Kontrolnaya_rabota_dlya_zaochnikov


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
1


Министерс
т
во образования

и науки
Российской Федерации


Федеральное государственное бюджетное образовательное


учреждение высшего професси
о
нального образования

«
Восточно
-
Сибирский
г
осударственный университет


техн
о
логий и управления»

(ФГБОУ ВПО ВСГУТУ)










МЕТОДИЧЕСК
ИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ

РАБОТ

ПО ДИСЦИПЛИН
АМ

«ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ

ПИЩЕВЫХ ПРОИ
З
ВОДСТВ»,
«ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛ
О
ГИИ»,

«ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ БИОТЕХНОЛОГИИ»

ДЛЯ СТУДЕНТО
В

ЗАОЧНОЙ ФОРМ
Ы

ОБУЧЕНИЯ


С ПРИМЕНЕНИЕМ ДИСТА
НЦИОННЫХ

ОБРАЗОВАТЕЛ
Ь
НЫХ ТЕХНОЛОГИЙ





Составители: Котова Т.И.


Хантургаев А.Г.




Ямпилов С.С.


Дондокова Г.Ж.








Улан
-
Удэ

Издательство ВСГУТУ


201
4


2




Печатается по решению

редакционно
-
издательского совета ВСГУТУ





Котова Т.И.
,

Хантург
аев А.Г.
, Ямпилов С.С.
, Дондокова
Г.Ж.

Методиче
ские указания

по выполнению контрольных р
а
бот по дисциплинам «Процессы и аппараты пищевых прои
з
водств», «Процессы и аппараты химической технологии»,
«Процессы и аппараты биотехнологии»

для студентов заочной
фо
рм
ы

обучения

с применением дистанционных образовател
ь
ных технологий
.
-

Улан
-
Удэ
:

Изд
-
во ВСГ
У
ТУ,
201
4
.
-

48
с.




В методическ
их

указаниях

приведены

теоретические осн
о
вы,
основные расчетные формулы, справочные данные
,
зад
а
ния

и рекомендации к выполнению контр
ольных работ.

Прив
е
ден

пример расчета

типовой трехкорпусной выпарной устано
в
ки
.

Указания

предназначен
ы

для студентов
высших учебных з
а
ведений
заочной форм
ы

обучения, изучающих дисциплины
«Процессы и аппараты пищевых производств», «Пр
о
цессы и
аппараты химич
еских технологий», «Процессы и аппараты би
о
технологии»
, обучающихся с применением дистанционного
об
у
чения
.
















Т.И.Котова




с соавт.,
201
4







ВСГ
У
ТУ,
201
4

3


Содержание





Содержание



Введение

Модуль 1
.
Содержание и объем контрольной работы

Модуль 2
.

Выпаривание

Модуль
3
. За
дание и исходные данные к расчету


выпа
р
ного аппарата

Модуль 4
.

Пример расчёта трехкорпусной


выпарной установки


При
ложение I


Приложение
II


Приложение
II
I


Приложение
IV


Приложение
V


Приложение
V
I


Приложение
VIII


Список литературы


3

4

5

6

11


14


34

35

39

41

42

43

4
5

47





















4


ВВЕДЕНИЕ


Настоящ
ие

методическ
ие

указания

составлен
ы

для студе
н
тов
высших учебных заведений
заочной форм
ы

обучения, из
у
чающих дисциплины
«Процессы и аппараты пищевых прои
з
водств», «Процессы и аппараты химических технологий»,
«Процессы и аппараты биотехнологии»

и обучающихся с пр
и
менением дистанционн
ых

об
ра
зовательных технологий
.

В основу
указаний

положен опыт преподавания автор
а
ми вышеуказанных курсов.

Контрольная

работа

является
самостоятельным

этапом
раб
о
ты студентов над
вышеуказанными
курс
а
м
и и

за
ключает
ся
в

расчет
е

типовой выпарной установки
, так как вы
паривание
является одним из основных процессов пищ
е
вых, химических и
биотехнологических производств
.

При проведении расчетов

студент знакомится с
отрасл
е
выми методиками последних лет,
действующими ГОСТами,
ОСТами, нормалями, справочной литературой, приоб
ретает
навыки выбора аппаратуры и технико


экономических обосн
о
ва
ний
.


В
методическ
их

указаниях

приведены приложения с

таблиц
ами

некоторых физических свойств водных раств
о
ров,
ГОСТы и нормативные материалы, необходимые для выполн
е
ния
ко
н
трольной работы
.















5


Модуль 1.
СОДЕРЖАНИЕ И ОБЪЕМ


К
ОНТРОЛЬНОЙ Р
А
БОТЫ



К
онтрольная работа

по

дисциплинам

«Процессы и
аппараты пищевых производств», «Процессы и аппараты хим
и
ческих технологий», «Процессы и аппараты биотехнологии»

пре
д
ставляет собой расчет т
рехкорпусной выпарной установки
.
Ниже приведены содержание и объем к
онтрольной работы
, п
о
рядок оформления
,
требова
ния

при защите
контрольной раб
о
ты
.


Содержание
контро
льной работы
.

В к
онтрольн
ую

работ
у

следует включать все исходные

и

расчетные материал
ы и
оформлять её в определенной последов
а
тельности:

1.

Титульный лист.

2.

З
адани
е
.

3.

Оглавление (содержание).

4.

Технологическая схема
выпарной
установки и её
описание.

5.

Технологический расчет
выпарного аппарата
.

6.

Список использованной литературы.


Оформление
контрольн
ой работы


Оформление
титульного листа

представлено в прилож
е
нии 1.

Задание

студент получает у преподавателя и
выносит на
отдельный лист
исходные данные в сооветствии с вариантом.

В
оглавлении

указываются все разделы контрольной раб
о
ты в определенной после
довательности.

В разделе
те
хнологическая схема
выпарной
установки

и ее
описание

п
риводится принципиальная схема установки и ее
опис
а
ние с указанием позиций (номеров аппаратов). На схеме
проставляю
т
ся стрелки, указывающие направление всех потоков.
Примеры
графического исполнения технологических схем прив
е
дены в прилож
е
нии

3
.

Те
хнологический расчет аппаратов.

Задачей этого раздела
является расчет основных размеров
выпарных
аппаратов (диаме
т
ра, выс
о
ты, поверхности теплопередачи и т. д.). Для проведения
технол
о
гического расчета необходимо предварительно найти по
6


приложениям

физико


химические свойства перерабатыва
е
мых
веществ (плотность, вязкость и т.п.), составить материал
ь
ные и
тепловые балансы. Затем на основе
полученных

данных
,

рекоме
н
даций
, и при
мера расч
ета, приведенного в

данно
м

пособи
и

прои
з
вести р
асчет размеров апп
а
рат
о
в.

Список использованной литературы.

Литературные и
с
точники, которые использовались при
работе над контрольной
работо
й
,

располагаются в порядке упоминания их в тексте или
по алф
а
виту (п
о фамилии первого автора работы). Сведения о
книгах должны включать: фамилию и инициалы автора, назв
а
ние книги, место издания, издательство, год издания, число
страниц.

Контрольная работа

оформляется на стандартных л
и
стах
бумаги (формат А4). Текстовые мате
риалы набираются на ко
м
пьютере. Расстояние от края листа до границы текста дол
ж
но
быть: слева


3
0

мм., справа
,

сверху и снизу


не менее
15 мм.



Модуль 2.
ВЫПАРИВАНИЕ


Общие сведения


Выпариванием

называется концентрирование
раств
о
ров прак
тически нелету
чих или малолетучих веществ в
жи
д
ких летучих раство
рителях.

Выпариванию подвергают растворы твердых веществ
(водные раство
ры щелочей, солей и др.), а также высокок
и
пящие жидкости, обладающие
при температуре вып
а
ривания
весьма малым давлением пара


некото
рые минеральные и
органические кислоты, многоатомные спирты и др.
Выпарив
а
ние иногда применяют также для выделения растворителя в
ч
и
стом виде: при опреснении морской воды выпариванием
образующийся
из нее водяной пар конденсируют и воду и
с
польз
у
ют для пить
евых или
технических целей.

При выпаривании обычно осуществляется частичное
удаление раство
рителя из всего объема раствора при его те
м
пературе кипения. Поэтому
выпаривание принципиально о
т
личается от испарения, которое, как из
вестно, происходит с
поверхн
ости раствора при любых температурах
ниже те
м
7


пературы кипения. В ряде случаев выпаренный раствор по
д
верг
ают п
о
следующей кристаллизации в выпарных аппаратах,
специально
приспосо
б
ленных для этих целей.

Получение высококонцентрированных растворов,
практ
и
чески

сухих
и кристаллических продуктов облегчает и
уд
е
шевляет их перевозку и
хранение.

Тепло для выпаривания можно подводить любыми те
п
лоносителями, применяемыми при нагревании. Однако в п
о
давл
я
ющем большинстве слу
чаев в качестве греющего агента
при выпариван
ии используют водяной
пар, который наз
ы
вают греющим, или
первичным.

Первичным служит либо пар, получаемый из пароген
е
ратора, либо
отработанный пар, или пар промежуточного
о
т
бора паровых турбин.

Пар, образующийся при выпаривании кипящего ра
с
твора, называет
ся
вторичным.

Тепло, необходимое для выпаривания раствора,
обычно подводится
через стенку, отделяющую теплоноситель
от ра
с
твора. В некоторых про
изводствах концентрирование
растворов осуществляют при непосредст
венном соприкоснов
е
нии выпариваемого раствора

с топочными газами или
другими
г
а
зообразными теплоносителями.

Процессы выпаривания проводят под вакуумом, при
повышенном и
атмосферном давлениях. Выбор давления св
я
зан со свойствами выпари
ваемого раствора и возможностью
испол
ь
зования тепла вторичного пар
а.

Выпаривание
под

вакуумом

имеет определенные
преимущества
перед выпариванием при атмосферном давл
е
нии, несмотря на то что теп
лота испарения раствора несколько
возрастает с понижением давления и
соответственно увелич
и
вается расход пара на выпаривание 1
кг

раство
рителя (воды).

При выпаривании под вакуумом становится возмо
ж
ным проводить процесс при более низких температурах, что
важно в случае концентри
рования растворов веществ, скло
н
ных к разложению при повышенных
температурах. Кроме
того, при разрежении
увеличивается полезная
разность те
м
ператур между греющим агентом и раствором, что позволяет
умен
ь
шить поверхность нагрева аппарата (при прочих равных
8


условиях).
В случае одинаковой полезной разности темпер
а
тур при выпаривании
под вакуумом можно использова
ть
гр
е
ющий агент более низких рабочих параметров (температура
и давление). Вследствие этого выпаривание под
вакуумом ш
и
р
о
ко применяют для концентрирования высококипящих
ра
с
тв
о
ров, например растворов щелочей, а также для концентр
и
ров
а
ния растворов с использ
ованием теплоносителя (пара)
невыс
о
ких параметров.

Применение вакуума дает возможность использовать в
качестве грею
щего агента, кроме первичного пара, втори
ч
ный пар самой выпарной
установки, что снижает расход
первичного грею
щ
его пара.
Вместе с тем при пр
именении в
а
куума удорожается выпарная установка,
поскольку требуются
д
о
полнительные затраты на устройства для созда
ния вакуума
(конденс
а
торы, ловушки, вакуум
-
насосы), а также увеличи
-
ваются эксплу
а
т
а
ционные расходы.

При выпаривании
под давлением

выше атм
о
с
ферно
го также можно использовать вт
о
ричный пар как для
выпаривания, так
и для других нужд, не связанных с пр
о
цессом выпаривания.

Вторичной пар, отбираемый на сторону, называют
э
кстра
-
паром. Отбор
экстра
-
пара при выпаривании под
избыточным давле
нием позвол
яет лучше использ
о
вать тепло,
чем при выпаривании под
вакуумом. Однако выпаривание
под избыточным давлением сопряжено
с повышением темп
е
ратуры кипения раствора. Поэтому данный способ
применяется
лишь для выпаривания те
р
мически стойких веществ. Кроме
того,
для выпаривания под давлением необходимы греющие
агенты с бо
лее в
ы
сокой температурой.

При выпаривании
под

атмосферным
давлением

вто
-
ричный пар не используется и обычно удаляется в атмосф
е
ру. Такой
способ выпаривания является наиболее пр
о
стым,
но наименее
эконо
мичным.

Выпаривание под атмосферным давлением, а иногда и
вып
а
ривание под вакуумом проводят в одиночных выпарных
аппаратах (
однокор
пусных

выпарных установках). Однако на
и
более распространены
многокорпусные

выпарные устано
в
ки,
состоящие из несколь
ких

выпарных аппаратов, или ко
р
пусов,
9


в которых вторичный пар каж
дого предыдущего корп
у
са н
а
правляется в качестве греющего в послед
у
ю
щий корпус. При
этом давление в последовательно соединенных (по ходу вып
а
риваемого раствора) корпусах сн
и
жается таким образо
м, чтобы
обе
спечить разность температур между вторичным п
а
ром из
предыдущего
корпуса и раствором, кипящим в данном корп
у
се, т. е. создать необхо
димую движущую силу процесса вып
а
ривания. В этих установках пер
вичным паром обогрев
а
ется
только первый корпус
. Следовательно, в
многокорпусных в
ы
парных установках достигается значительная эко
номия пе
р
вичного пара по

сравнению с однокорпусными уст
а
новками
той же производ
и
тельности.


Многокорпусные выпарные установки


В современных выпарных установках выпариваются

очень большие количества воды. Выше было показано, что в
одн
о
корпусном аппарате на
выпаривание 1
кг
воды требуется
более 1
кг
греющего пара. Это привело
бы к чрезмерно бол
ь
шим расходам его. Однако расход пара на выпарива
ние мо
ж
но значительно снизить, есл
и проводить процесс в многоко
р
пус
ной выпарной установке. Как указывалось, принцип де
й
ствия ее сводится
к
многократному

использованию
тепла греющего пара, посту
пающего в первый корпус уст
а
новки, путем обогрева каждого последую
щего корпуса (кроме
перв
о
го)

вторичным паром из предыдущего корпуса.

Схема многокорпусной вакуум
-
выпарной установки,
раб
о
тающей при
прямоточном

движении греющего
пара и раствора, показана на ри
с. 1.

Установка состоит из нескольких (в данном случае
трех) корпусов.
Исходный раствор, об
ычно предварительно
нагретый до температуры
кипения, поступает в первый ко
р
пус, обогреваемый свежим (первичным)
п
а
ром. Вторичный
пар из этого корпуса направляется в качестве греюще
го во
второй корпус, где вследствие пониженного давления ра
с
твор ки
пит при

более низкой температуре, чем в первом.

Ввиду более низкого давления во втором корпусе ра
с
твор, упаренный
в первом корпусе, перемещается самотеком
10


во второй корпус и здесь охлаж
дается до температуры кип
е
ния в этом корпусе. За счет выделяющегося
при этом
тепла
образуется дополнительно некоторое колич
е
ство вторич
ного
пара. Такое явление, происходящее во всех корпусах уст
а
новки,
кроме первого, носит название
самоиспар
е
ния

ра
с
твора.



Рис. 1.

Многокорпусная прямоточная вакуум
-
выпарная уст
а
новка:

1
-
3
-

корп
уса установки; 4



подогреватель исходного
раствора; 5


барометрический конденсатор; 6


л
о
вушка; 7


вакуум
-
насос.


Аналогично упаренный раствор из второго корпуса
перетекает само
теком в третий корпус, который обогревае
т
ся вт
о
ричным паром
из вто
рого корпуса.

Предварительный нагрев исходного раствора до темп
е
ратуры кипения в первом корпусе производится в отдельном
подогревателе 4
,
что позво
ляет избежать увеличения поверхн
о
сти нагр
е
ва в первом корпусе.

11


Вторичный пар из последнего корпуса (в

данном случае
из третьего)
отводится в барометрический конденсатор 5
,
в кот
о
ром при конденсации
пара создается требуемое ра
з
режение.
Воздух и неконденсирующиеся
газы, попада
ю
щие в установку с
паром и охлаждающей водой (в конден
саторе), а также через
неп
лотности трубопроводов и резко ухудшающие
теплопередачу,
отсасыв
а
ются через ловушку
-

брызгоулавливатель 6

ва
куум
-
насосом 7.

С помощью вакуум
-
насоса поддерживается также усто
й
чивый вакуум,
так как остаточное давление в конденсаторе м
о
жет и
з
меняться с кол
е
банием температуры воды, поступающей
в конденсатор.

Необходимым условием передачи тепла в каждом корпусе
должно быть
наличие некоторой полезной разности температур,
опред
е
ляемой разно
стью температур греющего пара и кипящего
раствора. Вместе с тем, дав
л
ение вторичного пара в каждом пр
е
дыдущем корпусе должно быть боль
ше его давления в п
о
сл
е
дующем. Эти разности давлений создаются
при избыто
ч
ном
давлении в первом корпусе, или вакууме в последнем
корп
у
се,
или же при том и другом одновременно.

Применяемые с
хемы мно
гокорпусных выпарных устан
о
вок различаются по давлению вторичного пара в последнем ко
р
пусе. В соответствии с этим признаком установки
делятся на
работающие под
разрежением

и под избыточ
ным
да
в
лением.


Модуль 3.
З
АДАНИЕ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

К
РАСЧЕТ
У

ВЫПАРНОГО АППАРАТА


О
сновные условные обозначения


с


теплоемкость, Дж/(кг
-

К);

d



диаметр, м;

D



расход греющего пара, кг/с;

F



поверхность теплопередачи, м
2
;

G



расход, кг/с;

g



ускорение свободного падения, м/с
2
;

Н


высота, м;


12


I



энтальпия п
ара, кДж/кг;

I
'


энтальпия жидкости, кДж/кг;

К


коэффициент теплопередачи, Вт/(м
2
' К);

Р


давление, МПа;

Q



тепловая нагрузка, кВт;

q



удельная тепловая нагрузка, Вт/м
г
;

r



теплота парообразования, кДж/кг;

Т,
t


температура, град;

W
,
w



произво
дительность по испаряемой воде, кг/с;

х


концентрация, % (масс.);

а


коэффициент теплоотдачи, Вт/(м
3
-

К);

р



плотность, кг/м
3
;



вязкость, Па
-
с;

X



теплопроводность, Вт/(м
-

К);

о


поверхностное натяжение, Н/м;

Re



критерий Рейнольдса;

Nu



кр
итерий Нуссельта;

Р
r



критерий Прандтля.

Индексы:
1, 2, 3



первый, второй, третий корпус в
ы
парной установки;

в



вода;

вп


вторичный пар;

г



греющий пар;

ж



жидкая фаза;

к



конечный параметр;

н


начальный параметр;

ср



средняя величина;

ст


стенка.


Задание


Рассчитать и спроектировать трехкорпусную прямото
ч
ную выпарную установку для концентрирования
G
Н
, т/ч во
д
ного
раствора соли. Начальная концентрация Х
н
, % конечная конце
н
трация Х
к
, %. Раствор поступает на выпаривание под
о
гретым до
температ
уры кипения в выпарном аппарате. Абсолютное давл
е
ние греющего насыщенного водяного пара
P
r
1
, кгс/см
2
. вакуум
(разрешение) в бароме
т
рическом конденсаторе
P
БК

кгс/см
2
, тип
13


аппарата. Раствор поступает в первый корпус подогретым до
температуры кипения. Отбор

экстра
-
пара не производится.


Исходные данные




вар
и
анта

G
Н
,
т/ч

Раствор

Х
н
,
%

Х
к
,
%

P
r
1
,


кгс/см
2

P
БК


кгс/см
2

Тип
а
п
п
а
п
а
рата

1

3,75

CaCl
2

10,32

20,00

3,0

0,8

3

2

4,0

КОН

6,00

14,82

4,0

0,85

4

3

5,25

NaOH

4,12

10,15

5,0

0,9

1

4

3,00

NH
4
Cl

11,35

22,89

3,0

0,8

2

5

3,25

MgCl
2

4.67

11.66

4.0

0.85

3

6

3.50

NH
4
NO
3

5.00

16.66

5.0

0.9

4

7

3.75

CaCl
2

7.50

17.36

3.0

0.8

1

8

4.00

KOH

6.00

17.01

4.0

0.85

2

9

4.25

NaOH

4.12

17.51

5

0.9

3

10

4.50

NaCl

6.19

14.67

3

0.8

4

11

4.75

KCl

8.42

18.96

4

0.85

1

12

5.0
0

Na
2
CO
3

9.42

17.22

5

0.9

2

13

3.00

K
2
CO
3

5.00

18.37

3

0.8

3

14

3.25

NH
4
Cl

8.50

19.80

4

0.85

4

15

3.50

NaCl

6.19

17.69

5

0.9

1


Типы аппаратов


1.

Аппарат выпарной с естественной циркуляцией и вын
е
сенной греющей камерой.

2.

Аппарат выпарной с естественной циркуляцией, вын
е
сенной греющей камерой и зоной кипения.

3.

Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией, с
о
осной греющей камерой и выне
сенной зоной к
и
пения.

4.

Аппарат выпарной с естественной циркуляцией и соо
с
ной греющей камерой.



14


Модуль 4.
ПРИМЕР РАСЧЁТА

ТРЁХКОРПУСНОЙ ВЫПАРНОЙ

УСТАНОВКИ


1.

З
адание



Расчитать

трёхкорпусную выпарную установку для конце
н
трирования
G
Н

 40 т/ч, (11,12 кг/
с) водного ра
с
твора
KOH

от
начальной концентрации
X
Н
 5% до конечной конце
н
трации
X
К

= 40%.

1.

Обогрев производится водяном паром
под
давл
е
нием

P
r
1

 11 кгс/см
2
. (107,9
.
10
4
Па).

2.

Давление в барометрическом конденсаторе
P
БК

 0,15 кгс/
см
2
. (1,47
.
10
4
Па).

3.

Тип
выпарного аппарата:


с естественной циркуляцией, соосной греющей камерой
и кипением раствора в тру
б
ках.

4.

В
заимное направление пара и раствора: прям
о
ток.

5.

О
тбор экстра
-
пара не производится.

6.

Раствор поступает в первый корпус подогретым
до те
м
пературы кипения.


2.

О
пределение поверхности теплообмена

выпарных аппаратов
.



Расчёт многокорпусных выпарных установок пр
о
водят
методом последовательных приближений.

2.1. Первое приближение.


2.1.1. Производительность установки по выпарив
а
емой
воде оп
ределяют из уравнений материального бала
н
са:


W

=
Q
* (1
-
X
Н

К
) = 11,12*(1
-
5/40)  9,72 кг/с.



2.1.2. Расчёт концентраций упариваемого ра
с
твора
.



Принимают, что производительность каждого ко
р
пуса
по выпариваемой воде определяется соотношением
W
1
:
W
2
:
W
3

=
1,0 : 1,1 : 1,2 (такое распределение на основ
а
нии практических
данных). Тогда

15



Рассчитывают концентрации раствора по корп
у
сам:


X
3

соответствует заданной концентрации упаренного ра
с
твора
.




2.1.
3. Определение температур кипения раств
о
ров.



В первом приближении общий перепад давлений в уст
а
новке распределяют по корпусам поровну. Общий перепад да
в
лений равен:



P
ОБ
=
P
r
1

-

P
БК

= 107,9
.
10
4
-
1,47
.
10
4

= 106,4
.
10
4

Па.


Тогда давление по корпусам равны:

P
r
1

= 107,9
.
10
4

Па;

P
r
2

=
P
r
1

-


P
ОБ
/3 = 107,9
.
10
4

-

106,4
.
10
4
/3 = 72,42
.
10
4

Па;

P
r
3

=
P
r
2

-


P
ОБ
/3 = 72,42
.
10
4

-

106,4
.
10
4
/3 = 36,94
.
10
4

Па.

Давление пара в барометрическом конденсаторе:

P
БК

=
P
r
3

-


P
ОБ
/3 = 36,94
.
10
4

-

106,4
.
10
4
/3 = 1,47
.
10
4

Па.

Это соот
ветствует заданной величине
P
БК
.


По давлению паров находим [1
, приложение
VI
] их те
м
пературы и э
н
тальпии:


.

/

53

,

3

3

,

3

2

,

1

;

/

24

,

3

3

,

3

1

,

1

;

/

95

,

2

0

,

1

3

,

3

2

,

1

1

,

1

0

,

1

0

,

1

3

2

1

c

кг

W

W

c

кг

W

W

c

кг

W

W

W



























%)
.

40

(

4

,

0

53

,

3

24

,

3

95

,

2

12

,

11

05

,

0

12

,

11

%);

3

,

11

(

113

,

0

24

,

3

95

,

2

12

,

11

05

,

0

12

,

11

%);

8

,

6

(

068

,

0

95

,

2

1
2

,

11

05

,

0

12

,

11

3

2

1

3

2

1

2

1

1























































W

W

W

G

X

G

X

W

W

G

X

G

X

W

G

X

G

X

Н

Н

Н

Н

Н

Н

Н

Н

Н

16


Давление, Па

Температура,
о
С.

Энтальпия, кДж/кг.

P
r1

= 107,9
.
10
4

t
r1

= 183,2

J
1

= 2787

P
r2

= 72,42
.
10
4

t
r2

= 166,3

J
2

= 2772

P
r3

= 3,94
.
10
4

t
r3

=

140,6

J
3

= 2741

P
БК

= 1,47
.
10
4

t
БК

= 53,6

J
БК

= 2596


При определении температуры кипения растворах в а
п
паратах
исходят из следующих допущений. Распределение концентр
а
ций раствора в выпарном аппарате с интенси
в
ной циркуляцией
соответствуют модели иде
ального пер
е
мешивания. Поэтому
концентрацию кипящего раствора принимают конечной в да
н
ном корпусе и, следовательно, температуру кипения раствора


при конечной концентр
а
ции.


По высоте кипятильных труб происходит изменение темпер
а
туры кипения вследствие

изменения гидростатического давл
е
ния столба жидкости. Принимают температуру кипения в ко
р
пусе соответствующую температуре кип
е
ния в среднем слое
жидкости. Таким образом, температура кипения раствора в ко
р
пусе отличается от температуры греющего пара в пос
ледующем
корпусе на сумму темпер
а
турных потерь от температурной (

/
),
гидростатической (

//
) и гидродинамической (

///
) депрессий.


Гидродинамическая депрессия

вызвана потерей давл
е
ния паром на преодоление гидравлических сопротивлений тр
у
бопроводов при пер
еходе из корпуса в корпус. Обычно в расч
ё
тах

///

принимают равной 1,0

1,5 градуса на корпус. Примем

///

для каждого корпуса по 1
0
, тогда температуры вторичных
паров в корпусах будут равны:




Сумма температурных потерь всл
едствие гидродинам
и
ческих депрессий:




По температурам вторичных паров

(приложение
VII
)

определим их да
в
ле
ния
:

.

6

,

54

0

,

1

6

,

53

;

6

,

141

0

,

1

6

,

140

;

3

,

167

0

,

1

3

,

166

0

///

1

3

3

0

///

1

2

2

0

///

1

1

1

C

r

C

r

C

r

t

t

t

t

t

t

В

В

В





























































C
.

0

///

1

///

1

///

1

///

3

1

1

1

17


Температура,
о
С

Давление, Па

t
В1

= 167,3

P
В1

= 74,5
.
10
4

t
В2

= 141,6

P
В2

= 37,8
.
10
4

t
В3

= 54,6

P
В3

= 1,54
.
10
4


Определение гидростатической д
епрессии.

Давление в
среднем слое кипящего раствора каждого корпуса опред
е
ляется
по уравнению:


P
СР

=
P
В
+
H

.


.
q

.


/ 2,

где
P
В



давление вторичного пара в корпусе, Па;


H



высота кипятильных труб в аппарате, м;




-

плотность кипящего раство
ра, кг.м
3
;




-

паронаполнение (объёмная доля пара в парожидкос
т
ной смеси), м
3

3
.


Для выбора величины
H

необходимо ориентирово
ч
но
оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата. Мо
ж
но принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естестве
н
ной цирк
уляцией раствора
q

= 30000


50000 Вт/м
2
, аппаратов с
принудительной циркуляцией раствора в корпусах
q

= 80000


100000 Вт/м
2
. Примем
q

 40000 Вт/м
2
, тогда для 1
-
го корпуса
ориентировочная п
о
верхность будет равна:


где
r
1


теплота парообразования вторич
ного пара, Дж/кг.


По ГОСТу [2] (см. приложение
II
) аппарата с естестве
н
ной циркуляцией, соосной греющей камеры и кипением раств
о
ра в трубках (Тип 1, исполнение 1) имеют в
ы
соту кипятильных
труб 4 и 5 м при диаметре труб
d
Н

 38 мм и толщине стенки

СТ

= 2
мм. Примем высоту кип
я
тильных труб
H

 4 м.


При пузырьковом (ядерном) режиме кипения парон
а
полнение составляет


-

0,4


0,6. Примем


 0,5. Пло
т
ность
водных растворов
KOH

[3] (см. приложение
III
) по корпусам
при
t

= 15
0
C

равна:





1

 1062 кг/м
3
;





2

 1104 кг/м
3
;





3

 1399 кг/м
3
.

18



При определении плотности раствора в корпусах пр
е
н
е
брегаем изменением её с повышением температуры от 15
0
С
до температуры кипения в связи с малым значением коэффиц
и
ента объёмного расширения и ориентировочным значением в
е
лич
и
ны

.


Давление в среднем слое кипятильных труб по ко
р
пусам
равно:

P
1СР

=
P
B
1

+
H

.

1

.

g
1
.



/ 2 = 74,3
.

10
4

+ 4
.
1062
.

9.8 / 2 = 75,5
.

10
4

Па;

P
2СР

=
P
B
2

+
H

.

2

.

g
2

.



/ 2 = 37,8
.

10
4

+ 4
.
1104
.

9.8 / 2 = 38,9
.

10
4

Па
;

P
3
СР

= P
B3

+ H
.

3

.

g
3

.



/ 2 = 1,54
.

10
4

+ 4
.
1399
.

9.8 / 2 = 2,91
.

10
4

Па.


Этим давлениям соответствуют следующие температ
у
ры кипения и теплоты испарения растворителя
(приложение
VI
)
:

Давление, Па

Температура,
о
С

Теплота испар
е
ния,
кДж/кг

P
1СР

= 75,5
.

10
4


t

Р

= 168,0

r
В1

=2068

P
2СР

= 38,9
.

10
4


t
2СР

= 142,8

r
В2

=2140

P
3СР

= 2,91
.

10
4


t
3СР

= 69,3

r
В3

=2340


Гидростатическая депрессия по корпусам:





Сумма гидростатических депрессий равна:



Температурная депрессия


/

опреде
ляется по уравн
е
нию:


где
T



температура паров в среднем слое кипятильных труб,
K
,


r
a
-

теплота испарения, кДж/кг,

.

7

,

14

6

,

54

3

,

68

;

2

,

1

6

,

141

8

,

142

;

7

,

0

3

,

167

0

,

168

3

3

2

2

1

1

///

3

///

2

///

1

C

C

C

O

O

O

В

СР

В

СР

В

СР

t

t

t

t

t

t





































19



-

температурная депрессия при атмосферном да
в
лении
[3] (см. приложение
III
).


Тогда температурная депрессия по корпусам рав
на:



Сумма температурных депрессий равна:



Температуры кипения раствора по корпусам:



При расчёте температуры кипения в плёночных выпа
р
ных аппаратах (тип
V

и
V
I, см. приложение
II
) не уч
и
тывают
гидростатическую депрессию

//
. Температуру к
и
пения находят
как среднюю между температурами кипения растворов с н
а
чальной и конечной концентрациями при давлении в данном
корпусе.


В аппаратах с вынесенной зоной кипения как с принуд
и
тельной, так и с

естественной циркуляцией кипение раствора
происходит в трубе вскипания, устанавливаемой над греющей
камерой (тип
II
,
III

и тип
IV
, см. приложение
II
). Кипение в тр
у
бах предотвращается за счёт гидростатического столба жидк
о
сти в трубе закипания. В греющих

трубках происходит перегрев
жи
д
кости по отношению к температуре кипения на верхнем
уровне раздела фаз, поэтому в этих аппаратах температуру к
и
пения раствора также определяют также без учёта гидростат
и
ческих температурных потерь

//
. Температура перегрева

ра
с
твора

t
ПЕР

может быть найдена из внутреннего баланса тепла в
.

13

,

18

4

,

1

2340

)

273

3

,

68

(

10

62

,

1

;

94

,

3

0

,

3

2140

)

273

142

(

10

62

,

1

;

07

,

2

4

,

1

2068

)

273

168

(

10

62

,

1

2

2

/

3

2

2

/

2

2

2

/

1

C

C

C

O

O

O

















































.

43

,

87

0

,

1

7

,

14

13

,

18

6

,

53

;

74

,

146

0

,

1

2

,

1

94

,

3

6

,

140

;

07

,

170

0

,

1

7

,

0

07

,

2

3

,

166

///

3

//

3

/

3

///

2

//

2

/

2

///

1

//

1

/

1

3

3

2

2

1

C

к

C

r

к

C

r

к

O

O

O

БК

t

t

t

t

t

t









































































20


каждом корпусе. Баланс тепла для
j

корпуса записывается в сл
е
дующем виде:


G
н
j

.

C
н
j

.

(
t
к
j



t
к
j
-
1
) +
M
.

C
н
j
.



t
пер
j
.

где
M



производительность циркуляционного насоса, кг/с о
п
ределяют по
каталогу [4] для выпарного аппарата зада
н
ного
типа, имеющего поверхность равную
F
ОР

(поверхность орош
е
ния).


Циркуляционные насосы в аппаратах с принуд
и
тельной
циркуляцией обеспечивают развитый турбулен
т
ный режим при
скоростях раствора в трубках
V

= 2,0


2,5 м/с.


В аппаратах с вынесенной нагревательной камерой и
естественной циркуляцией раствора обычно достигаются скор
о
сти
V

= 0,6


0,8 м/с. Для этих аппаратов масса циркуляционн
о
го раствора равна:


M

=
V

.

S

.


,

де
S



сечение потока в а
ппарате, м
2
.


где
d
ВН



внутренний диаметр труб, м;


H



принятая высота труб, м.


Таким образом, температура перегрева в
j



ом а
п
парате
равна:





Полезная разность температур в этом случае может быть
рассчитана по урав
нению:



2.1.4. Полезные разности температур по ко
р
пусам.



t
П1

=
t
г1



t
К1

= 183,2


170,07 = 13,13
о
С.


t
П2

=
t
г2



t
К2

= 166,3


146,74 = 19,56
о
С.


t
П3

=
t
г3



t
К3

= 140,6


87,43 = 53,17
о
С.



Суммарная полезная

разность температур:

,

4

H

d

F

S

В
Н

ОР







M

C

G

C

J

W

j

j

К

j

К

j

Н

j

Н

j

К

В

j

В

j

ПЕР

t

t

t

t

)

(

)

(


1





















21




t
П

=

t
П1
+


t
П2
+

t
П3

= 13,13 + 19,56 + 53,17 = 85,86

о
С.


Проверка суммарной полезной разности температур:



t
П

=
t
г1



t
БК1

-

(


/
+


//
+


///
) =183,2

53,6


(24,14 + 16,6
+3,0) = 85,86

о
С.


2.1.5. Определение тепловых нагруз
ок



Совместным решением уравнений тепловых бала
н
сов по
корпусам и уравнения балансов по воде для всей установки о
п
ределяем расход греющего пара в 1
-
ый корпус, производ
и
тел
ь
ность каждого корпуса по выпаренной воде и тепловые нагрузки
по корпусам.

Q
1
= D
1

.

(J
Г
1



i
1
) = 1,03
.

[G
Н

.

C
Н

.
(t
К
1



t
К
) W
1

.

(J
В
1



C
В

.

t
К
1
) + Q
1
КОНЦ
];

Q
2
= W
1

.

(J
Г
2



i
2
) = 1,03
.

[(G
Н



W
1
)
.

C
1
.
(t
К
2



t
К
1
) + W
2

.

(J
В
2



C
В

.

t
К
2
) + Q
2
КОНЦ
];

Q
3
= W
2

.

(J
Г
3



i
3
) = 1,03
.

[(G
Н



W
1


W
2
)
.

C
2
.
(t
К
3



t
К
2
) + W
3

.

(J
В
3



C
В

.

t
К
3
) + Q
3
КОНЦ
];

W

=
W
1
+
W
2
+
W
3
.

где
Q
1
,
Q
2

,
Q
3



тепловые нагрузки по корпусам, кВт;


D



расход греющего пара в 1
-
ый корпус, кг/с;


1,03


коэффициент, учитывающий 3% потерь тепла в о
к
ружающую среду;


J
1
,
J
2
,
J
3

энтальпии греющих
паров по корпусам кДж/кг;


J
В1
,
J
В2
,
J
В3



энтальпии вторичных паров по корп
у
сам
кДж/кг;


При решении уравнения баланса можно принимать, что


J
В1


J
Г2
;
J
В2


J
Г3
;
J
В3


J
БК
;


i
1
,
i
2
,
i
3



энтальпии конден
сата по корпусам, кДж/кг;


С
В



теплоёмкость воды кДж/кг
.

К;


С
Н
,
C
2
,
C
3



теплоёмкость раствора начальной концентр
а
ции в первом корпусе и втором корпусе, соо
т
вет
c
твенно, кДж/кг
,

К, [3];


Q
1 КОНЦ
,
Q
2 КОНЦ
,
Q
3 КОНЦ



теплота ко
нцентриров
а
ния по
корпусам, кВт;

22



t
н



температура кипения исходного раствора при давл
е
нии в 1
-
ом корпусе,
о
С.




Анализ зависимостей теплоты концентрирования от
концентрации и температуры [5] показал, что она наибольшая
д
ля третьего корпуса. Поэтому проведём расчёт теплоты ко
н
центрирования для 3
-
го корпуса.

Q
3 КОНЦ

=
G
СУХ

.


q
,

где
Q
3 КОНЦ



производительность аппарата по сухому в
е
ществу
KOH
, кг/с;



q



разность интегральных теплот растворения при конце
н
трациях
X
2

и
X
3
, кДж/кг.

Q
3 КОНЦ
=
G
П
.

X
Н

.


q

= 11.12 + 0,05
.

(963,7
-

838,0)  69,9 кВт.


Сравним
Q
3 КОНЦ

с ориентировочной нагрузкой для 3
-
го
корпуса
Q
3 ОР
:

Q
3 ОР
= (
G
Н



W
1



W
2
)
.
(
t
К3



t
К2
) +
W
3
.

(
J
В3



C
В

.

t
К3
) = (11,12
-

2,95
-

3,24)
.

3,58
.

(87,0


146,
74) + 3,53
.

(2596


4,19
.

87,43) =
6816 кВт.

Q
3 КОНЦ
составляет значительно меньше 3% от
Q
3 ОР
, п
о
этому в
уравнениях тепловых балансов по корпусам пренебрегаем вел
и
чиной
Q
3 КОНЦ
..


Q
1

= D
.

(2787


778,1) = 1,03
.
[11,12
.

3,9
.

(170,7
-

168,3) + W
1

.

(2772


4,19
.

170,07)];


Q
2

= W
1

.

(2772


704) = 1,03
.
[(11,12


W
1
)
.

3,85
.

(146,74
-

170,07) + W
2

.

(2741


4,19
.

146,74)];


Q
3

= W
2

.

(2741


593) = 1,03
.
[(11,12


W
1



W
2
)
.

3,58
.

(87
-

146,74) +
W
3

.

(2596


4,19
.

87,43)];



9,72 =
W
1

+
W
2

+
W
3
.



Решение системы уравнений даёт следующие результ
а
ты:


D

 3,464 кг/с;


W
1

 3,04 кг/с;
Q
1

 6407 кВт;


W
2

 3,21 кг/с;
Q
2

 6099 кВт;


W
3

 3,47 кг/с;
Q
3

 6896 кВт.

23



Наибольшее отклонение вычисленных нагрузок по исп
а
ряемой воде в каждом корпусе от предварительно принятых (
W
1

 2,95 кг/с,
W
2

 3,24 кг/с,
W
3

 3,53 кг/с)
не превышает 3%,
поэтому в дальнейших расчётах не производим пересчёт ко
н
центраций и температур кипения ра
с
творов по корпусам. В
случае, если это расхождение с
о
ставит больше 5%, необходимо
заново пересчитать ко
н
центрации, температурные депрессии и
темпера
туры кипения растворов, положив в основу расчёта н
о
вое, полученное из решения балансовых уравнений распредел
е
ние по корпусам нагрузок по испаряемой воде.








Таблица 1

Параметр
ы растворов и паров по корпусам



Наименование

П
араметра

1
-
й

корпус

2
-
й

К
орпу
с

3
-
й

корпус

1

Производительность по
упариваемой воде,
W
, кг/с.


3,04


3,21


3,47

2

Концентрация раств
о
ров,

X
, %


6.8


11,3


40,0

3

Давление греющих п
а
ров,

P
Г
, Па


107,9
.
10
4


72,42
.
10
4


36,94
.
10
4

4

Температура гре
ю
щих

паров,
t
Г
,
О
C


183,2


166,3


140,6

5

Температурные пот
е
ри,



, град.


3,77


6,14


33,83

6

Температура кипения

ра
с
твора, ,
t
К
,
О
C


170,07


146,74


87,43

7

Полезная разность


темп
е
ратур,

t
П
, град.


13,13


19,56


53,17



2.1.6. В
ыбор конструкционного материала



Выбираем конструк
ционный материал, стойкий в среде
кипящего раствора
KOH

в интервале изменения ко
н
центраций
от 5 до 40% [6]. В этих условиях химически стойкой является
сталь марки
X
17, имеющая скорость ко
р
розии менее 0,1 мм в
год, коэффициент теплопроводности

СТ

 25,1 Вт

.

К.



2.1.7. Расчёт коэффициентов теплопередачи


24


Расчёт коэффициента теплопередачи в первом ко
р
пусе



сопротивление загрязнений со стороны пара.



Коэффициент теплоотдачи от конденсирующ
егося пара

1

к стенке [1] равен

,

где
r
1



теплота конденсации греющего пара, Дж/кг;



Ж1
,

Ж
,

Ж

плотность (кг/м
2
), теплопроводность (Вт/м
.
К),
вязкость (Па) конденсата при средней температуре плёнки, с
о
ответственно,



t
ПЛ

=
t
Г1

-


t
1
/2,



t
1



разность температур конденсации пара и стенки, град..

Расчёт

1

ведут методом последовательных приближений.


1
-
ое приближение.


Примем
-


t
1

= 2,0
0

C
, тогда проверяем правил
ь
ность
первого приближения по равенству
удельных тепловых нагр
у
зок:

Для установившегося процесса передачи тепла справедл
и
во:

4

1

1

3

1

2

1

1

1

04

,

2

t

H

r

Ж

Ж

Ж























25



где
q



удельная тепловая нагрузка, Вт/м
2
;



t
СТ



перепад температур на стенке, град;



t
2



разность между температурой стенки со стороны ра
с
твора и температурой кипения раствора, град..




Рис.1 Распределение температур в процессе теплопер
е
дачи от пара
через стенку к кипящему раствору






t
СТ

=

1

.


t
1

.



/


= 10500
.

2
.

2,87
.

10
-
4

= 6,03
O
C
.

Тогда



t
2

=

t
П1
-


t
СТ

-


t
1

= 13,13

6,03

2,0 = 5,1
O
C
.



Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему ра
с
твору
для режима пузырькового кипения в вертикальных п
у
зырьковых
трубках при условии естественной циркуляции раствора [7] р
а
вен:

26




q
1

=

1

.


t
1

= 10500
.

2  21000 Вт/м
2
;


q
2

=

2

.


t
2

= 7355
.

5,1  37510 Вт/м
2
;










Табл
и
ца 2

Физические свойства кипящих растворов
и паров по ко
р
пусам



Наименование пар
а
метра

1
-
й

К
орпус

2
-
й

корпус

3
-
й

корпус


Литература

1

Теплопроводность

раствора,

, Вт/м
.

К


0,61


0,62


0,69


[
3
]

2

Плотность ра
с
твора,



, кг/м
3


1062


1104


1399


[3]

3

Теплоёмкость ра
с
твора,

C
, Вт/кг
.

К


3771


3561


2765


[3]

4

Вязкость раств
о
ра,


, Па
.

с

0,1


.

10
-
3

0,29

.

10
-
3

0,7


.

10
-
3

[
3
]

5

Поверхностное н
а
тяжение,

, Н/м


0,058


0,066


0,099


[
3
]

6

Теплота парообраз
о
вания,

r
В
, Дж/кг

2068

.

10
-
3

2148

.

10
-
3

2372

.

10
-
3


[1]

7

Плотность пара,


П
,
кг/м
3


3,75


2,0


0,098


[1]

8

Плотность пара при


1 атм.,

0
, кг/м
3


0,579


0,579


0,579


[1]

2
-
ое приближение.


Примем
-


t
1

= 3,0
0
C
, тогда

27






t
СТ

= 9500
.

3
.

0,287
.

10
-
3

= 8,18
O
C.



t
2

= 13,13

3

8,18
= 1,95
O
C.




q
1

= 9500
.

3  28500 Вт/м
2
;


q
2

= 8834
.

1,91  17220 Вт/м
2
;



.

3
-
ье приближение.


Строим графическую зависимость удельной тепл
о
вой нагрузки от принятой разности те
мператур

t
1
.




Рис. 2 Зависимость тепловой нагрузки от разности температур для
первого корпуса


28





t
СТ

= 9833
.

2,6
.

0,278
.

10
-
3

= 7,34
O
C.



t
2

= 13,13

2,6

7,34 = 3,19
O
C.




q
1

= 9833
.

2,6 = 25570
Вт
/
м
2
;


q
2

= 8276
.

3,19 = 26400
Вт
/
м
2
;






Если расхождение тепловых нагрузок не превышает 3%,
то на этом расчёт коэффициентов

1

и

2

заканчив
а
ют.





Расчёт коэффициента теплопередачи во 2
-
ом корпусе





t
СТ

= 8633
.

4,1
.
0,287
.

10
-
3

= 10,16
O
C.



t
2

= 19,56

4,1

10,16 = 5,3
O
C.



q
1

= 8633
.

4,1  35395 Вт/м
2
;


q
2

= 6848
.

5,3  36294 Вт/м
2
;






29



Расчёт коэффициента теплопередачи в 3
-
ем корпусе
.




t
СТ

= 5722
.

16,0
.
0,287
.

10
-
3

= 26,3
O
C
.



t
2

= 53,17

16,0

26,3 = 10,87
O
C
.


q
1

= 5722
.

16,0  91550 Вт/м
2
;


q
2

= 8317
.

10,87  90410 Вт/м
2
;




.



Коэффициент теплоотдачи при кипении в плёно
ч
ных
выпарных аппаратах рекомендуется определять по уравн
е
нию


где


-

теплопроводность кипящего раствора, Вт/м
.
К;


t
В



температура вторичного пара,
о
С;


q

-

тепловая нагрузка, которая в расчёте принимается ра
в
ной

.

t
1
, Вт/м
2
;




-

толщина плёнки [м], рассчитываемая по уравнению:





-

кинематическая вязкость раствора, м
2
/с;


g



ускорение свободного падения м/с
2
.


30



где


-

вязкость кипящего раствора, Па
.
с;


Г


линейная массовая плотность орошения, рассчит
ы
ваемая
по урав
нению Г
G
j
/П, кг/м
.
с;


Gj


-

расход раствора, поступающего в
j
-
ый корпус, кг/с;


П
-

смоченный периметр, м, П 


.
d
ВН
.

n

=
F
ОР
/
H
;


Значения коэффициентов и показателей степеней:

при

q

< 20000 Вт/м
2

,
C

= 163,5,
n

= 0,264,
m

= 0,685

q

� 2000
0 Вт/м
2

,
C

= 2,6,
n

= 0,203,
m

= 0,322.


В аппаратах с вынесенной зоной кипения, а также в а
п
паратах с принудительной циркуляцией обеспечиваются выс
о
кие скорости движения растворов в трубках греющей камеры и,
как следствие этого, устойчивый турбулентный р
ежим течения.
Поэтому для вычисления коэффициентов теплоотдачи со стор
о
ны жидкости используется эмпирич
е
ское уравнение:


Nu

= 0,023
.

Re
0,8

.

Pr
0,4
.



Значения физических свойств, входящих в критерии
подобия, находят при средней температуре потока, равной:



2.1.8.

Распределение полезной разности температур


Распределение полезной разности температур по корпусам
проводим из условия равенства поверхностей те
п
лопередачи в
аппаратах уст
а
новки.





где

t
П
j
,
Q
j
,
K
j

полезная разность температур, тепловая нагрузка,
коэффициент теплопередачи для
j


го корпуса.


31



Проверка суммарной полезной разности температур уст
а
новки:




t
П

=

t
П1
+

t
П2

+

t
П3

= 26,36 + 27,09 + 32
,41 = 85,86
0
C
.


2.1.9. Поверхность теплопередачи выпарных аппар
а
то
в




Найденные значения поверхности теплопередачи в
ы
парных
аппаратов отличаются незначительно от ориентировочно опр
е
делённой ранее
F
ОР
. Поэтому в последующих прибл
ижениях нет
необходимости вносить коррективы на изменение конструкти
в
ных размеров аппаратов (высота, диаметр и число труб).



32


Таблица 3

Сравнение распределённых и рассчитанных значений

полезных разн
о
стей температур

Корпуса

1

2

3

Распределённые в 1
-
ом
приб
лижении

t
П,


26,36


27,09


32,41

Рассчитанные

t
П,

13,13

19,16

53,17



Как видно из табл
ицы

3 рассчитанные полезные разн
о
сти температур (из условия равного перепада давления в корп
у
сах) и распределённые в 1
-
ом приближении (из условия раве
н
ства поверхнос
ти теплопередачи в корпусах) существенно ра
з
личаются. Поэтому необходимо заново перераспределять те
м
пературы (давления) между корп
у
сами установки. В основу
этого перераспределения температур (давлений) кладут поле
з
ные разности температур, найденные по резу
льтатам распред
е
ления общей полезной разности из условия равенства поверхн
о
стей теплоперед
а
чи.


2.2. Второе приближение



В связи с тем, что существенное изменение давл
е
ний по
сравнению с первым приближением происходит только в 1 и 2
корпусах, где суммарны
е температурные потери незначительны,
во втором приближении приним
а
ем значения

/
,

//

и

///

для
каждого корпуса такими же, как и в первом приближении.


Q
1

= 1,03
.
[11,12
.

3,9
.

(156,84

154,8) + 3,04
.

(2762
-
4,19
.

156,84)]  6515 кВт;


Q
2

= 1,03
.
[
8,08
.

3,85
.

(125,98

156,84) + 3,21
.

(2712
-
4,19
.

125,98)]  6231 кВт;


Q
3

= 1,03
.
[4,87
.

3,58
.

(87,43

125,98) + 3,47
.

(2596
-
4,19
.

87,43)]
 7186 кВт.









33


Таблица 4

Параметры растворов и паров по корпусам



Параметры

1


ко
р
пус

2

ко
р
пус

3

ко
р
пу
с

1

Производительность по

выпаре
н
ной воде,
W
, кг/
c


3,04


3,21


3,47

2

Концентрация раств
о
ров
X
, %

6,8

11,3

40,0

3

Температура пара, греющего


1 ко
р
пус
t
Г
,
о
C


183,2


-


-

4

Полезная разность те
м
ператур

t
П
,
о
C


23,36


27,09


32,41

5

Температура кипе
ния раствора,
t
К
=
t
Г
-

t
П
,
о
C


156,84


125,98


87,43

6

Температура вторичн
о
го пара,
t
В
=
t
К
-
(

/
+

//)
,
о
C


154,07


120,84


54,60



























34


Приложение
I






Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное
государственное бюджетное

образ
ова
тельное
у
ч
реждение высшего профессионального образования

Восточно
-
Сибирский государственный

универс
и
тет

технологий и управления

(ФГБОУ ВПО ВСГУТУ)


Институт пищевой инженерии и биотехнологии

Кафедра «
Биомедицинская техника,

п
роцессы и аппараты пищевых

пр
о
изводств»






К
ОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА


по дисциплине «Процессы и аппараты


пищевых производств
»









Выполнил
:

Иванов И.И.

студент (ка)

г
р. 220
-
1



Проверил: Котова Т.И.





Улан
-
Удэ


20
14


35


Приложение
II

Типы выпарных аппаратов

Типы

аппарата

Исполнения

Наименования

I

1




2

Аппараты выпарные с естественной ци
р
куляцией, соосной греющей к
а
мерой и
кипением раствора в тру
б
ках.

Аппараты выпарные с есте
ственной ци
р
куляцией, греющей камерой и солеотд
е
лением.

II

1




2

Аппараты выпарные с естественной ци
р
куляцией, вынесенной греющей камерой
и кипением раствора в трубках.

Аппараты выпарные с естественной ци
р
куляцией, вынесенной греющей камерой
и зоной кипе
ния.

III

1



2

Аппараты выпарные с принудител
ь
ной
циркуляцией, соосной греющей камерой
и солеотделением.

Аппараты выпарные с принудител
ь
ной
циркуляцией, соосной греющей камерой
и вынесенной зоной кип
е
ния.


IV

-

Аппараты выпарные с принудител
ь
ной
циркуляц
ией, вынесенной греющей к
а
мерой и вынесенной зоной кипения.

V

1



2

Аппараты выпарные плёночные с восх
о
дящей плёнкой и соосной греющей кам
е
рой.

Аппараты выпарные плёночные с восх
о
дящей плёнкой и

вынесенной греющей камерой.

VI

1



2

Аппараты выпарные со с
текающей плё
н
кой и соосной греющей кам
е
рой.

Аппараты выпарные со стекающей плё
н
кой и вынесенной греющей к
а
мерой.






36





37




38




39


Приложение
III

Основные параметры и размеры аппаратов.




40


Соотношение площадей сечения циркуляционных труб и
труб греющей к
амеры должны быть:



а) для аппаратов с кипением раствора в трубках
греющей камеры
-

от 0,3 до 0,6;


б) для аппаратов с вынесенной зоной кипения и
аппаратов с принудительной циркуляцией


от 0,9 до 1,5.


Номинальные поверхности теплоо
бмена
F
Н

должны
выбираться из ряда: 10, 16, 25, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160,
200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1400, 1600,
1800, 2000, 2240, 2500, 2900, 3150 м
2
.


Диаметры обечаек греющих камер
D
Н

должны в
ы
бираться из ряда: 325, 400, 600, 80
0, 1000, 1200, 1400, 1600,
2000, 2200, 2400, 2600, 2800, 3000, 3200 мм.


Диаметры сепараторов
D
С

должны выбираться из
ряда: 600, 800, 1000, 1200, 1400, 1800, 2000, 2200, 2400,
2800, 3000, 3200, 3400, 3600, 3800, 4000, 4500, 5000, 6000,
6400, 7000, 8000 мм.


Диаметры циркуляционных труб
D
Ц

должны выб
и
раться из ряда: 159, 219, 273, 325, 400, 500, 600,700, 800,
1000, 1200, 1400, 1600 мм.



















41



Приложение
IV

Физические свойс
тва некоторых водных растворов.

Поверхностное натяжение

, плотность

, и вязкость


некоторых водных растворов при различной концентрации
и температуре раствора.


42


Приложение
V

Температурные депрессии водных растворов

при атмосфе
р
ном давлении


Раств
о
рённо
е
вещ
е
с
т
во

Концентрация раствора, % масс.

10

20

30

35

40

45

50

55

60

70

80

CaCl
2

1,5

4,5

10,5

14,3

19,0

24,3

30,0

36,5

43,0

60,0

-

Ca(NO
3
)
2

1,1

2,5

4,3

5,4

6,7

8,3

10,0

13,2

17,2

31,2

49,2

CuSO
4

0,3

0,6

1,4

2,1

3,1

4,2

-

-

-

-

-

FeSO
4

0,3

0,7

1,3

1,6

-

-

-

-

-

-

-

KCl

1,3

3,3

6,1

8,0

-

-

-

-

-

-

-

KNO
3

0,9

2,0

3,2

3,8

4,3

5,2

6,1

7,2

8,5

11,6

-

KOH

2,2

6,0

12,2

17,0

23,6

33,0

45,0

60,4

79,9

126,3

190

K
2
CO
3

0,8

2,2

4,4

6,0

8,0

10,9

14,6

19,0

24,0

-

-

MgCl
2

2,0

6,6

13,4

22,0

-

-

-

-

-

-

-

MgSO
4

0,
7

1,7

3,4

4,8

7,0

-

-

-

-

-

-

NH
4
Cl

2,0

4,3

7,6

9,6

11,6

14,0

-

-

-

-

-

NH
4
NO
3

1,1

2,5

4,0

5,1

6,3

7,3

9,3

11,0

13,2

19,0

28,0

(NH
4
)
2
SO
4

0,7

1,6

2,9

3,7

4,7

5,9

7,7

-

-

-

-

NaCl

1,9

4,9

9,6

-

-

-

-

-

-

-

-

NaNO
3

1,2

2,6

4,5

5,6

6,8

8,4

10,0

12,0

-

-

-

NaOH

2,8

8,2

17,0

22,0

28,0

35,0

42,2

50,6

59,6

79,6

106

Na
2
CO
3

1,1

2,2

4,2

5,3

-

-

-

-

-

-

-










43


Приложениие
VI

Свойства насыщенного водяного пара

в зависимости


от давл
е
ния

(п
ересчет в СИ: 1
к
гс/см
2
=9,81*10
4
Па
)

Д
авл
е
ние,
кгс/см
2


Те
м
пер
а
тура,
0
С

Удел
ь
ный
объем,
м
3
/кг

Пло
т
ность,
кг/м
3

Удельная
энтал
ь
пия жи
д
кости
j
1

,
кДж/кг

Удельная
энтал
ь
пия пара
j
11
,
кДж/кг

Удельная
те
п
лота
пароо
б
разов
а
ния
r

кДж/кг

0,01

0,015

0,02

0,025

0,03

0,04

0,05

0,06

0,08

0,10

0,12

0,15

0,
20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

6,6

12,7

17,1

20,7

23,7

28,6

32,5

35,8

41,1

45,4

49,0

53,6

59,7

68,7

75,4

80,9

85,5

89,3

93,0

96,2

99,1

104,2

105,7

112,7

116,3

119,6

132,9

142,9

151,1

158,1

164,2

131,60

89,
64

68,27

55,28

46,53

35,46

28,73

24,19

18,45

14,96

12,60

10,22

7,977

5,331

4,072

3,304

2,785

2,411

2,128

1,906

1,727

1,457

1,261

1,113

0,997

0,903

0,6180

0,4718

0,3825

0,3222

0,2785

0,00760

0,01116

0,01465

0,01809

0,02149

0,02820

0,03481

0,04133

0,05420

0,
06686

0,07937

0,09789

0,1283

0,1876

0,2456

0,3027

0,3590

0,4147

0,4699

0,5246

0,5790

0,6865

0,7931

0,898

1,003

1,107

1,618

2,120

2,614

3,104

3,591

27,7

53,2

71,6

86,7

99,3

119,8

136,2

150,0

172,2

190,2

205,3

224,6

250,1

287,9

315,9

339,0

358,2

375,0

389,7

403,1

415,2

437,0

456,3

473,1

483,6

502,4

558,9

601,1

637,7

667,9

694,3

2506

2518

2526

2533

2539

2548

2556

2562

2573

2581

2588

2596

2607

2620

2632

2642

2650

2657

2663

2668

2677

2686

2693

2703

2709

2710

2730

2744

2754

2768

2769

2478

2465

2455

2447

2440

2429

2420

2413

2400

2390

2382

2372

2358

2336

2320

2307

2296

2286

2278

2270

2264

2249

2237

2227

2217

2208

2171

2141

2117

2095

2075

44


Продолжение приложения
VI

Давл
е
ние,
кгс/см
2


Те
м
пер
а
тура,
0
С

Удел
ь
ный
об
ъ
ем,
м
3
/кг

Пло
т
ность,
кг/м
3

Удельная
энтал
ь
пия жи
д
кости
j
1

,
кДж/кг

Удельная
энтал
ь
пия пара
j
11
,
кДж/кг

Удел
ь
ная
теплота
пароо
б
разов
а
ния
r

кДж/кг

8,0

9,0

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

30

40

50

60

70

80

90

100

120

140

160

180

200

225

169,6

174,5

179,0

183,2

187,1

190,7

194,1

197,4

200,4

203,4

206,2

208,8

211,
4

232,8

249,2

262,7

274,3

284,5

293,6

301,9

309,5

323,1

335,0

345,7

355,4

364,2

374,0

0,2454

0,2195

0,1985

0,1813

0,1668

0,1545

0,1438

0,1346

0,1264

0,1192

0,1128

0,1070

0,1017

0,06802

0,05069

0,04007

0,03289

0,02769

0,02374

0,02064

0,01815

0,01437

0,01164

0,00956

0,00782

0,00614

0,0310

4,075

4,536

5,037

5,516

5,996

6,474

6,952

7,431

7,909

8,389

8,869

9,349

9,83

14,70

19,73

24,96

30,41

36,12

42,13

48,45

55,11

69,60

85,91

104,6

128,0

162,9

322,6

718,4

740,0

759,6

778,1

795,3

811,2

826,7

840,9

854,8

867,7

880
,3

892,5

904,2

1002

1079

1143

1199

1249

1294

1337

1377

1455

1531

1606

1684

1783

2100


2776

2780

2784

2787

2790

2793

2795

2796

2798

2799

2800

2801

2802

2801

2793

2780

2763

2746

2726

2705

2684

2638

2592

2540

2483

2400

2100

2057

2040

2024

2009

1995

1984

1969

1956

1943

1931

1920

1909

1989

1800

1715

1637

1565

1497

1432

1369

1306

1183

1061

934

799

617

0






45


Приложение
VII

Свойства насыщенного водяного пара

в зависимости от температуры


(п
ересчет в СИ: 1
к
гс/см
2
=9,81*10
4
Па
)

Те
м
пер
а
тура,
0
С

Давл
е
ние,
кгс/см
2

Удел
ь
ный
об
ъ
ем,
м
3
/кг

Пло
т
ность,
кг/м
3

Удельная
энтал
ь
пия жи
д
кости
j
1

,
кДж/кг

Удельная
энтал
ь
пия пара
j
11
,
кДж/кг

Удельная
теплота
парообр
а
зования
r

кДж/кг

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

105

110

115

120

125

130

135

140

145

150

0,0062

0,0089

0,0125

0,0174

0,0238

0,0323

0,0433

0,0573

0,0752

0,0977

0,1258

0,1605

0,2031

0,2550

0,3177

0,393

0,483

0,590

0,715

0,862

1,033

1,232

1,461

1,124

2,025

2,367

2,755

3,192

3,685

4,238

4,855


206,5
147,1
106,4

77,9

57,8

43,40

32,93

25,25

19,55

15
,28

12,054
9,589
7,687
6,209
5,052
4,139
3,414
2,832
2,365
1,985
1,675
1,421
1,212
1,038
0,893
0,7715

0,6693

0,5831

0,5096

0,4469

0,3933

0,00484

0,00680

0,00940

0,01283

0,01729

0,02304

0,03036

0,03960

0,05114

0,06543

0,0830

0,1043

0,1301

0,1611

0,1979

0,24
16

0,2929

0,3531

0,4229

0,5039

0,5970

0,7036

0,8254

0,9635

1,1199

1,296

1,494

1,715

1,962

2,238

2,543

О

20,95
41,90
62,85
83,80
104,75
125,70
146,65
167,60
188,55
209,50
230,45
251,40
272,35
293,30
314,3
335,2
356,2
377,1
398,1
419,0
440,4
461,3
482,7
504,
1
525,4

546,8

568,2

589,5

611,3

632,7

2493,1

2502,7

2512,3

2522,4

2532,0

2541,7

2551,3

2561,0

2570,6

2579,8

2589,5

2598,7

2608,3

2617,5

2626,3

2636

2644

2653

2662

2671

2679

2687

2696

2704

2711

2718

2726

2733

2740

2747

2753

2493

2481,7

2470,4

2459,5

2448,2

2436,9

2425,6

2414,3

2403,0

2391,3

2380,0

2368,2

2356,9

2345,2

2333,0

2321

2310

2297

2285

2273

2260

2248

2234

2221

2207

2194

2179

2165

2150

2125

2120

46


Продолжение приложения
VII

Те
м
пер
а
тура,
0
С

Давл
е
ние,
кгс/см
2

Удел
ь
ный
объем,
м
3
/кг

Пло
т
ность,
кг/м
3

Удел
ьная
энтал
ь
пия жи
д
кости
j
1

,
кДж/кг

Удельная
энтал
ь
пия пара
j
11
,
кДж/кг

Удельная
теплота
парообр
а
зования
r

кДж/кг

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

260

270

280

290

300

310

320

330

340

350

360

370

374

6,303

8,080

10,23

12,80

15,85

19,55

23,66

28,53

3
4,13

40,55

47,85

56,11

65,42

75,88

87,6

100,7

115,2

131,3

149,0

168,6

190,3

214,5

225

0,3075

0,2431

0,1944

0,1568

0,1276

0,1045

0,0862

0,07155

0,05967

0,04998

0,04199

0,03538

0,02988

0,02525

0,02131

0,01799

0,01516

0,01273

0,01064

0,00884

0,00716

0,00585

0
,00310

3,252

4,113

5,145

6,378

7,840

9,567

11,600

13,98

16,76

20,01

23,82

28,27

33,47

39,60

46,93

55,59

65,95

78,53

93,98

113,2

139,6

171,0

322,6

654,1

719,8

763,8

808,3

852,7

897,9

943,2

989,3

1035

1082

1130

1178

1226

1275

1327

1380

1437

1498

1564

1638

17
30

1890

2100

2765

2776

2785

2792

2798

2801

2803

2802

2799

2792

2783

2770

2754

2734

2710

2682

2650

2613

2571

2519

2444

2304

2100


2089

2056

2021

1984

1945

1904

1860

1813

1763

1710

1653

1593

1528

1459

1384

1302

1213

1117

1009

881,2

713,6

411,5

0










47





СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


1.

Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и з
а
дачи по курсу процессов и аппаратов. Л
.
:
Химия, 19
8
7,
552с.

2.

ГОСТ 11987
-
73. Аппараты выпарные трубчатые
:

М.:

Альянс
, 19
73.

3
4с.

3.

Справочник химика
.

Т
.
II
I
, 1962.
;

Т

У
.

М
-
Л
.
:

Химия,
1966
.

974с.

4.

Каталог УКРНИИХИММАШа. Выпарные аппараты ве
р
тикальные трубчатые общего назначения. М.
:

ЦИНТ
И
ХИМНЕФТЕМАШ, 1972.

5.

Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химич
е
ской технологии. Изд.
12
-
ое
.

М.
:
Альянс
,
2005
.

750с.

6.

Ла
щинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструир
о
вания и расчёты химической аппаратуры. Л.
:

Машин
о
строение, 1970
.

752с.

7.

Альперт Л.В. Основы проектирования химических уст
а
новок. М.
:
Высшая школа, 19
89
.

272с.




















48






Котова Татьяна Ивановна

Хант
ургаев Андрей Германович

Ямпилов Сергей Самбуевич

Дондокова Гэсэгма Жаргаловна




МЕТОДИЧЕСК
ИЕ

УКАЗАНИЯ

ПО ВЫПОЛН
Е
НИЮ

КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНАМ

«ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ПИЩЕ
ВЫХ ПРОИЗВОДСТВ»,
«ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛ
О
ГИИ»,
«ПРОЦЕССЫ И АППАР
АТЫ БИОТЕХНОЛОГИИ»

ДЛЯ СТУДЕНТОВ ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧ
Е
НИЯ

С ПРИМЕНЕНИЕМ ДИСТАНЦИОННЫХ

ОБРАЗОВАТЕЛ
Ь
НЫХ ТЕХНОЛОГИЙ














Подписано в печать

03.0
4
.2014 г. Ф
ормат 60х84 1/16

Усл. п. л.
2,79
.

Тираж



электронный вариант
.



Издательство ВСГУТУ 670013, г.Ул
ан
-
Удэ, ул.Ключевская, 40 в



Приложенные файлы

  • pdf 1049978
    Размер файла: 745 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий