Физико-химические свойства раствора, водяного пара и его конденсата, выбор конструкционного материала

Введение   4

Описание технологической схемы выпарной установки   8

Основные условные обозначения   9

Исходные данные   10

1. Теплотехнический расчет выпарных аппаратов   11

1.1. Физико-химические свойства раствора, водяного пара и его конденсата, выбор конструкционного материала   11

1.2. Расчет количества выпариваемого растворителя и концентраций упариваемого раствора   11

1.3. Температуры кипения раствора   12

1.4. Определение тепловых нагрузок   16

1.5. Расчет коэффициентов теплопередачи   18

1.6. Распределение полезной разности температур   23

1.7. Определение толщины тепловой изоляции   25

2. Конструкционное оформление выпарного аппарата  26

2.1. Расчет и подбор штуцеров для материальных потоков  26

2.1.1. Штуцер для подачи исходного раствора   26

2.1.2. Штуцер для вывода упаренного раствора   26

2.1.3. Штуцер для ввода греющего пара   26

2.1.4. Штуцер для вывода вторичного пара   27

2.1.5. Штуцер для вывода конденсата   27

2.1.6. Выбор стандартных штуцеров и соответствующих им фланцев  27

2.2. Расчет толщины стенки греющей камеры   28

2.3. Высота и диаметр сепаратора   28

2.4. Расчет толщины стенки цилиндрической обечайки корпуса аппарата   29

3. Узел подогрева исходного раствора   29

4. Блок создания и поддержания вакуума   32

4.1. Расчет барометрического конденсатора   32

4.2. Расчет производительности вакуум-насоса   35

5. Расчет вспомогательного оборудования  36

5.1. Расчет и подбор центробежного насоса для подачи исходного раствора   36

5.1.1. Выбор трубопровода   36

5.1.2. Определение потерь напора на трение и местные сопротивления в трубопроводе   36

5.1.3. Выбор центробежного насоса   37

5.2. Емкости   38

5.2.1 Емкость для исходного раствора   38

5.2.2 Емкость для упаренного раствора   38

Список литературы   39

Приложение А. Общий вид аппарата

Введение

Выпариванием называют процесс концентрирования жидких растворов практически нелетучих веществ путем частичного удаления растворителя испарением при кипении жидкости.В химической промышленности выпариванию подвергают растворы твердых веществ (главным образом водные растворы щелочей, солей и др.), и также растворы высококипящих жидкостей, обладающих при температуре выпаривания очень малым давлением пара (некоторые минеральные и органические кислоты, многоатомные спирты и др.).Концентрированные растворы и твердые вещества, получаемые в результате выпаривания, легче и дешевле перерабатывать, хранить и транспортировать.Тепло для выпаривания можно подводить любыми теплоносителями, применяемыми при нагревании. Однако в подавляющем большинстве случаев в качестве греющего агента при выпаривании используют водяной пар, который называют греющим, или первичным. Первичным служит либо пар, получаемый из парогенератора, либо отработанный пар, или пар промежуточного отбора паровых турбин.Пар, образующийся при выпаривании кипящего раствора, называется вторичным.Тепло, необходимое для выпаривания раствора, обычно подводится через стенку, отделяющую теплоноситель от раствора. В некоторых производствах концентрирование растворов осуществляют при непосредственном соприкосновении выпариваемого раствора с топочными газами или другими газообразными теплоносителями.Процессы выпаривания проводят под вакуумом, при повышенном и атмосферном давлениях. Выбор давления связан со свойствами выпариваемого раствора и возможностью использования тепла вторичного пара. Выпаривание под вакуумом имеет определенные преимущества перед выпариванием при атмосферном давлении несмотря на то, что теплота испарения раствора несколько возрастает с понижением давления и соответственно увеличивается расход пара на выпаривание1 кг растворителя (воды).При выпаривании под вакуумом становится возможным проводить процесс при более низких температурах, что важно в случае концентрирования растворов веществ, склонных к разложению при повышенных температурах. Кроме того, при разрежении увеличивается полезная разность температур между греющим агентом и раствором, что позволяет уменьшить поверхность нагрева аппарата (при прочих равных условиях). В случае одинаковой полезной разности температур при выпаривании под вакуумом можно использовать греющий агент более низких рабочих параметров (температура и давление). Вследствие этого выпаривание под вакуумом широко применяют для концентрирования высококипящих растворов, например, растворов щелочей, а также для концентрирования растворов с использованием теплоносителя (пара) невысоких параметров.Применение вакуума дает возможность использовать в качестве греющего агента, кроме первичного пара, вторичный пар самой выпарной установки, что снижает расход первичного греющего пара. Вместе с тем при применении вакуума удорожается выпарная установка, поскольку требуются дополнительные затраты на устройства для создания вакуума (конденсаторы, ловушки, вакуум - насосы), а также увеличиваются эксплуатационные расходы. При выпаривании под давлением выше атмосферного также можно использовать вторичный пар как для выпаривания, так и для других нужд, не связанных с процессом выпаривания.Вторичный пар, отбираемый на сторону, называют экстра - паром. Отбор экстра - пара при выпаривании под избыточным давлением позволяет лучше использовать тепло, чем при выпаривании под вакуумом. Однако выпаривание под избыточным давлением сопряжено с повышением температуры кипения раствора. Поэтому данный способ применяется. лишь для выпаривания термически стойких веществ. Кроме того, для выпаривания под давлением необходимы греющие агенты с более высокой температурой.Выпаривание под атмосферным давлением, а иногда и выпаривание под вакуумом проводят в одиночных выпарных аппаратах (однокорпусных выпарных установках). Однако наиболее распространены многокорпусные выпарные установки, состоящие из нескольких выпарных аппаратов или корпусов, в которых вторичный пар каждого предыдущего корпуса направляется в качестве греющего в последующий корпус. При этом давление в последовательно - соединенных (по ходу выпаривания раствора) корпусах снижается таким образом, чтобы обеспечить разность температур между вторичным паром из предыдущего корпуса и раствором, кипящем в данном корпусе, т.е. создать необходимую движущую силу процесса выпаривания. В этих установках первичным паром обогревается только первый корпус. Следовательно, в многокорпусных выпарных установках достигается значительная экономия первичного пара по сравнению с однокорпусными установками той же производительности.В химической промышленности применяются в основном непрерывно - действующие выпарные установки. Лишь в производствах малого масштаба, а также при выпаривании растворов до высоких конечных концентраций иногда используют выпарные аппараты периодического действия. Концентрация раствора в таком аппарате приближается к конечной лишь в конечный период процесса. Поэтому средний коэффициент теплопередачи здесь может быть несколько выше, чем в непрерывно - действующем аппарате, где концентрация растворов ближе к конечной в течении всего процесса выпаривания. Выпарные аппараты трубчатые стальные с естественной, принудительной циркуляцией и пленочные с поверхностью теплообмена 10 - 3150 м2, предназначенные для упаривания. водных. растворов и обогреваемые водяным паром при давлении не выше 1,6 МПа, регламентированы ГОСТ 11987-81. ГОСТ распространяется на выпарные аппараты, работающие при давлении вторичных паров 0,0054 - 1,0 МПа и и температуре сред 12 - 200 °С.ГОСТ 11987-81 устанавливает три типа выпарных трубчатых аппаратов:с естественной циркуляцией, изготавливаемые в трех исполнениях (с соосной двухходовой греющей камерой, с вынесенной греющей камерой и с соосной греющей камерой и солеотделением);с принудительной циркуляцией, изготовляемые в двух исполнениях (с вынесенной греющей камерой и соосной греющей камерой);пленочные, изготавливаемые тоже в двух исполнениях (с восходящей пленкой и со стекающей пленкой).Выпарной аппарат с естественной циркуляцией в первом исполнении – с соосной двухходовой греющей камерой - следует применять при упаривании растворов, не образующих осадка на греющих трубах, а также при незначительных накипеобразованиях на трубах, удаляемых промывкой; во втором исполнении – с вынесенной греющей камерой – при упаривании растворов, выделяющих незначительный осадок, удаляемый механическим способом; в третьем исполнении - с соосной греющей камерой и солеотделением при выпаривании растворов, выделяющих кристаллы и образующих осадок, удаляемой промывкой.Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией в первом исполнении – с вынесенной греющей камерой – необходимо использовать при упаривании вязких растворов или выделяющих осадок на греющих трубках, удаляемый механическим способом; во втором исполнении – с соосной греющей камерой – при упаривании вязких чистых растворов, не выделяющих осадок, а также при незначительных накипеобразованиях на трубках, удаляемых промывкой.Выпарной трубчатый пленочный аппарат в первом исполнении- с восходящей пленкой - используют при упаривании пенящихся растворов, а во втором исполнении - со стекающей пленкой - при упаривании вязких и термонестойких растворов.В данной работе будет рассчитана двухкорпусная выпарная установка, работающая при прямоточной схеме. Преимуществами прямоточного многокорпусного выпарного аппарата являются не принудительное (без затрат внешней работы) движения раствора через всю систему и минимальные потери тепла с уходящим выпарным раствором (он уходит при температуре кипения последнего корпуса). Недостатком данного аппарата являются неблагоприятные условия теплопередачи: самый концентрированный раствор выпаривается (кипит) при самой низкой температуре, когда вязкость максимальна, а теплоемкость и теплопроводность минимальны.По условиям теплопередачи более выгодны многокорпусные аппараты с противотоком раствора и паров. Здесь начальный раствор движется по направлению от последнего корпуса к первому, а первичный и вторичные пары- в обратном направлении, так что раствор конечной концентрации (наиболее вязкий) выпаривается при самой высокой температуре. Однако существенным недостатком данной схемы является необходимость перемещение раствора в сторону нарастающего давления, что требует установки насосов между корпусами или применения выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией растворов. Кроме того, концентрированный раствор, уходя из корпуса 1, уносит большее количество тепла чем в предыдущем случае.Описание технологической схемы выпарной установкиВодный раствор хлорида кальция; с параметрами S0 = 28000 кг/ч, tн = 20 °С, х0 = 9,2 %масс., поступает в трубное пространство подогревателя, где он за счёт теплоты конденсации греющего пара Ргр = 0,310 МПа, подаваемого в межтрубное пространство, нагревается до температуры кипения Подогретый раствор поступает в 1 корпус, обогреваемый греющим паром. Раствор в трубах кипит при температуре t1 и в виде смеси (пар + жидкость) поступает в сепарационное пространство, где происходит ее разделение на вторичный пар с параметрами W1, θ1, h1, и упаренный раствор с параметрами S1, t1, х1 которые выводятся из корпуса.Упаренный раствор из 1 корпуса подаётся во 2 корпус. Во втором корпусе происходит его дальнейшее упаривание до концентрации х2 за счёт теплоты, отдаваемой при конденсации вторичного пара, поступающего из 1 корпуса. Аналогично 1 корпусу, вторичный пар из корпуса 2 с параметрами W2, θ2, h2 является греющим паром для последнего корпуса, работающего при заданном вакууме. В последнем корпусе происходит упаривание раствора до заданной конечной концентрации х3.Вторичный пар из 3 корпуса с параметрами W3, θ3, h3 поступает в барометрический конденсатор смешения, где он, контактируя с водой, конденсируется, значительно уменьшая свой объем, в результате чего образуется вакуум. Циркуляция раствора в аппаратах может быть естественной или принудительной. Растворы хлорида кальция не обладают высокой вязкостью, значит можно выбрать аппарат с естественной циркуляцией. Также, т. к. такие растворы не склонны к образованию накипи и выпадению осадка, то возможно использование аппарата с выносной греющей камерой.Основные условные обозначенияT, t – температура, оС;а – концентрация раствора, кг/кг;с – теплоемкость, кДж/(кг*К);ν – кинематическая вязкость, м2/с;λ – теплопроводность, Вт/(м*К);Q – количество теплоты, кВт;Δ – разность температур, оС;F – поверхность нагрева, м2;К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2*К);θ – температура вторичного пара, оС;δ – депрессия, оС;S – производительность, кг/сW – количество выпариваемой воды, кг/с;Р – давление, МПа;r – скрытая теплота парообразования, кДж/кг;α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2*К);G – массовый расход, кг/с;ρ – плотность, кг/м3;i, h – энтальпия, кДж/кг;ω – скорость, м/с;Индексы:i – порядковый номер;т – температурная;гд – гидродинамическая;гс – гидростатическая;в – вода;Исходные данныеКоличество корпусов: 3;Выпариваемый раствор: водный раствор хлорида кальция;Производительность по исходному раствору: S0 = 28000 кг/ч = 7,778 кг/сКонцентрация раствора:начальная: x0 = 0,09 масс.д.;конечная: х3 = 0,17 масс.д.;Температура раствора на входе в 1-ый корпус: t0=tкипВакуум в последнем корпусе: 83325 Н/м²Р3= (101325 - 83325) Н/м² = 18000 Н/м² = 135 мм рт. ст.Отбор экстра-пара из 1 корпуса в количестве, кг/с: -Отбор экстра-пара из 2 корпуса в количестве, кг/с: -Давление греющего пара: Ргр = 0,310 МПа = 3,160 кгс/см² = 3,10 бар1. Теплотехнический расчет выпарных аппаратов1.1. Физико-химические свойства раствора, водяного пара и его конденсата, выбор конструкционного материалаДля теплотехнических расчетов аппаратов требуется знание следующих физико-химических характеристик веществ: Греющий пар (Ргр = 3,160 кгс/см2, [2], стр. 549):Температура греющего пара Тгр = 134,7 оС;Энтальпия пара hп = 2726,8 кДж/кг;Теплота парообразования r = 2160,3 кДж/кг;Конденсат греющего пара при Тгр = 134,7 оС ([2], стр.537):Энтальпия конденсата iк = 566,4 кДж/кг;Теплопроводность конденсата λк = 0,686 Вт/(м · К);Плотность конденсата ρк = 930,7 кг/м³;Динамическая вязкость конденсата μк = 0,000212 Па · с;Выбираем конструкционный материал, стойкий к среде кипящего раствора хлорида кальция:Сталь марки 08Х22Н6Т;Теплопроводность стали λст = 17,5 Вт/(м · К);1.2. Расчет количества выпариваемого растворителя и концентраций упариваемого раствораПервое приближениеОбщее количество выпариваемого растворителя:W=S0·1-x0x3=7,778·1-0,090,17=3,569 кг/с В первом приближении распределяем количество выпаренного растворителя по корпусам в соотношении 1 : 1,15 : 1,4. Тогда:W1=1·3,5693,55=1,005 кг/с W2=1,2·3,5693,55=1,156 кг/сW3=1,4·3,5693,55=1,408 кг/сИз балансовых уравнений по каждому корпусу находим количество упаренного раствора в каждом из них:S3=S0-W=7,778-3,569=4,209 кг/сS1=S0-W1=7,778-1,005=6,773 кг/сS2=S1-W2=6,773-1,156=5,616 кг/сИз уравнения баланса по сухому веществу можно вычислить концентрации упаренного раствора соли в первом и втором корпусах:x1=x01-W1S0=0,091-1,0057,778=0,106=10,6 % масс.x2=x11-W2S1=0,1061-1,1566,773=0,128=12,8 % масс.1.3. Температуры кипения раствораПредварительно распределяем общий перепад давлений в выпарной установке (между греющим паром первого и вторичным паром последнего корпусов) в соотношении 1,2 : 1,2 : 1 между всеми корпусами:ΔP=Pгр1-P3=3,10-0,180=2,920 барPгр2=Pгр1-1,2·ΔP1,2+1,2+1=3,10-1,2·2,9203,4=2,069 барPгр3=Pгр2-ΔP3=2,069-1,2·2,9203,4=1,039 барНа рисунке 1 представлена зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры. Зная давления греющих паров в каждом из корпусов, находим их температуры:T1=134,7 ℃T2=121,3 ℃T3=100,7 ℃Изменение температуры кипения по высоте кипятильных труб происходит вследствие изменения гидростатического давления столба жидкости. Температуру кипения раствора в корпусе принимают соответствующей температуре кипения в среднем слое жидкости. Таким образом, температура кипения раствора в корпусе отличается от температуры греющего пара в последующем корпусе на сумму температурных потерь Σδ от температурной δ, гидростатической δгс и гидродинамической депрессий δгд.Рисунок 1. Зависимость давления насыщенных паров воды от температурыРисунок 2. Зависимость энтальпии насыщенных паров воды от температурыГидродинамическая депрессия обусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус и принимается равной 1 град. Тогда температуры вторичных паров в корпусах равны:θ1=T2+δгд=121,3+1=122,3 ℃θ2=T3+δгд=100,7+1=101,7 ℃Сумма гидродинамических депрессий:Σδгд=1+1,0=2,0 ℃Температура вторичного пара в третьем корпусе определяется по давлению в нем (0,180 бар):θ3=57,8 ℃По температурам вторичных паров определяем давления в первом и втором корпусах:P1=2,135 барP2=1,076 барГидростатическая депрессия обусловлена разностью давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности. Давление в среднем слое кипящего раствора каждого корпуса определяется по уравнениюPсрi=Pi+ρi·g·H·1-ε2Паронаполнение при пузырьковом режиме кипения принимается равным ε=0,5. Плотности растворов хлорида кальция при соответствующих концентрациях в корпусах и температуре 20,0°С (изменением плотности раствора при увеличении температуры от 20,0°С до температуры кипения пренебрегаем ввиду малого значения объемного коэффициента расширения) равны:ρ1=1091,5 кг/м3ρ2=1111,3 кг/м3ρ3=1149,0 кг/м3Для выбора высоты кипятильных труб необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата. При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляцией в диапазоне 20 000–50 000 Вт/м². Примем удельную нагрузку равной: q=35000 Вт/м2 Теплота парообразования вторичного пара в первом корпусеr1=2196,1 кДж/кгТогда поверхность теплопередачи 1го корпуса ориентировочно равна:Fор=Qq=W1·r1q=W1·r1q=1,005·2196,1·10335000=63,1 м2Трубчатые аппараты с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой состоят из кипятильных труб длиной 4 или 5 м при их наружном диаметре 38 мм и толщине стенки 2 мм. Примем высоту кипятильных труб 4 м.Давления в среднем слое кипятильных труб корпусов равны:Pср1=2,135+1091,5·9,81·4·1-0,52·10-5=2,242 барPср2=1,076+1111,3·9,81·4·1-0,52·10-5=1,185 барPср3=0,180+1149,0·9,81·4·1-0,52·10-5=0,293 барЭтим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты испарения:tср1=123,9 ℃rвп1=2191,6 кДж/кгtср2=104,5 ℃rвп2=2245,7 кДж/кгtср3=68,5 ℃rвп3=2337,0 кДж/кгГидростатическая депрессия по корпусам:δ1гс=tср1-θ1=123,9-122,3=1,6 ℃δ2гс=tср2-θ2=104,5-101,7=2,7 ℃δ3гс=tср3-θ3=68,5-57,8=10,8 ℃Сумма гидростатических депрессий:Σδгс=1,6+2,7+10,8=15,1 ℃Полезная разность температур по корпусам:Δ1=T1-t1=134,7-126,3=8,4 ℃Δ2=T2-t2=121,3-107,1=14,2 ℃Δ3=T3-t3=100,7-71,6=29,1 ℃Общая полезная разность температур равна:ΔΣ=Δ1+Δ2+Δ3=8,4+14,2+29,1=51,7 ℃Проверим общую полезную разность температур:ΔΣ=T1-θ3-Σδгс-Σδгд-ΣδΔΣ=134,7-57,8-15,1-2,0-8,1=51,7 ℃1.4. Определение тепловых нагрузокДля того, чтобы определить тепловые нагрузки на каждый из аппаратов и количество выпариваемого растворителя в каждом из них, необходимо составить систему уравнений материального и теплового баланса и решить ее.Материальный баланс по общему количеству выпариваемой воды:W1+W2+W3=WМатериальный баланс по первому и второму корпусам выпарной установки:S1+W1=S0S2+W2=S1Тепловые балансы корпусов составляются на том основании, что теплота, передаваемая греющим паром (вторичным паром предшествующего корпуса), расходуется на нагрев раствора от температуры на входе в корпус до температуры его кипения и на его испарение. Тепловые потери в окружающую среду принимаем равными 5% от тепловой нагрузки корпуса. Тогда получаем тепловой баланс по третьему корпусу:W2·h3-cк3·T3=1,05·S2·c2·t3-t2+W3·i3-cв3·t3Тепловой баланс по второму корпусу:W1·h2-cк2·T2=1,05·S1·c1·t2-t1+W2·i2-cв2·t2Составляем систему из пяти уравнений:W1+W2+W3=WS1+W1=S0S2+W2-S1=01,05·S2·c2·t3-t2+1,05·W3·i3-cв3·t3-W2·h3-cк3·T3=01,05·S1·c1·t2-t1+1,05·W2·i2-cв2·t2-W1·h2-cк2·T2=0Теплоемкости растворов берутся при их средних температурах и соответствующих концентрациях упариваемого раствора:t01=126,3 ℃c0=3,744кДжкг·℃t12=116,7 ℃c1=3,714кДжкг·℃t23=89,4 ℃c2=3,667кДжкг·℃Значения энтальпий водяного пара (греющего и вторичного) при разных температурах определяются по рисунку 2, а теплоемкости воды при температурах кипения и температурах греющего пара для каждого из корпусов – по рисунку 3. Теплоемкости и энтальпии представлены в таблице 1.Рисунок 3. Зависимость теплоемкости воды от температурыТаблица 1. Свойства воды и водяного пара при разных температурахT1=134,7 ℃T2=121,3 ℃T3=100,7 ℃hi, кДж/кг2726,82708,42677,9cкi, кДжкг·℃4,2764,2514,221θ1=122,3 ℃θ2=101,7 ℃θ3=57,8 ℃ii, кДж/кг2709,92679,42604,3t1=126,3 ℃t2=107,1 ℃t3=71,6 ℃cвi, кДжкг·℃4,2604,2304,188Подставим численные значения в систему уравнений:W1+W2+W3=3,569S1+W1=7,778S2+W2-S1=01,05·S2·3,667·71,6-107,1+1,05·W3·2604,3-4,188·71,6- -W2·2677,9-4,221·100,7=01,05·S1·3,714·107,1-126,3+1,05·W2·2679,4-4,230·107,1--W1·2708,4-4,251·121,3=0Приведем систему к матричному виду:1100-2192,6 101-2252,72337,5 1002419,60 01-10-74,6 001-136,90·W1W2W3S1S2=3,5697,778000Решая систему уравнений алгебраическими способами (нахождение обратной матрицы коэффициентов и ее умножение на столбец свободных членов), получаем следующие значения:W1=1,008 кг/сW2=1,162 кг/сW3=1,399 кг/сS1=6,770 кг/сS2=5,608 кг/сПроверяем найденные значения, рассчитывая производительность третьего корпуса по раствору и сравнивая с найденной ранее:S3=S2-W3=5,608-1,399=4,209 кг/сРассчитаем отклонения рассчитанных количеств выпариваемой воды от рассчитанных ранее:1,008-1,0051,008·100%=0,3%1,162-1,1561,162·100%=0,5%1,399-1,4081,399·100%=0,6%Т. к. значения отклонений не превышают 3%, то пересчитывать концентрации и температуры кипения растворов по корпусам не требуется.1.5. Расчет коэффициентов теплопередачиКоэффициент теплопередачи для первого корпуса определяют по уравнению аддитивности термических сопротивлений:KI=11α1+Σδλ+1α2Конструкционный материал, стойкий к среде раствора, был выбран ранее. Толщину слоя накипи принимаем равной 0,5 мм, а ее теплопроводность – 2 Вт/(м · К). Тогда сумма термических сопротивлений без учета загрязнений со стороны пара:Σδλ=δстλст+δнλн=0,00217,5+0,00052=0,000364м2·КВтКоэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке α1 равен:α1=A4Δt1Величина А представляет собой комплекс теплофизических величин для конденсата греющего пара, а также учитывает высоту кипятильных труб, и рассчитывается по формуле:A=2,04·4λ3·ρ2·r·gμ·HВ таблице 2 приведены свойства конденсата греющего пара для всех корпусов:Таблица 2. Параметры конденсата греющего параПараметр, ед. изм.I корпусII корпусIII корпусT1=134,7T2=121,3T3=100,7Теплопроводность конденсата, λ, Вт/(м·К)0,6860,6860,682Плотность конденсата, ρ, кг/м3930,7942,0957,9Вязкость конденсата, μ, Па·с0,0002120,0002330,000281Теплота парообразования, r, Дж/кг216028421989512255813Т. к. разность температур конденсации пара и стенки Δt1 заранее неизвестна, то расчет α1 ведут методом последовательных приближений. Полученные после первой итерации значения используются как начальные для последующих итераций.Значения величины А по корпусам:AI=2,04·40,6863·930,72·2160284·9,810,000212·4=10531,0AII=2,04·40,6863·942,02·2198951·9,810,000233·4=10411,1AIII=2,04·40,6823·957,92·2255813·9,810,000281·4=10037,5Алгоритм расчета коэффициентов теплоотдачи последовательным приближением выглядит следующим образом:Зная А и Δt1 рассчитывается коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующегося пара для каждого корпуса. Рассчитывается величина удельной тепловой нагрузки:q'=α1·Δt1По найденной величине тепловой нагрузки и сумме термических сопротивлений рассчитывается перепад температур на стенке:Δtст=q·ΣδλРазность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора находится через полезную разность температур в корпусе:Δt2=Δ-Δtст-Δt1Рассчитывается коэффициент теплоотдачи со стороны кипящего раствора по формуле:α2=B·q2/3где коэффициент В представляет собой совокупность теплофизических свойств кипящего раствора:B=b·3λ2ν·σ·t+273Коэффициент b находится по эмпирической зависимости [2]:b=0,075+0,75·ρпρ-ρп2/3 Зная α2, можем проверить значение удельной тепловой нагрузки:q''=α2·Δt2 Если полученные значения q' и q'' отличаются незначительно, то оставляем принятое значение Δt1. В противном случае значение Δt1 для следующей итерации пересчитывается на основании полученного значения q'':Δt1=q''α1Расчет ведется до тех пор, пока получаемые значения q' и q'' не будут примерно равны.Теплофизические свойства кипящего раствора и результаты расчета коэффициента В приведены в таблице 3. В таблице 4 приведены результаты итерационного расчета коэффициентов теплоотдачи для каждого из корпусов.Таблица 3. Теплофизические свойства кипящего раствораВеличина, ед. изм.I корпусII корпусIII корпусt1=126,3x1=10,6 %t2=107,1x2=12,8 %t3=71,6x3=17 %Теплопроводность раствора, λ, Вт/(м·К)0,6670,6650,663Плотность раствора, ρ, кг/м31040,81068,81122,8Поверхностное натяжение раствора, σ, мН/м0,06130,06170,0617Кинематическая вязкость раствора, υ, 10-6 м²/с0,3640,3910,448Плотность вторичных паров, ρп, кг/м31,2010,6330,118Коэффициент b0,0830,0800,077Коэффициент B9,899,167,83Зная коэффициенты теплоотдачи, можем определить коэффициенты теплопередачи для каждого корпуса:KI=110808,5+0,000364+12446,0-1=1155,2Втм2·КKII=18654,9+0,000364+13285,5-1=670,0Втм2·КKIII=16389,7+0,000364+14441,9-1=392,8Втм2·КТаблица 4. Результаты итерационного расчета коэффициентов теплоотдачи по корпусам1.6. Распределение полезной разности температурТепловые нагрузки по корпусам с учетом теплопотерь составляют:QI=1,05·S0·c0·t1-t0+W1·i1-cв1·t1QI=1,05·7,778·3,744·126,3-126,3+1,008·2709,9-4,260·126,3·103QI=2299301 ВтQII=W1·h2-cк2·T2QII=1,008·2708,4-4,251·121,3·103=2321166 ВтQIII=W2·h3-cк3·T3QIII=1,162·2677,9-4,221·100,7·103=2748179 ВтПолезные разности температур в корпусах установки находим из условия равенства поверхностей теплопередачи:Δi=ΔΣ·QiKii=13QiKiПодставив численные значения, получим:ΔI=51,7·22993011155,222993011155,2+2321166670,0+2748179392,8=22993011155,212451,4=8,3 ℃ΔII=51,7·2321166670,012451,4=14,4 ℃ΔIII=51,7·2748179392,812451,4=29,1 ℃Проверим общую полезную разность температур установки:ΔΣ=8,3+14,4+29,1=51,7 ℃Рассчитаем поверхность теплопередачи выпарных аппаратов по формуле:F=QK·ΔFI=22993011155,2·8,3=180,7 м2FII=2321166670,0·14,4=180,7 м2FIII=2748179392,8·29,1=180,7 м2Найденные значения относительно мало отличаются от определенной ранее поверхности Fор = 63,1 м². Поэтому нет необходимости вносить коррективы в выбранную ранее высоту кипятильных труб. Ниже приведено сравнение предварительно рассчитанных значений полезных разностей температур и полученных из условий равенства поверхностей теплопередачи:КорпусIIIIIIПредварительно рассчитанные значения Δ8,414,229,1Рассчитанные Δ из условия равенства поверхностей8,314,429,1Как видно, полезные разности температур отличаются незначительно от полученных предварительно, что говорит о правильно выбранном распределении давлений по корпусам (в соотношении 1,2 : 1,2 : 1).По ГОСТ 11987–81 выбираем выпарной аппарат со следующими характеристиками:Номинальная поверхность теплообмена F = 200 м2;Высота труб Н = 4000 мм;Диаметр труб d = 38 × 2 мм;Диаметр греющей камеры D = 1200 мм, не менее; Диаметр сепаратора D1 = 2800 мм, не более;Диаметр циркуляционной трубы D2 = 800 мм, не более;Общая высота аппарата На = 14500 мм, не более;Масса аппарата М = 14800 кг, не более;Высота парового пространства Н1 = 2000 мм, не более.Запас поверхности теплопередачи составляет:200-180,7200·100%=10%Расход греющего пара на первый корпус составляет:DI=QIh1-сk1T1=2299301·36002726,8-4,276·134,7·103=3848 кг/ч1.7. Определение толщины тепловой изоляцииЗадача расчета состоит в определении толщины слоя изоляции δиз, наносимую на внешнюю поверхность аппарата.Температура с внутренней стороны изоляции первого корпуса равна температуре греющего пара – tвнутр = 134,7 °С. Температура внешней среды принимается равной температуре воздуха зимой на месте строительства аппарата. Принимаем tвнеш = -15 °С. Также, для температуры самой изоляции принимаем температуру, безопасную для обслуживающего персонала, tст = 40 °С. Материал изоляции – асбест. Коэффициент теплопроводности λиз = 0,151 Вт/(м ∙ К). Суммарный коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием и конвекцией α рассчитывается по формуле ([3], стр.177):α=9,3+0,058∙tст=9,3+0,058∙40=11,62Втм2∙К Толщина изоляции аппарата будет равна:δиз=λизα∙tвнут-tстtст-tвнеш=0,15111,62∙134,7-4040-(-15)=0,022 м=22 мм Принимаем такую толщину изоляции и для других корпусов.2. Конструкционное оформление выпарного аппаратаДальнейшие расчеты ведутся для первого корпуса выпарной установки.2.1. Расчет и подбор штуцеров для материальных потоков2.1.1. Штуцер для подачи исходного раствораПлотность исходного раствора: ρн = 1029 кг/м3 при t0 = 126,3 °С и х0 = 9,2 %.Объемный расход: V = S0/ρн = 7,778 / 1029 = 0,00756 м3/сПринимаем ω = 1,0 м/с.Dшт=4Vπω=4∙0,007563,14∙1,0∙103=98,1 мм2.1.2. Штуцер для вывода упаренного раствораРасход упаренного раствора: Sк1 = S0 – W1 = 7,778 – 1,008 = 6,770 кг/сПлотность упаренного раствора:ρк1 = 1005 кг/м3 при t1 = 126,3 °С и a1 = 10,6 %Объемный расход: V = Sк1/ρк1 = 6,770/ 1005 = 0,00674 м3/сПринимаем ω = 1,0 м/с.Dшт=4Vπω=4∙0,006743,14∙1,0∙103=92,6 мм2.1.3. Штуцер для ввода греющего параРасход греющего пара: D1= 1,069 кг/сПлотность греющего пара: ρгр.п. = 1,704 кг/м3 при Т1 = 134,7 °С.Объемный расход: V = D1/ρгр.п. = 1,069 / 1,704 = 0,627 м3/сПринимаем ω = 10 м/с.Dшт=4Vπω=4∙0,6273,14∙10∙103=412,7 мм2.1.4. Штуцер для вывода вторичного параРасход вторичного пара: W1= 1,008 кг/сПлотность вторичного пара: ρвт.п. = 1,201 кг/м3 при θ1 = 122,3 °С.Объемный расход: V = W1/ρвт.п. = 1,008 / 1,201 = 0,839 м3/сПринимаем ω = 10 м/с.Dшт=4Vπω=4∙0,8393,14∙10∙103=426,9 мм2.1.5. Штуцер для вывода конденсатаРасход конденсата: D1= 1,069 кг/сПлотность конденсата: ρконд = 930,7 кг/м3 при Т1 = 134,7 °С.Объемный расход: V = D1/ρп = 1,069 / 930,7 = 0,00115 м3/сПринимаем ω = 0,5 м/с.Dшт=4Vπω=4∙0,001153,14∙0,5∙103=84,1 мм2.1.6. Выбор стандартных штуцеров и соответствующих им фланцевШтуцеры и фланцы подбираются по [5, стр.172, стр.210] и приведены в таблице 4. Графическое изображение штуцера и фланца и соответствующих им размеров приведено на рисунке 6.Таблица 5. Выбор стандартных штуцеров и соответствующих им фланцевright110998000left381000Рисунок 4. Графическое изображение штуцера и фланца и соответствующих им размеров2.2. Расчет толщины стенки греющей камерыМатериал стенки – сталь марки 08X22H6T, для данного материала по таблице [3, стр 394] при Т1 = 134,7 °C , σ*= 205 МПа. Рассчитаем допускаемое механическое напряжение:[σ]= σ ∙ η= 205 ∙ 1 = 205 МПаPгр = 0,31МПа, Dгр = 1200 мм.sгр=Pгр∙Dгр2∙φ∙σ-Pгр+С=0,31∙12002∙1,00∙205-0,31+4=4,91 ммГде коэффициент прочности сварного шва для стыкового одностороннего ручного шва φ = 1,00 и прибавка для компенсации коррозии С = 4 мм.Окончательно примем толщину стенки равной 8,0 мм. 2.3. Высота и диаметр сепаратораСепарационное пространство в выпарном аппарате служит для предотвращения уноса вторичным паром капель упариваемого раствора, так как капли уносимого раствора попадая в межтрубное пространство следующего выпарного аппарата, увеличивают его термическое сопротивление, загрязняют конденсат пара. Унос так же уменьшает выход готового продукта. Величину уноса капель характеризуют объемным напряжением парового пространства q, представляющее отношение объемного потока вторичного пара на 1 м3 парового пространства.q = 0,58 м3м3·ч [6] при Р = 2,135·105 Па.Необходимый объем парового пространства находят, зная количество выпариваемого растворителя в м3/ч:Vсеп=V1q=0,839·36000,58=1,447 м3 Высота сепаратора при известном его диаметре 2800 мм:Hсеп=4·Vсепπ·Dсеп2=4·1,4473.14·2,8002·1000=235 ммТ. к. высота требуемого сепарационного пространства слишком мала, можем принять ее с запасом равной диаметру корпуса 2,5 м.2.4. Расчет толщины стенки цилиндрической обечайки корпуса аппаратаДавление в аппарате: Pсеп = 0,214 МПа, диаметр сепаратора: Dсеп = 2800 мм;sгр=Pсеп∙Dсеп2∙φ∙σ-Pсеп+С=0,214∙28002∙1,00∙205-0,214+4=5,46 ммГде коэффициент прочности сварного шва для стыкового одностороннего ручного шва φ = 1,00 и прибавка для компенсации коррозии С = 4 мм.Окончательно примем толщину стенки равной 8,0 мм.3. Узел подогрева исходного раствораВ подогревателе раствор должен нагреваться до температуры кипения в 1 корпусе.Теплофизические свойства растворов приведены ранее. Материал для подогревателя тот же, что и для корпуса выпарной установки.Выбираем кожухотрубчатый вертикальный теплообменник: в трубное пространство подается раствор, а в межтрубное – водяной пар.В данном аппарате происходит нагревание исходного раствора без изменения агрегатного состояния за счет конденсации греющего пара.Раствор хлорида кальция нагревается от температуры 20℃ до 126,3℃.Для раствора при концентрации x0 (см. пункт 1.1.):Средняя температура раствора tср=tн+t02=20+126,32=73,1oCПлотность ρ0 = 1053,6 кг/м3;Кинематическая вязкость ν0 = 0,517 ∙ 106 м2/с;Теплоемкость с0 = 3,805 кДж/(кг ∙ К)Теплопроводность λ0 = 0,652 Вт/(м ∙ К);Поверхность теплообмена определяется по формуле:F=Q0К∙ΔРасход тепла в подогревателе исходного раствора:Q0=S0c0∙t0-tн=7,778∙3,805∙126,3-20=3145,964 кВтРасход греющего пара:D0=Q0r=3145,9642160,3=1,456кгсСредняя логарифмическая разность температур:Δ=Т1-tн-Т1-t0lnТ1-tнТ1-t0=t0-tнlnТ1-tнТ1-t0=126,3-20ln134,7-20134,7-126,3=40,7оСПримем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи:Кор=800Втм2∙КТогда ориентировочное значение поверхности теплообмена:Fор=Q0Кор∙Δ=3145964800∙40,7= 96,7 м2Подбираем теплообменник ([3], стр.61) со следующими параметрами:Поверхность теплообмена F = 113,0 м2;Диаметр кожуха D = 600 мм;Диаметр труб d = 25 ×2  мм;Длина труб Н = 6 м;Число ходов z = 2;Число труб n = 240;Скорость потока, подаваемого в трубное пространство аппарата:ω=4S0ρ0·πd2· n / z=4·7,7781053,6·3,14·0,0212·240 / 2=0,178мсКритерий Рейнольдса:Re=ω∙dν0=0,178∙0,0210,517∙10-6=10238Режим течения жидкости – турбулентный. Критерий Нуссельта при таком режиме определяется по графику [2, стр. 154]:NuPr0,43·PrPrст0,25=34,4Отношение критериев Прандтля при температуре жидкости и температуре стенки в первом приближении можно принять равным 1.Критерий Прандтля:Pr=с0ν0ρ0λ0=3,805∙103∙0,517∙10-6∙1053,60,652=3,12Подставив известные значения, получаем значения критерия Нуссельта:Nu=55,4Коэффициент теплоотдачи холодного теплоносителя:α2=Nu∙λ0d=55,4∙0,6520,021=1719,4 Втм2∙КТеплофизические свойства конденсата греющего пара при температуре 143,5 (см. пункт 1.1.):Теплопроводность конденсата λ = 0,686 Вт/(м ∙ К);Плотность конденсата ρ = 930,8 кг/м3;Динамическая вязкость конденсата μ = 0,000212 Па ∙ с;Коэффициент теплоотдачи со стороны горячего теплоносителя (конденсирующегося пара):α1=3,78·λ·3ρ2∙dн∙nμ∙D0α1=3,78·0,686·3930,82∙0,025∙2400,000212∙1,456=6638,9 Втм2∙КСумма термических сопротивлений стенки:Σrст=δстλст+rзагр1+rзагр2Материал стенки – нержавеющая сталь;Теплопроводность стали λст = 17,5 Вт/(м ∙ К);Тепловая проводимость загрязнений стенки:водяной пар (с примесями): 1/rзагр1 = 5800 Вт/(м2 ∙ К);рассол: 1/rзагр2 = 5800 Вт/(м2 ∙ К);Σrст=0,00217,5+15800+15800=0,00046м2∙КВтКоэффициент теплопередачи находится итерационным способом по следующей формуле:К=1α1+Σrст+1α2-1К=16638,9+0,00046+11719,4-1=839 Втм2∙КПересчитаем поверхность теплообмена:F=Q0К∙Δ=3145964839∙40,7=92,1 м2Полученная поверхность меньше выбранной, поэтому оставляем выбранный теплообменник. Запас поверхности составляет:113,0-92,192,1·100%=18,0 %4. Блок создания и поддержания вакуума4.1. Расчет барометрического конденсатораПоследний (иногда и предпоследний) корпус многокорпусной установки (по ходу движения раствора) работает под вакуумом, создание которого обеспечивается конденсацией вторичных паров в конденсаторе. Разрежение, устанавливаемое в нём, распространяется на корпуса выпарной установки, соединённые паропроводами.В выпарных установках нашли преимущественное применение противоточные смесительные конденсаторы.Необходимо установить основные теплотехнические параметры работы конденсатора. Температурный режим, полное и парциальное давление пара и газа в смеси устанавливают исходя из расчетных данных последнего корпуса выпарной установки.Температуру пара на входе в конденсатор определяют с учетом гидравлической депрессии δг, в соединительном паропроводе по формуле:θ = θ2 - δг = 57,8 - 1 = 56,8 °СНачальная температура охлаждающей воды tв' = 15 °СКонечную температуру смеси, состоящую из отработанной воды и конденсата, на выходе из конденсатора принимают равной:tв'' = θ – (2÷3) = 56,8 – 2,5 = 54,3 °СТ.к. полученное значение больше 50°С, то tв''= 50,0 °С.Температуру неконденсирующейся парогазовой смеси на выходе из конденсатора рассчитывают по формуле:tг = tв'+ 4 + 0,1 · (tв''-tв') = 15 + 4 + 0,1 · (54,3 - 15) = 22,9 °СРабочее давление в конденсаторе при θ: Рк = 0,172 бар.Парциальное давление конденсируемого пара при tг: Рп = 0,0285 бар.Парциальное давление неконденсирующегося газа определяют, согласно закону Дальтона, по формуле:Рг = Рк – Рп = 0,172 – 0,0285 = 0,1435 бар = 14350 ПаПлотность воды при tв'': ρв = 986,0 кг/м3.Теплоемкость воды для средней температуры 54,3+152=34,6 °С: св = 4,174 кДж/(кг · К);Энтальпия конденсируемого пара при температуре θ: iп = 2602 кДж/кг.Расход охлаждающей воды определяют из уравнения теплового баланса конденсатора:Gв=W3 ∙iп- св∙tв''св∙tв''-tв'=1,399 ∙2602- 4,174∙54,34,174∙54,3-15=20,27 кг/сПлотность паров при θ: ρп = 0,113 кг/м3.Диаметр конденсатора (скорость паров принимаем из диапазона 1525 м/с):dб.к.=4·W3ρв·π·ωб.к.=4·1,399986,0·3.14·15,0=1,026 мВыбираем [3, стр. 187] стандартный конденсатор: dк = 1000 мм.Выбранному конденсатору соответствует барометрическая труба с диаметром dб.т. = 200 мм. Тогда скорость воды в барометрической трубе:ωб.т.=Gв+W3ρв∙4πdб.т.2=20,27+1,399 986,0∙43,14∙0,22=0,700 м/сВысота барометрической трубы определяется столбом жидкости, уравновешивающим разницу между атмосферным Ра и рабочим в конденсаторе Рк давлениями с учетом гидравлических потерь, возникающих при движении в ней жидкости со скоростью ωб.т..Кинематическая вязкость воды при tв'': υв = 0,518 ∙ 10-6 м2/с.Критерий Рейнольдса:Re=ωб.т.∙dб.т.υв=0,700∙0,20,518∙10-6=270192Коэффициент гидравлического сопротивления находим по формуле Никурадзе:λг=0,0032+0,221Re0,237=0,0032+0,2212701920,237=0,0146Коэффициенты местных сопротивлений: ξвх = 0,5, ξвых = 1.Высота барометрической трубы:Hб.т.=Pатм -Pкρв∙g+λ∙Hб.т.d+Σζ∙wб.т.22g+0,5Слагаемое 0,5 добавляют с целью избежать затопления (снизу) конденсатора при колебании (повышении) атмосферного давления.Hб.т.=1,01325-0,180∙105986,0∙9,81+0,0146∙Hб.т.0,2+1,5∙0,70022∙9,81+0,5Решая это уравнение, получаем:Hб.т.=9,2 м4.2. Расчет производительности вакуум-насосаВакуум-насосы предназначены для отсасывания из конденсатора неконденсирующихся газов (в основном воздуха) и поддержания в нём заданного рабочего давления. Одновременно с газом отсасывается и водяной пар, находящийся над свободной поверхностью охлаждающей воды в верхнем сечении конденсатора. Таким образом, вакуум-насосы удаляют из конденсатора парогазовую смесь.Масса неконденсирующегося газа (воздуха) Gг (кг/с) в отсасываемой парогазовой смеси определяется как сумма двух основных слагаемых. Первое отражает десорбцию газов (главным образом из охлаждающей воды). Обследование действующих конденсаторов смешения показало, что из каждой тонны смеси охлаждающей воды и конденсата десорбируется примерно 0,025 кг неконденсирующихся газов (воздуха). Второе слагаемое - подсос воздуха в конденсатор смешения через неплотности – оценивается сугубо приближённо: принимают, что в расчёте на тонну получаемого вторичного пара подсасывается до 10 кг воздуха. Таким образом, массовый поток отсасываемых сухих неконденсирующихся газов составляет:Gг=0,025∙Gв+W3+10∙W3∙10-3Gг=0,025∙20,27+1,399+10∙1,399∙10-3=0,015кгсОбъемная производительность вакуум-насоса рассчитывается по формуле:Vв.н.=GгRун273+tгМгPг=0,015∙8314∙273+22,929∙14350=0,086 м3сгде Rун – универсальная газовая постоянная, Rун = 8314 Дж/(кмоль ∙ К), Мг – молярная масса воздуха, Мг = 29 кг/кмоль.Объемная производительность:Vв.н.=0,086 м3с=5,15 м3минДавление в конденсаторе:Pк=0,172 бар=129 мм рт.ст.Зная объемную производительность Vв.н. и давление в конденсаторе Рк подбираем вакуум-насос [3, стр.188].Таблица 6. Выбор вакуум-насосаТипоразмерОстаточное давление, мм.рт.ст.Производительность,м3/минМощность на валу, кВтВВН-1,51101,52,15. Расчет вспомогательного оборудования5.1. Расчет и подбор центробежного насоса для подачи исходного раствора5.1.1. Выбор трубопроводаПлотность и кинематическая вязкость исходного раствора при tср = 73,1 оС: ρ0 = 1053,6 кг/м3, ν0 = 0,517 ∙ 10-6 м2/с.Зададимся одинаковой скоростью потока в нагнетательной и всасывающей линиях ω= 1,7 м/с. Тогда внутренний диаметр трубопровода круглого сечения на участке подачи исходной смеси рассчитывают по формуле:d=4S0ρ0πω=4∙7,7781053,6∙3,14∙1,7∙10-3=74,4 ммПодбираем ([3], стр. 16), трубопровод с наружным диаметром dнар = 90 × 5 мм. Тогда значение скорости будет равно:ω=4S0ρ0πd2=4∙7,7781053,6∙3,14∙0,09-2·0,0052 =1,469 мс5.1.2. Определение потерь напора на трение и местные сопротивления в трубопроводеГеометрическую высоту подъема исходного раствора принимаем равной Нг = 6,0 м и длина трубопровода в 2-3 раза больше: l = 15,0 м. Критерий Рейнольдса:Re=ωdν0=1,469∙0,09-2·0,0050,517∙10-6=227490Коэффициент гидравлического сопротивления находим по формуле Никурадзе: λ=0,0032+0,221∙Re-0,237λ=0,0032+0,221∙227490-0,237λ=0,0151Выбираем значения местных сопротивлений ([2], стр.520):Вход в трубу (с острыми краями) ζвх = 0,5; количество nвх = 2;Выход из трубы ζвых = 1; количество nвых = 2;Отводы под углом 90о и Ro/d = 4 – ζо = А∙В = 1∙0,11 = 0,11; количество nо = 6;Вентиль нормальный при диаметре 90 мм– ζв = 4,0; количество nв = 7;Сумма местных сопротивлений:Σζ=nвх∙ζвх+nвых∙ζвых+nо∙ζо+nв∙ζвΣζ=2∙0,5+2∙1+6∙0,11+7∙4,0=31,7Потери напора в трубопроводе:hп=λld+Σζ∙ω22ghп=0,0151∙15,00,08+31,7∙1,46922∙9,81=3,8 мГидравлическое сопротивление:Δрп=ρ0∙g∙hп=1053,6∙9,81∙3,8=39209 Па5.1.3. Выбор центробежного насосаДавление в первом корпусе: р1 = 2,135 бар = 213500 Па.Давление в емкости, откуда перекачивается жидкость – атмосферное, ратм = 101325 Па.Напор, который необходимо преодолеть центробежному насосу:Н=p1-paтмρ0g+hп+Hг=213500-1013251053,6∙9,81+3,8+6,0=20,6 мОбъемный расход исходной смеси:Q0=S0ρ0=7,7781053,6=0,007383 м3сПо рассчитанным значениям напора и объемного расхода подбираем насос со следующими характеристиками ([3], стр.38):Марка X90/33;Объемный расход Q = 0,025 м3/с;Напор Н = 25 м;Частота вращения n = 48,3 с-1;К.п.д. насоса ηн = 0,7.Мощность на валу насоса:N=S0∙g∙Нηн=7,778∙9,81∙20,60,7·103=2,251 кВт5.2. Емкости5.2.1 Емкость для исходного раствораМассовый расход исходного раствора S0 = 7,778 кг/с;Плотность при 20 °С: ρ0 = 1078,9 кг/м3;Принимаем уровень заполнения емкости – 80%;Время хранения принимаем 2 ч, или 7200 с;Объем емкости:V=S0τ0,8∙ρ0=7,778∙72000,8∙1078,9=64,9 м3Выбираем горизонтальный с двумя эллиптическими днищами корпус емкостного аппарата ([5], стр. 333) со следующими характеристиками:Номинальный объем Vном = 80 м3;Внутренний диаметр Dв = 2800 мм;Длина аппарата l = 12070 мм;Площадь внутренней поверхности Fв =123,1 м2;5.2.2 Емкость для упаренного раствораМассовый расход упаренного раствора S3 = S0 – W = 4,209 кг/с;Плотность ρ3 = 1005,1 кг/м3;Принимаем уровень заполнения емкости – 80%;Время хранения принимаем 2 ч, или 7200 с;Объем емкости:V=S3τ0,8∙ρ3=4,209∙72000,8∙1005,1=37,7 м3Выбираем горизонтальный с двумя эллиптическими днищами корпус емкостного аппарата ([5], стр. 333) со следующими характеристиками:Номинальный объем Vном = 40 м3;Внутренний диаметр Dв = 2400 мм;Длина аппарата l = 8050 мм;Площадь внутренней поверхности Fв = 73,1 м2.Список литературы Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии, 10ое изд. – М.: ООО ТД Альянс, 2004, – 753 с.Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии, Л., Химия, 1987, 570с.Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. М., Химия, 1991, 493 с.Зайцев Н.Д., Асеев Г.Г. Физико-химические свойства выпарных и многокомпонентных растворов неорганических веществ: Справочное издание. М.: Химия, 1986, 486 с.А. А Лащинский., А.Р. Толщинский Основы конструирования и расчета 9. химической аппаратуры. Справочник. М., МАШГИЗ, 1963 г., 468 с.Кувшинский М.Н., Соболева А.П. Курсовое проектирование по предмету «Процессы и аппараты в хим. пром.» М., «Высшая школа», 1968.