.
В литературе [2, 9], как правило, приводятся лишь данные
по температурам кипения и депрессиям растворов различных солей при атмосферном давлении в зависимости от их концен- трации, так называемые стандартные значения. При давлении больше или меньше атмосферного эти значения будут отли-
- 5 -
www.mitht.ru/e-library
чаться в большую или меньшую сторону, и для их нахождения |
|
|
4.4. Теплоёмкость (CP, кДж/(кг×К)). |
|
|
|
|||||||
требуются перерасчёты. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Целью теплотехнического расчёта выпарной установки яв- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Раствор |
Конц. |
|
|
Температура, °С |
|
|
|
|||||
ляется определение поверхностей теплообмена подогревателя |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
масс. % |
20 |
40 |
|
60 |
80 |
|
100 |
TКИП |
|
|||
и корпусов ВУ и их основных размеров, а также выявление |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
5 |
3,98 |
3,93 |
|
3,90 |
3,84 |
|
3,80 |
3,79 |
|
||
режимных характеристик процесса выпаривания (температу- |
|
|
|
|
|
||||||||
|
NaCl |
10 |
3,85 |
3,81 |
|
3,76 |
3,71 |
|
3,65 |
3,65 |
|
||
ры, давления, концентрации и прочих). |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
20 |
3,36 |
3,33 |
|
3,31 |
3,28 |
|
3,23 |
3,20 |
|
||
Процесс выпаривания |
является весьма энергоёмким, по- |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
5 |
4,03 |
3,94 |
|
3,94 |
3,99 |
|
4,06 |
4,02 |
|
||
скольку 1 кг. греющего |
пара удаляет из раствора около |
|
|
|
|
|
|||||||
|
NaNO3 |
10 |
3,88 |
3,80 |
|
3,80 |
3,85 |
|
3,92 |
3,86 |
|
||
0,8 – 0,9 кг вторичного пара. С целью экономии энергии приме- |
|
20 |
3,58 |
3,52 |
|
3,52 |
3,57 |
|
3,63 |
3,64 |
|
||
няют ряд инженерных решений [1 – 3], среди которых есть ис- |
|
|
30 |
3,30 |
3,25 |
|
3,25 |
3,30 |
|
3,35 |
3,29 |
|
|
пользование многокорпусных ВУ, где в качестве греющего пара |
|
|
5 |
3,63 |
3,67 |
|
3,74 |
3,91 |
|
4,18 |
4,20 |
|
|
применяется вторичный пар в последующих корпусах (кроме |
|
Na2SO4 |
10 |
3,53 |
5,55 |
|
3,56 |
3,76 |
|
3,17 |
4,18 |
|
|
первого). |
|
|
|
20 |
3,41 |
3,44 |
|
3,46 |
3,64 |
|
3,65 |
4,10 |
|
1.2. Задание на расчёт 2х-корпусной ВУ. |
|
|
5 |
3,97 |
3,94 |
|
3,93 |
3,96 |
|
3,98 |
3,98 |
|
|
|
CaCl2 |
10 |
3,78 |
3,75 |
|
3,76 |
3,78 |
|
3,78 |
3,78 |
|
||
Выполнить теплотехнический расчёт прямоточной выпар- |
|
|
15 |
3,60 |
3,57 |
|
3,56 |
3,58 |
|
3,58 |
3,60 |
|
|
|
|
5 |
3,94 |
3,90 |
|
3,88 |
3,92 |
|
3,93 |
3,94 |
|
||
ной установки непрерывного действия с предварительным по- |
|
|
|
|
|
||||||||
|
MgCl2 |
10 |
3,70 |
3,66 |
|
3,65 |
3,68 |
|
3,69 |
3,70 |
|
||
догревом исходного раствора в вертикальном кожухотрубчатом |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
15 |
3,48 |
3,45 |
|
3,42 |
3,44 |
|
3,45 |
3,48 |
|
||
теплообменном аппарате (ТА) и с созданием вакуума в конден- |
|
|
5 |
3,92 |
3,83 |
|
3,81 |
3,80 |
|
3,76 |
3,76 |
|
|
саторе смешения, а также определить расходы греющего пара и |
|
CuSO4 |
10 |
3,68 |
3,63 |
|
3,58 |
3,58 |
|
3,56 |
3,55 |
|
|
охлаждающей воды. |
|
|
|
15 |
3,45 |
3,41 |
|
3,37 |
3,36 |
|
3,33 |
3,33 |
|
Исходные данные: |
|
|
|
5 |
4,02 |
3,93 |
|
3,98 |
4,01 |
|
4,03 |
4,03 |
|
ü Выпариваемый раствор: водный раствор сульфата аммония |
|
KNO3 |
10 |
3,86 |
3,81 |
|
3,81 |
3,83 |
|
3,89 |
3,90 |
|
|
((NH4)2SO4); |
|
|
|
15 |
3,70 |
3,68 |
|
3,67 |
3,72 |
|
3,74 |
3,74 |
|
ü Производительность ВУ: S0 = 17 т/ч = 4,72 кг/с; |
|
K2Cr2O7 |
5 |
4,02 |
3,98 |
|
3,98 |
4,01 |
|
4,04 |
4,05 |
|
|
ü Количество корпусов: 2; |
|
|
10 |
3,86 |
3,22 |
|
3,22 |
3,85 |
|
3,88 |
3,89 |
|
|
|
|
5 |
4,03 |
4,00 |
|
3,99 |
4,01 |
|
4,04 |
4,04 |
|
||
ü Концентрация растворённого вещества: |
|
|
|
|
|
||||||||
o начальная: а0 = 14 % масс.; |
|
|
10 |
3,88 |
3,85 |
|
3,85 |
3,86 |
|
3,89 |
3,90 |
|
|
|
|
20 |
3,55 |
3,53 |
|
3,53 |
3,55 |
|
3,57 |
3,58 |
|
||
o конечная: аК = а2 = 45 % масс.; |
|
NaOH |
30 |
3,27 |
3,26 |
|
3,26 |
3,27 |
|
3,28 |
3,29 |
|
|
ü Температура раствора: |
|
|
|
40 |
3,03 |
3,01 |
|
3,01 |
3,02 |
|
3,03 |
3,06 |
|
o на входе в подогреватель: tН = 15 °С; |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
50 |
2,05 |
2,83 |
|
2,83 |
3,84 |
|
3,84 |
3,90 |
|
||
o на входе в I корпус: t0 t1 °С (как правило, соответствует |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
температуре кипения раствора в I корпусе, либо прини- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мается меньше температуры греющего пара на 25 – 35 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
°С); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- 6 - |
|
|
|
|
- 35 - |
|
|
|
|
|
|
|
www.mitht.ru/e-library
|
|
|
|
|
|
Продолжение таблицы 4.3. |
ü Температура охлаждающей воды на входе в конденсатор: |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t'В = 15 °С; |
|
Раствор |
Конц. |
|
|
Температура, °С |
|
|
|
|
ü Давление во втором корпусе: PВАК = P2 = 0,101 × 105 Па; |
|||
|
масс. % |
20 |
40 |
|
60 |
80 |
|
100 |
TКИП |
|
|
ü Количество экстра-пара, отбираемого из I корпуса: E1 = |
|
|
|
5 |
0,983 |
0,646 |
|
0,484 |
0,372 |
|
0,303 |
0,297 |
|
|
= 0,2 т/ч = 0,056 кг/с; |
|
KNO3 |
10 |
0,913 |
0,636 |
|
0,479 |
0,371 |
|
0,306 |
0,303 |
|
|
ü Давление греющего пара: PГ = 3,43 × 105 Па. |
|
|
15 |
0,893 |
0,634 |
|
0,474 |
0,376 |
|
0,313 |
0,309 |
|
|
1.3. Схема 2х-корпусной ВУ с указанием символики |
|
|
5 |
1,24 |
0,80 |
|
0,57 |
0,43 |
|
0,350 |
0,34 |
|
|
|
|
|
10 |
1,65 |
1,05 |
|
0,74 |
0,55 |
|
0,44 |
0,42 |
|
|
потоков веществ. |
|
NaOH |
20 |
3,72 |
2,10 |
|
1,34 |
0,93 |
|
0,70 |
0,62 |
|
|
|
|
30 |
13,49 |
4,53 |
|
2,54 |
1,58 |
|
1,08 |
0,86 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
40 |
25,9 |
9,00 |
|
4,45 |
2,53 |
|
1,58 |
1,15 |
|
|
|
|
|
50 |
40,0 |
15,1 |
|
7,03 |
3,77 |
|
2,25 |
1,5 |
|
|
|
|
|
5 |
1,05 |
0,69 |
|
0,50 |
0,39 |
|
0,31 |
0,31 |
|
|
|
|
(NH4)2SO4 |
10 |
1,11 |
0,74 |
|
0,54 |
0,42 |
|
0,34 |
0,34 |
|
|
|
|
20 |
1,35 |
0,91 |
|
0,67 |
0,52 |
|
0,42 |
0,41 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
30 |
1,88 |
1,28 |
|
0,95 |
0,75 |
|
0,61 |
0,60 |
|
|
|
|
|
5 |
0,98 |
0,67 |
|
0,49 |
0,38 |
|
0,31 |
0,31 |
|
|
|
|
|
10 |
0,96 |
0,67 |
|
0,50 |
0,40 |
|
0,32 |
0,31 |
|
|
|
|
NH4Cl |
15 |
0,94 |
0,67 |
|
0,51 |
0,41 |
|
0,33 |
0,32 |
|
|
|
|
|
20 |
0,94 |
0,68 |
|
0,52 |
0,41 |
|
0,34 |
0,32 |
|
|
|
|
|
25 |
0,96 |
0,70 |
|
0,53 |
0,42 |
|
0,34 |
0,32 |
|
|
|
|
|
5 |
0,95 |
0,65 |
|
0,47 |
0,37 |
|
0,30 |
0,30 |
|
|
|
|
|
10 |
0,92 |
0,64 |
|
0,49 |
0,38 |
|
0,31 |
0,31 |
|
|
|
|
NH4NO3 |
20 |
0,90 |
0,63 |
|
0,50 |
0,41 |
|
0,34 |
0,34 |
|
|
|
|
30 |
0,89 |
0,66 |
|
0,52 |
0,42 |
|
0,36 |
0,35 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
40 |
0,94 |
0,71 |
|
0,56 |
0,47 |
|
0,40 |
0,38 |
|
|
|
|
|
50 |
1,09 |
0,82 |
|
0,64 |
0,54 |
|
0,46 |
0,44 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1. Технологическая схема 2х-корпусной ВУ. |
|
1.4. Описание технологической схемы ВУ. |
|
Водный раствор сульфата аммония с параметрами S0 = |
|
= 4,72 кг/с; tН = 15 °С, a0 = 14 % масс. поступает в трубное про- |
- 34 - |
- 7 - |
|
www.mitht.ru/e-library |
странство подогревателя (П) (см. рис. 1), где он за счёт теплоты |
|
|
4.3. Вязкость (ν × 106 м2/с). |
|
|
|
|||||||
конденсации греющего пара PГ = 3,43 × 105 Па, подаваемого в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
межтрубное пространство, нагревается до температуры, близ- |
|
Раствор |
Конц. |
|
Температура, °С |
|
|
|
|||||
кой к температуре кипения раствора в I корпусе. Подогретый |
|
масс. % |
20 |
40 |
60 |
80 |
|
100 |
TКИП |
|
|||
раствор поступает в I корпус, обогреваемый греющим паром. |
|
|
5 |
1,034 |
0,693 |
0,501 |
0,396 |
|
0,321 |
0,319 |
|
||
Раствор в трубах, кипит при температуре t1, и в виде смеси |
|
NaCl |
10 |
1,099 |
0,734 |
0,542 |
0,433 |
|
0,344 |
0,339 |
|
||
(пар + жидкость) поступает в сепарационное пространство, где |
|
|
20 |
1,356 |
0,902 |
0,659 |
0,611 |
|
0,418 |
0,393 |
|
||
происходит её разделение на вторичный пар с параметрами W1; |
|
|
5 |
0,998 |
0,664 |
0,493 |
0,385 |
|
0,309 |
0,308 |
|
||
θ1; h1 и упаренный раствор с параметрами S1; t1; a1, которые вы- |
|
NaNO3 |
10 |
1,004 |
0,680 |
0,516 |
0,404 |
|
0,534 |
0,332 |
|
||
водятся из корпуса. |
|
|
|
|
20 |
1,033 |
0,760 |
0,554 |
0,429 |
|
0,342 |
0,333 |
|
|
|
|
|
30 |
1,085 |
0,882 |
0,659 |
0,506 |
|
0,402 |
0,380 |
|
|
Упаренный раствор из I корпуса передавливается во II кор- |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
5 |
1,120 |
0,734 |
0,538 |
0,411 |
|
0,338 |
0,338 |
|
|||
пус. Во втором корпусе происходит его дальнейшее упаривание |
|
|
|
|
|||||||||
|
Na2SO4 |
10 |
1,264 |
0,832 |
0,606 |
0,465 |
|
0,386 |
0,382 |
|
|||
до заданной конечной концентрации aК = a2 за счёт теплоты, от- |
|
|
|
||||||||||
|
|
20 |
1,907 |
1,177 |
0,834 |
0,621 |
|
0,497 |
0,489 |
|
|||
даваемой при конденсации вторичного пара, поступающего из I |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
5 |
1,058 |
0,707 |
0,514 |
0,398 |
|
0,325 |
0,322 |
|
|||
корпуса. Часть вторичного пара из I корпуса в виде экстра-пара |
|
|
|
|
|||||||||
|
CaCl2 |
10 |
1,171 |
0,783 |
0,577 |
0,452 |
|
0,370 |
0,365 |
|
|||
E идёт на производственные нужды. Циркуляция раствора в ап- |
|
|
|
||||||||||
|
|
15 |
1,337 |
0,915 |
0,680 |
0,554 |
|
0,440 |
0,428 |
|
|||
парате может быть естественной или принудительной. Ниже |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
5 |
1,136 |
0,710 |
0,494 |
0,369 |
|
0,301 |
0,288 |
|
|||
приведён расчёт ВУ при естественной циркуляции раствора. |
|
|
|
|
|||||||||
|
MgCl2 |
10 |
1,386 |
0,870 |
0,608 |
0,453 |
|
0,357 |
0,348 |
|
|||
Вторичный пар из II корпуса с параметрами W2; h2; θ2 по- |
|
|
|
||||||||||
|
|
15 |
1,751 |
1,093 |
0,750 |
0,554 |
|
0,432 |
0,413 |
|
|||
ступает в барометрический конденсатор смешения [3], где он, |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
5 |
0,96 |
0,66 |
0,50 |
0,39 |
|
0,31 |
0,31 |
|
|||
контактируя с водой, конденсируется, |
значительно уменьшая |
|
|
|
|
||||||||
|
|
10 |
1,02 |
0,70 |
0,53 |
0,41 |
|
0,32 |
0,32 |
|
|||
свой объем, в результате чего образуется вакуум. |
|
|
|
|
|||||||||
|
Ca(NO3)2 |
20 |
1,30 |
0,86 |
0,62 |
0,48 |
|
0,38 |
0,37 |
|
|||
1.5. Справочные данные греющего пара |
|
30 |
1,90 |
1,20 |
0,82 |
0,62 |
|
0,48 |
0,46 |
|
|||
|
|
|
|
||||||||||
|
|
40 |
3,04 |
1,86 |
1,27 |
0,93 |
|
0,83 |
0,69 |
|
|||
и исходного раствора. |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
50 |
5,93 |
3,46 |
2,25 |
1,61 |
|
1,22 |
1,07 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
По давлению греющего пара находим [2, 4]: |
|
|
5 |
1,062 |
0,708 |
0,517 |
0,40 |
|
0,325 |
0,320 |
|
||
ü температура греющего пара: TГ = 138 °С; |
|
|
10 |
1,142 |
0,769 |
0,564 |
0,439 |
|
0,360 |
0,350 |
|
||
ü энтальпия пара: hП = 2737 кДж/кг; |
|
|
|
KOH |
20 |
1,368 |
0,934 |
0,693 |
0,546 |
|
0,447 |
0,426 |
|
|
|
|
30 |
1,838 |
1,228 |
0,900 |
0,696 |
|
0,564 |
0,510 |
|
||
ü энтальпия конденсата: hК = 580 кДж/кг; |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
40 |
2,913 |
1,835 |
1,277 |
0,954 |
|
0,749 |
0,645 |
|
|||
ü теплота парообразования: r = 2156 кДж/кг; |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
50 |
5,706 |
3,232 |
2,081 |
1,450 |
|
1,083 |
0,850 |
|
|||
ü теплопроводность конденсата: λ = 0,68 Вт/(м×К); |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
5 |
1,163 |
0,753 |
0,535 |
0,408 |
|
0,326 |
0,326 |
|
|||
ü плотность конденсата: ρК = 925 кг/м3; |
|
|
CuSO4 |
|
|
||||||||
ü вязкость конденсата: μК = 0,195 × 10 |
–3 |
Па×с. |
|
10 |
1,345 |
0,872 |
0,621 |
0,474 |
|
0,379 |
0,377 |
|
|
|
|
|
15 |
1,575 |
0,983 |
0,680 |
0,507 |
|
0,397 |
0,395 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
K2Cr2O7 |
5 |
0,954 |
0,659 |
0,493 |
0,391 |
|
0,322 |
0,321 |
|
|
|
|
|
10 |
0,979 |
0,674 |
0,499 |
0,396 |
|
0,326 |
0,323 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
- 8 - |
|
|
|
|
|
|
- 33 - |
|
|
|
|
|
|
www.mitht.ru/e-library
Продолжение таблицы 4.2.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Раствор |
Конц. |
|
|
Температура, °С |
|
|
|
|
|
масс. % |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
TКИП |
|
|
|
|
5 |
1044 |
1037 |
1027 |
1016 |
1003 |
1002 |
|
|
|
10 |
1090 |
1082 |
1073 |
1061 |
1047 |
1045 |
|
|
KOH |
20 |
1186 |
1177 |
1167 |
1154 |
1140 |
1135 |
|
|
30 |
1287 |
1278 |
1266 |
1252 |
1237 |
1225 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
40 |
1393 |
1385 |
1373 |
1357 |
1341 |
1315 |
|
|
|
50 |
1509 |
1498 |
1485 |
1468 |
1450 |
1390 |
|
|
|
5 |
1044 |
1037 |
1020 |
1017 |
1002 |
1001 |
|
|
|
10 |
1090 |
1083 |
1074 |
1062 |
1047 |
1046 |
|
|
K2CO3 |
20 |
1190 |
1180 |
1170 |
1158 |
1143 |
1143 |
|
|
30 |
1298 |
1287 |
1276 |
1264 |
1253 |
1250 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
40 |
1414 |
1403 |
1391 |
1379 |
1367 |
1362 |
|
|
|
50 |
1440 |
1529 |
1517 |
1504 |
1492 |
1483 |
|
|
LiOH |
5 |
1054 |
1047 |
1037 |
1025 |
1013 |
1013 |
|
|
10 |
1107 |
1099 |
1090 |
1078 |
1064 |
1064 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
5 |
1037 |
1029 |
1020 |
1009 |
999 |
999 |
|
|
|
10 |
1076 |
1068 |
1059 |
1047 |
1034 |
1033 |
|
|
Ca(NO3)2 |
20 |
1163 |
1155 |
1144 |
1132 |
1118 |
1116 |
|
|
30 |
1261 |
1252 |
1241 |
1227 |
1212 |
1206 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
40 |
1376 |
1366 |
1354 |
1339 |
1322 |
1316 |
|
|
|
50 |
1510 |
1499 |
1486 |
1469 |
1451 |
1440 |
|
|
|
5 |
1028 |
1021 |
1012 |
1001 |
988 |
988 |
|
|
|
10 |
1057 |
1050 |
1041 |
1030 |
1018 |
1018 |
|
|
(NH4)2SO4 |
20 |
1115 |
1108 |
1098 |
1088 |
1078 |
1077 |
|
|
|
30 |
1172 |
1164 |
1158 |
1154 |
1135 |
1133 |
|
|
|
40 |
1223 |
1220 |
1211 |
1202 |
1191 |
1188 |
|
|
|
5 |
1014 |
1007 |
999 |
987 |
975 |
975 |
|
|
|
10 |
1029 |
922 |
1013 |
1002 |
991 |
989 |
|
|
NH4Cl |
15 |
1043 |
1036 |
1027 |
1016 |
1006 |
1003 |
|
|
|
20 |
1057 |
1050 |
1041 |
1038 |
1021 |
1018 |
|
|
|
25 |
1070 |
1063 |
1054 |
1044 |
1035 |
1031 |
|
|
|
10 |
1039 |
1032 |
1022 |
1014 |
998 |
997 |
|
|
|
20 |
1092 |
1079 |
1062 |
1056 |
1046 |
1045 |
|
|
NH4NO3 |
30 |
1127 |
1115 |
1104 |
1094 |
1082 |
1090 |
|
|
|
40 |
1175 |
1162 |
1151 |
1138 |
1126 |
1122 |
|
|
|
50 |
1225 |
1212 |
1200 |
1187 |
1174 |
1158 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- 32 -
Раствор (NH4)2SO4:
üсредняя температура раствора (в первом приближении принимаем температуру подогрева раствора на 25 – 35 °С ниже температуры греющего пара) t'0 = 105 °С:
t = tН +t′0 =15+105 =60_°C; 2 2
ü плотность: ρР = 1073 кг/м3; ü вязкость кинематическая: ν = 0,675 × 10–6 м2/с;
ü теплоёмкость: CP = 3,69 кДж/(кг×К);
ü теплопроводность: λ = 0,618 Вт/(м×К).
Конструкционный материал ВУ:
ü сталь марки ОХ21Н5Т [6]; ü теплопроводность стали: λ = 17,2 Вт/(м×К).
2. РАСЧЁТ УЗЛА КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ РАСТВОРА
2Х-КОРПУСНОЙ ВУ.
2.1. Количество выпариваемого растворителя.
Общее количество выпариваемого растворителя и его рас- пределение по корпусам.
|
æ |
a0 |
ö |
æ |
|
ö |
|
|
W =S |
ç1− |
÷ |
=17000ç1−14 |
÷ |
=11710 кг/ч =3,25_кг/с. |
|||
0 |
è |
a |
2 |
ø |
è |
45 |
ø |
|
ç |
|
÷ |
ç |
|
÷ |
|
В первом приближении распределяем количество выпарен- ного растворителя по корпусам одинаково, но с учётом экстра- пара:
ü во II корпусе:
W |
= W −E =11710−200 |
=5750 кг/ч =1,6_кг/с. |
|
2 |
2 |
2 |
|
ü в I корпусе: |
|
|
W1 = W – W2 = 11710 |
кг/ч – 5750 кг/ч = 5955 кг/ч = 1,65 кг/с. |
||||
Рабочие концентрации раствора: |
|||||
ü в I корпусе: |
S0a0 |
|
|
4,72×14 |
|
a = |
|
= |
= 21,5 % масс. |
||
S −W |
|
||||
1 |
|
4,72−1,65 |
|||
|
0 |
1 |
|
|
|
ü во II корпусе (проверка):
- 9 -
www.mitht.ru/e-library
a |
|
= |
S0 |
−W1 |
a = 4,72−1,65 |
×21,5= 45 % масс. |
|
2 |
S |
|
|||||
|
|
−W 1 |
4,72−3,25 |
|
|||
|
|
0 |
|
|
|
|
При отклонении конечной концентрации раствора от за- данной необходимо искать ошибку в расчёте.
2.2. Температуры кипения раствора и температурные депрессии.
2.2.1. Стандартные температурные депрессии [2].
Ниже в таблице 1 приведены стандартные температурные депрессии раствора (NH4)2SO4 (при PСТ = 0,981 × 105 Па – атмо- сферное стандартное давление).
Таблица №1. Стандартные температурные депрессии.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а, % |
10 |
20 |
30 |
35 |
40 |
45 |
|
|
δСТ, °С |
0,7 |
1,6 |
2,9 |
3,7 |
4,7 |
5,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Стандартная температурная депрессия в I корпусе (a1 =
= 21,5 %) находится методом интерполяции:
δ1СТ = 1,65 °С.
2.2.2. Определение температуры кипения раствора и температурной депрессии во II корпусе по правилу Бабо.
Температура вторичного пара во II корпусе находится [2]
по P2 = 1,01 × 104 Па:
θ2 = 45,4 °С.
Стандартная температурная депрессия во II корпусе (a2 = = 45 %) δ2СТ = 5,9 °С, тогда температура кипения раствора соот-
ветственно будет равна [2]:
t2СТ = 105,9 °С.
Давление насыщенных паров воды при t2 [2]: PSСТ = 1,25 × 105 Па.
Давление насыщенных паров воды при температуре кипе- ния раствора t2 по правилу Бабо составит:
- 10 -
4.2. Плотность (ρ, кг/м3).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Раствор |
Конц. |
|
|
Температура, °С |
|
|
|
|
|
масс. % |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
TКИП |
|
|
|
|
5 |
1034,0 |
1026,8 |
1017,2 |
1005,6 |
992,4 |
992 |
|
|
NaCl |
10 |
1070,7 |
1062,4 |
1052,3 |
1040,5 |
1027,6 |
1027 |
|
|
15 |
1108,5 |
1099,3 |
1088,7 |
1076,8 |
1063,9 |
1063 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
20 |
1149,9 |
1137,7 |
1126,8 |
1114,6 |
1101,7 |
1098 |
|
|
|
5 |
1032,3 |
1024,6 |
1014,6 |
1002,7 |
988,8 |
988 |
|
|
|
10 |
1067,4 |
1058,4 |
1047,9 |
1034,8 |
1020,3 |
1020 |
|
|
NaNO3 |
15 |
1104,2 |
1094,0 |
1082,1 |
1068,7 |
1054,5 |
1053 |
|
|
20 |
1142,9 |
1131,4 |
1118,7 |
1104,7 |
1090,1 |
1088 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
30 |
1225,6 |
1212,2 |
1190,0 |
1183,0 |
1167,4 |
1165 |
|
|
|
40 |
1317,5 |
1302,1 |
1287,6 |
1271,5 |
1255,5 |
1252 |
|
|
|
5 |
1044,2 |
1036,6 |
1027,4 |
1015,7 |
1002,3 |
1002 |
|
|
Na2SO4 |
10 |
1091,5 |
1082,5 |
1072,8 |
1060,9 |
1047,5 |
1047 |
|
|
15 |
1140,6 |
1130,8 |
1120,2 |
1108,8 |
1094,6 |
1094 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
20 |
1191,5 |
1181,9 |
1169,6 |
1156,9 |
1142,0 |
1141 |
|
|
CaCl2 |
5 |
1040 |
1033 |
1024 |
1033 |
1000 |
999 |
|
|
10 |
1084 |
1076 |
1066 |
1055 |
1043 |
1042 |
|
|
|
|
15 |
1129 |
1121 |
1111 |
1100 |
1088 |
1086 |
|
|
|
5 |
1039 |
1033 |
1024 |
1013 |
1001 |
1000 |
|
|
MgCl2 |
10 |
1082 |
1075 |
1066 |
1056 |
1044 |
1043 |
|
|
|
15 |
1125 |
1116 |
1110 |
1100 |
1089 |
1086 |
|
|
CaSO4 |
5 |
1051 |
1043 |
1034 |
1022 |
1010 |
1010 |
|
|
10 |
1107 |
1099 |
1089 |
1077 |
1064 |
1084 |
|
|
|
|
15 |
1168 |
1160 |
1149 |
1136 |
1122 |
1122 |
|
|
|
5 |
1028 |
1021 |
1012 |
1000 |
987 |
987 |
|
|
KNO3 |
10 |
1063 |
1054 |
1044 |
1032 |
1017 |
1016 |
|
|
|
15 |
1098 |
1088 |
1077 |
1063 |
1049 |
1048 |
|
|
K2Cr2O7 |
5 |
1034 |
1026 |
1017 |
1006 |
993 |
993 |
|
|
10 |
1070 |
1063 |
1053 |
1041 |
1029 |
1026 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
5 |
1054 |
1046 |
1036 |
1024 |
1012 |
1010 |
|
|
|
10 |
1109 |
1100 |
1090 |
1077 |
964 |
1062 |
|
|
NaOH |
20 |
1219 |
1208 |
1196 |
1183 |
1170 |
1104 |
|
|
30 |
1328 |
1315 |
1303 |
1239 |
1276 |
1263 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
40 |
1430 |
1416 |
1403 |
1389 |
1375 |
1355 |
|
|
|
50 |
1325 |
1511 |
1497 |
1483 |
1469 |
1430 |
|
|
|
|
|
- 31 - |
|
|
|
|
www.mitht.ru/e-library