Расчет трехкорпусной выпарной установки. Непрерывного действия для упаривания раствора нитрата аммония

 

Министерство  образования и науки 

Российской  Федерации 
 

Алтайский Государственный Технический

Университет им. И. И. Ползунова 
 
 

Кафедра химической техники и инженерной экологии 
 
 
 
 

Расчет  трехкорпусной выпарной установки

Непрерывного  действия для упаривания раствора

нитрата аммония 
 
 

Пояснительная записка к курсовому проекту 

КП 250200.02.000 ПЗ 
 
 
 
 

     Выполнил        студент

                                                            гр. ТНВ-11

                                                            Артамасов А. А. 
 

     Руководитель

     проекта        Сартакова О. Ю. 
 
 
 
 

Барнаул 2004.

 

 

Содержание 

                                                                                    страница 

 

1. Количество воды, выпариваемой в трех корпусах установки: 

        кг/ч.

      Где: - производительность аппарата кг/ч,

       - начальная концентрация упаревоемого раствора, %,

       - конечная концентрация упаревоемого  раствора, %.

        кг/ч.

      8750 кг/ч = 2,43 кг/с. 

2. Распределение нагрузки по корпусам.

     Сделаем это распределение на основании  практических данных, приняв следующее соотношение массовых количеств выпариваемой воды по корпусам:

      1:2:3 = 1,0:1.1:1.2.

     Следовательно, количество выпариваемой воды:

      В 1 корпусе: кг/с.

      Во 2 корпусе: кг/с.

      В 3 корпусе: кг/с.

      __________________________________________________________________

      Итого кг/с. 

3. Расчет концентраций раствора по корпусам.

     Начальная концентрация раствора . Из первого корпуса во второй переходит раствора:

        кг/с.

        кг/с.

Концентрация  раствора, конечная для первого корпуса  и начальная для второго, будет  равна:

       ,

      

Из второго  корпуса в третий переходит раствора:

        кг/с,

       кг/с.

с концентрацией:

      ,

       .

Из третьего корпуса выходит раствора:

        кг/с,

        кг/с.

с концентрацией:

       ,

       , что соответствует заданию. 

4. Распределение перепада давлений по корпусам.

     Разность  между давлением греющего пара (в  первом корпусе) и давлением пара в барометрическом конденсаторе:

        кгс/см²

предварительно  распределим этот перепад давлений между корпусами поровну, т.е. на каждый корпус примем:

        кгс/ см².

Тогда абсолютные давления по корпусам составят: 

      В 3 корпусе: кгс/см², (задано),

      Во 2 корпусе: кгс/см²,

      В 1 корпусе: кгс/см².

Давление  греющего пара:

        кгс/см². 

     По  паровым таблицам находим температуры  насыщенных паров воды и удельные теплоты парообразования для принятых давлений в корпусах: 

Таблица 1. Распределение температуры насыщенных паров воды и удельных теплот парообразования по корпусам.

 

     Эти температуры и будут температурами  конденсации вторичных паров  по корпусам. 
 

5. Расчет температурных потерь по корпусам. 

- От депрессии.

     В справочных таблицах находим температуры  кипения растворов при атмосферном давлении: 

Таблица 2. Распределение концентраций, температур кипения растворов и температурных депрессий по корпусам.

 

     Для упрощения расчета не уточняем температурную  депрессию (в связи с отличием давления в корпусах от атмосферного).

      Следовательно, по трем корпусам:

        ⁰С=7⁰К. 

- От гидростатического эффекта.

      По  справочнику  определяем плотность  раствора NH₄NO₃ при 20 ⁰С. 

Таблица 3. Зависимость плотности раствора NH₄NO₃, от концентрации.

 

     Эти значения плотностей примем (с небольшим  запасом) и для температур кипения  по корпусам.

     Расчет  ведем для случая кипения раствора в трубках при оптимальном  уровне (формула 1).

             (1)

     Здесь - оптимальная высота уровня по водомерному стеклу, м;

      - рабочая высота труб, м;

       и  - плотности раствора конечной концентрации и воды при температуре кипения, кг/м³, .

       

     1 корпус:

        м. 

       0 кгс/см²,

      При =2.74 кгс/см² =129,4 ⁰С, при =2.80 кгс/см² =130,2 ⁰С,

      . 

     2 корпус:

        м.

       кгс/см²

     При =1,47 кгс/см² =110,1 ⁰С, при =1,54 кгс/см² =111,5 ⁰С,

      . 

     3 корпус:

       м.

       кгс/см²

     При =0,2 кгс/см² =59,7 ⁰С, при =0,31 кгс/см² =69,4 ⁰С,

      . 

- От гидравлических сопротивлений.

      Потерю  разности температур на каждом интервале  между корпусами принимаем  в 1 ⁰К. интервалов всего три (1-2, 2-3, 3-конденсатор), следовательно:

        К 

- Сумма всех температурных потерь для установки в целом:

        К. 

6. Полезная разность температур.

      Общая разность температур 143-59,7=83,3 К, следовательно, полезная разность температур:

        К. 

7. Определение температур кипения в корпусах. 

      В 3 корпусе – t₃=59.7+1+6=66,7 ⁰С,

      Во 2 корпусе – t₂=110,1+1+1=112,1 ⁰С,

      В 1 корпусе – t₁=129.4+1+0=130,4 ⁰С. 

8. Расчет коэффициентов теплопередачи по корпусам.

      По  найденным температурам кипения  и концентрациям растворов в  корпусах подбираем в справочниках расчетные константы – физические характеристики растворов (плотность, теплопроводность, теплоемкость, вязкость). Далее  по этим данным рассчитываем коэффициенты теплоотдачи для конденсирующегося пара и кипящего раствора и коэффициенты теплопередачи. Коэффициент теплопередачи определяем по уравнению аддитивности термических сопротивлений:

       (м²*К).

      Примем  что суммарное термическое сопротивление  равно термическому сопротивлению стенки и накипи . Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем. Получим:

        м²*К/Вт.

      Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося  пара к стенке равен:

       Вт/м²К,

      Где r₁ – теплота конденсации греющего пара, Дж/кг;

       , , - соответственно плотность (кг/м³), теплопроводность Вт/(м*К), вязкость (Па*с) конденсата при средней температуре пленки

        ,

      где - разность температур конденсации пара и стенки, К.

      Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение:

       ,

     Где q – удельная тепловая нагрузка, Вт/м²;