Бородулин Д.М. Процессы и аппараты химической технологии
Подождите немного. Документ загружается.
41
gД
L
р
Б
2
)(
2
ω
ξλ
×∑+=∆
, (33)
где Σζ – сумма коэффициентов местных сопротивлений, Σζ=5÷15.
110
8,92
42,2
)15
2,2
10
78(
2
=
×
×+=∆р
Па.
Мощность, потребляемую вентилятором N кВт, определяем по формуле:
ПВ
С
pV
N
ηη
×××
∆
×
=
10003600
, (34)
где η
В
– КПД вентилятора, η
В
= 0,5÷ 0,7;
η
П
– КПД передачи, η
П
= 0,95÷1.
72,1
98,06,01000
11019,9
=
××
×
=N
кВт.
По таблице 2 выбираем центробежный вентилятор обеспечивающий
стабильную работу сушильной установки. В-Ц14-46-5К-02.
Таблица 2
Технические характеристики центробежных вентиляторов
Электродвигатель
Марка Q, м
3
/с n, с
-1
тип N, кВт
η
ДВ
В-Ц14-46-5К-02 3,67 24,1 А02-61-4 13 0,88
В-Ц14-46-8К-02 5,28 16,15 А02-71-6 17 0,9
В-Ц14-46-8К-02 7,78 16 А02-72-6 22 0,9
В приложении 4 представлены габаритные размеры и различные чертежи
(общий вид) барабанных сушилок прямо- и противоточного действия.
42
4. РАСЧЕТ ВАКУУМ-ВЫПАРНОГО АППАРАТА
4.1. Технологический расчет
Рассчитать выпарной аппарат для выпаривания m
н
= 5500 кг/час = 1,53
кг/с CaCl
2
от начальной концентрации в
н
=14% до конечной в
к
=21,5%.
Давление в аппарате Р
вт.п.
= 0,23 ат. Давление греющего пара в аппарате Р
г.п.
=
3,8 ат.
Определяем количество выпаренной воды W кг/с, по формуле:
)1(
к
н
н
в
в
mW −=
. (1)
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−×=
5.21
14
153,1W
0,53 кг/с.
По таблицам 1 и 27 приложения 1, находим по давлению вторичного пара
и греющего пара их температуры: t
гр
= 63,14
0
С, t
вт
= 141,79
0
С.
Затем определяем температурные потери.
Физико-химическую депрессию определяем по формуле Тищенко:
∆
=
η⋅∆
н: (2)
где
∆
н – нормальная депрессия, вычисленная при атмосферном
давлении,
∆
н = 2,7
0
С (таблица 21 приложения 1);
η – поправочный коэффициент, зависящий от давления вторичного
пара,
η
= 0,775 (таблица 22 приложения 1).
∆
=0,775
⋅
2,7=2,09
0
С.
Гидростатическую температурную депрессию
∆′
, определяем как
разность температур кипения воды в среднем сечении и на поверхности
∆′
=t
′
-t
гр
, (3)
43
где t
′
– температура кипения воды в среднем сечении трубок,
0
С.
Для определения температуры кипения воды в среднем сечении трубок,
находим давление в среднем слое раствора Р
ср
ат, по формуле:
Р
ср
= Р
аб
+
∆
р, (4)
где
∆
р – гидростатическое давление в среднем слое раствора, ат.
∆
р=9,81×10
-5
2
l
×
ρ
,
(5)
где
ρ
– плотность раствора в данном корпусе,
ρ
=1099,4 кг/м
3
(таблицы
5-8 приложения 1);
l – длина трубок, м (принимаем в пределах 2
÷
4 м).
22,0
2
44,1099
1081,9
5
=
×
××=∆
−
р
ат.
Тогда.
Р
ср
= 0,23 + 0,22= 0,45 ат.
По таблице 27 приложения 1 для этого давления находим температуру
кипения воды t
′
в среднем сечении трубок, t
′
=78,75
0
С.
∆′
= 78,75 – 63,14 = 15,61
0
С.
Полученные температурные потери складываются.
Σ∆
=
∆
+
∆
′
= 2,09 + 15,61 = 17,7
0
С.
Температуру кипения раствора t
кип
0
С, определяем по формуле:
44
t
кип
= t +
Σ∆
. (6)
t
кип
= 63,14 + 17,7 = 80,84
0
С.
Определяем полезную разность температур
∆
t
полез
0
С, по формуле:
∆
t
полез
= t
вт
– t
кип
. (7)
∆
t
полез
=141,79 – 80,84 = 60,95
0
С.
Далее произведем расчет коэффициентов теплоотдачи α.
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара к стенке α
конд
Вт/(м
2
×К), рассчитываем по формуле:
()
3
1
1
lq
A
конд
×
=
α
, (8)
где А
1
– расчетный коэффициент, определяемый по температуре
греющего пара из графика (рисунок 1), А
1
= 3,67×10
5
;
q – плотность теплового потока, Вт/м
2
.
45
Рис. 1. Значение расчетного коэффициента А
1
.
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору
α
кип
Вт/(м
2
×К) определяем по формуле:
α
кип
=А
2
×q
0,6
, (9)
где А
2
– расчетный коэффициент, зависящий от температуры кипения и
концентрации раствора.
Для сахарных растворов коэффициент А
2
определяется по графику
рисунок 2, а для остальных – по графику рисунок 3.
Рис. 2. Значения коэффициента А
2
для сахарных растворов.
46
Рис. 3 Значения расчетного коэффициента А
2
для растворов солей.
Так как плотность теплового потока неизвестна, зададимся несколькими
значениями q (порядка 20000
÷
100000 Вт/м
2
), и вычислим α
конд
и α
кип
.
()
6759
440000
1067,3
3
1
5
1
=
×
×
=
конд
α
Вт/(м
2
×К).
5655400008,9
6,01
=×=
кип
α
Вт/(м
2
×К).
5774
)465000(
1067,3
3
1
5
2
=
×
×
=
конд
α
Вт/(м
2
×К).
7568650008,9
6,02
=×=
кип
α
Вт/(м
2
×К).
5484
)475000(
1067,3
3
1
5
3
=
×
×
=
конд
α
Вт/(м
2
×К).
47
8246750008,9
6,03
=×=
кип
α
Вт/(м
2
×К).
5260
)485000(
1067,3
3
1
5
4
=
×
×
=
конд
α
Вт/(м
2
×К).
8890850008,9
6,04
=×=
кип
α
Вт/(м
2
×К).
4689
)4120000(
1067,3
3
1
5
5
=
×
×
=
конд
α
Вт/(м
2
×К).
109321200008,9
6,05
=×=
кип
α
Вт/(м
2
×К).
Далее рассчитаем коэффициент теплопередачи К Вт/(м
2
×К), по формуле:
К=
кипконд
r
αα
11
1
++
∑
, (10)
где
Σ
r
– сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений
на ней, (м
2
×К)/Вт;
δ
ст
,
δ
загр
– толщина металлической стенки трубки и слоя
загрязнений. (Принимаем
δ
ст
=2мм,
δ
загр
=0,5
÷
1,5мм);
λ
ст
,
λ
загр
– коэффициенты теплопроводности металлической стенки и
слоя загрязнений, выбираются по таблице 20 приложения 1.
λ
ст
= 45 Вт/(м×К),
λ
загр
= 2 Вт/(м×К).
48
загр
загр
ст
ст
r
λ
δ
λ
δ
+=
∑
. (11)
4
109,2
2
0005,0
45
002,0
−
×=+=
∑
r
Вт/(м×К).
1627
5655
1
109,2
6759
1
1
4
1
=
+×+
=К
Вт/(м
2
×К).
1680
7568
1
109,2
5774
1
1
4
2
=
+×+
=
−
К
Вт/(м
2
×К).
1684
8246
1
109,2
5484
1
1
4
3
=
+×+
=
−
К
Вт/(м
2
×К).
1687
8890
1
109,2
5260
1
1
4
4
=
+×+
=
−
К
Вт/(м
2
×К).
1681
10932
1
109,2
4689
1
1
4
5
=
+×+
=
−
К
Вт/(м
2
×К).
Далее определяем температурный напор по формуле:
49
i
i
i
K
q
t =∆
. (12)
Тогда,
4,24
1627
40000
1
==∆t
0
С.
6,38
1680
65000
2
==∆t
0
С.
5,44
1684
75000
3
==∆t
0
С.
3,50
1687
85000
4
==∆t
0
С.
3,71
1681
120000
5
==∆t
0
С.
Затем строим нагрузочную характеристику, представляющую
зависимость q
i
= f (
∆
t
i
) рисунок 4.
50
Рис. 4. Нагрузочная характеристика выпарной установки.
По известной величине полезной разности температур
∆
t
полез
= 60,95
0
С
находим фактическое значение удельного теплового потока q
ф
= 105000 Вт/м
2
и определяем коэффициент теплопередачи по формуле:
полез
ф
РАСЧ
t
q
К
∆
=
. (13)
1723
95,60
105000
==
РАСЧ
К
Вт/(м
2
×К).
Далее определяем тепловую нагрузку аппарата Q Вт, по формуле:
Q=m
н
×с×(t
к
– t
н
)+W×r+Q
пот
, (14)
где r – теплота конденсации греющего пара, находим по давлению
вторичного пара по таблице 27 приложения 1, r =2350 кДж/кг;
20
30
40
50
60
70
80
40000 60000 80000 100000 120000
Плотность теплового потока
Температурный напор
∆t
полез
q
ф