Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги / Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.-1

.pdf

Скачиваний:

237

Добавлен:

20.11.2023

Размер:

28.73 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 2425 / 5825 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 > Следующая >>>

Исходные данные

а) Конденсация

пара.

Величина

^НОНД

At конд

Идентификатор

Т1

ROI

MU1

DT1

б) Кипение жидкости.

Величина

*КИП

Рж

гкип

Идентификатор

Т2

R02

ROP2

MU2

SIGMA

в) Аппарат.

Величина

^ст

гзагр. 1

гяагр. *

Идентификатор

DST

LST

RZ1

RZ2

EPS

Рассчитываемые величины

Величина

а конд

а ь«п

^СТ. 1

^СТ.2

^конд

Qvип

Идентификатор

ALI

AL2

TS1

TS2

Величина

^ср

9кр

Е 'с т

Идентификатор

QSR

QKR

RST

DT2

DELTA

PROGRAM

COMMENT РАСЧЕТ КИПЯТИЛЬНИКА С ОБОГРЕВОМ COMMENT ПАРОМ

REAL	LI, МШ. L2, MU2, LST, К
READ	(5)	Tl, RI, Ll, ROI, MUl, DTI
READ	(5)	T2, R02, ROP2, L2, MU2, SIGMA, R2
READ	(5) Q, H, DST, LST, RZl, RZ2, EPS

COMMENT РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛООТДАЧИ A = 2 .04 * (SQRT(SQRT(((L1 * *3) * (ROl * *2) *

R1)/(MU1 * H))))

B= 0 .0 7 5 * (1.+ 10./((RO2/ROP2—1.) * * 0.667))

C=(B * *3) * ((L2 * * 2) * R02/(MU2 * SIGMA * (T2 +273.)))

RST=RZ1+RZ2+DST/LST

1 AL1=A/SQRT (SQRT(DTl)) Q1=AL1 *DT1 TS1=T1—DTI TS2=TS1—Q1 * RST DT2=TS2—T2

IF (D T 2< = 0 .) GO TO 2 AL2=C*(DT2* *2) Q2=AL2*DT2 DELTA=ABS((Q1—Q2)/Q1)

IF (DELTA<=EPS) GO TO 4

COMMENT ЗНАЧЕНИЕ DTI ДЛЯ СЛЕДУЮЩЕГО

COMMENT ПРИБЛИЖЕНИЯ R=1./AL1+1./AL2+RST

DT1=(T1—T2/R/AL1 GO TO 3

2D T1=D T1*0.5

3GO TO 1

COMMENT ПРОВЕРКА РЕЖИМА КИПЕНИЯ

4QKR=0.14 *R2 *SQRT(ROP2) *SQRT(SQRT( SIGMA *9.81 * R02))

QSR=(Ql+Q2)/2.

IF (QSR>QKR) GO TO 7

WRITE (6,5) ALI, AL2, Ql, Q2, TS1, TS2, DELTA

5 FORMAT			(10X ,	’AL1=’, F7.1, 2X, 'A L2=', F7.1
	/10Х , 'Q l=>, F 7 .0, 2X, 'Q 2 = ', F7 .0/10X ,
	*TSl=’f F7.2, 2X, 'TS2=', F7.2/15X, ’DELTA
	= ’, F8.4)		КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ И
	COMMENT
	COMMENT		ПЛОЩАДЬ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ
	К = 1 ./(I ./AL1+1./AL2+RST)
	F=Q/(K * (Tl—Т2))
6	WRITE	(6,6) К, F, QKR
	FORMAT		(10X , ’K = \ F7.1/10X, 'F = ’f F8.1/
	10X , ’Q K R=', F l5.0)
7	GO ТО 9	(6,8) QSR, QKR
	WRITE
8	FORMAT		(2X, *QSR=\ F15./0, 'Q K R = ', F15.0,
	’ПЛЕНОЧНОЕ			КИПЕНИЕ — СЛЕДУЕТ ИЗМЕНИТЬ
9	РЕЖИМ	РАБОТЫ АППАРАТА')
	STOP
	END

Пример 4.V. Рассчитать змеевик для периодического нагрева ж-ксилола в баке (в условиях свободной конвекции). Ксилол в количестве 1600 кг должен

быть нагрет от 16 до 80 °С в течение 1 ч. Нагрев производится паром, имеющим давление рабс = 2 кгс/см2 (0,2 МПа). Стальной змеевик выполнен нз трубы диаметром 53 X 2 мм.

Р е ш е н и е . Температура конденсации греющего пара 119,6 °С (табл. LVII). Так как она постоянна, то среднюю разность температур за время нагрева можно рассчитать по формуле:

Мср

[-А/*

103,6 — 39,6

66,6°С = 66,6К,

2,3 lg (Л/Нач/ЛW

2,31g (103,6/39,6)

где

А/нач =

Н9.6 — 16 = 103,6 °С =

103,6 К;

Д/„он =

119,6 — 80 =

39,6 °С =

39,6 К.

Средняя температура ксилола:

/ц *

/цонд — А^ср =

119,6 — 66,6 — 53 °С.

Средний

расход

передаваемой теплоты:

Q — 0KcK (tKон — ^нач)

1600

1840 (80 — 15) = 52 300 Вт,

3600

где ск =

1840 Дж/(кг* К) — средняя

удельная теплоемкость ксилола (рнс. XI).

Термическое сопротивление стальной стенки н загрязнений (табл. XXVIII

н XXXI):

0,002

гст — ^аагр. 1

"f" Гаагр. 2

5800

46,5

5800

0,0004 (м2*К)/Вт.

Коэффициент теплоотдачи для ксилола рассчитываем по уравнению (4.46),

принимая

с запасом

(Рг/Ргст)0,25 =

для

нагревающейся жидкости:

Nu =

0,5 (GrPr)0,25 =

0,5

Рг)° ,25Д/”-2Б =

/ 9,8-0,0533-837»-!,15-10-».4,5

36 6 д ,о,25

’

0,432 - 10-в

Л1к

— db>bûrK

•

где р = 837 кг/м8 — плотность ксилола при 53 °С (табл. IV); и =

0,43-10~8 Па*с —

динамический

коэффициент

вязкости

ксилола

[4.15];

Рг =

4,5 — критерий

Прандтля

для

ксилола

при

53 °С (рис. XIII);

„ _

v2— Vi

pi — р2

837 — 778

1,15-IQ"8 К Ч

Р ~

ъ Ы

р2 Дt

778 (119,6 — 53)

Р — средний коэффициент объемного расширения ксилола в интервале температур 53—119,6 °С; Д/к = /ст, 2 — tK (рис. 4.27).

Коэффициент теплоотдачи для ксилола:
_	_ NuA,_36,6*0,128			A,O.25
*	à	~~ 0,053		* «	=
	=	88,4 А/®'28,
где К =	0,128 Вт/(м* К) — коэффициент теп
лопроводности ксилола при				53 °С (рис. X).
Так как коэффициент			теплоотдачи			для
ксилола	много	меньше,	чем для			кон
денсирующегося		водяного		пара,	послед
ний без расчета		можно	принять		равным

Рис. 4.27. Схема процесса теплопередачи (к при меру 4. V).

10 000 Вт/(м2- К). Далее

можно написать

следующую систему уравнений:

Я" а п А^п ^

СТ

А^к*

А^ср =

А^п Н~ А/ст ~Ь А^к#

<2j ГСт

где

Д*п “

/конд — ^ст. 1»

А*ст =

/СТв J

/ст. 2-

Подставляя

численные значения, будем иметь:

10000

Л<п =

Д<ст/0,0004 =

88,4 Д^-25;

66,6 = Д<п +

Д<ст + Д*к.

Из этой системы уравнений получаем:

0,0442 Д ^ 25+ Д<к _

66,6 =

Решая

последнее

уравнение

(графически),

находим:

А/к =

59,3 °С = 59,3 К.

Тогда

q =

а к А/к =

88,4.59,31*» = 14 550 Вт/м2.

Требуемая

площадь

поверхности

теплообмена:

Z7 =

Q/ç = 52 300/14 550 =

3,62 м8.

Длина змеевика:

£ a-

_____в»62_____ 22 6 м

ndcр

3,14.0,051 ~

’

С запасом:

L =

22,6* 1,15 =

26 M .

Расход греющего пара с учетом 5 %

потерь теплоты:

1,05Q

1,0552300

2208-10».0,95

0,0262 кг/с,

где

г = 2208» 103 Дж/кг (табл.

LVII); ж = 0 ,9 5 — принятая

степень сухости

греющего пара.

По практическим данным для нормальной работы парового змеевика началь

ная скорость пара должна быть не более 30 м/с, а отношение Ltd должно быть не более

	jL	= С	6		»
	d		V д^ор		»
где С зависит от давления конденсирующегося					пара и для рабс = 2		кгс/см2
равняется	~ 190 — см. «Теплоотдача		при	конденсации		насыщенного	пара»
(стр. 163).
Проверим начальную скорость пара:
	И'нач — Рп-0,785а2		0,0262
	И'нач — Рп-0,785а2	1,107-0,785*0,0492 =				12,6 м/с,
где Р п =	1,107 кг/м8 — плотность	пара	(табл"	LVII).
Наибольшее допустимое отношение Ud:
					140.
Следовательно, длина змеевика должна быть не более
	L = 140d = 140-0,049 =				6,9 м.

Принимаем число параллельно работающих змеевиков п = 4. Длина каж дого змеевика 26/4 = 6,5 м.

Г л а в а 5

ВЫПАРИВАНИЕ. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ

ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ И РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ

1. Уравнения материального баланса процесса выпаривания!

Сдач = ^нон "I"	(5* Ц
^начнач — ^нонкон»	(5 2)
Здесь GH&4» ^кон — массовые расходы начального (исходного)	раствора

и конечного (упаренного) раствора, кг/с; хнач, хкон — массовые доли растворен

ного вещества в начальном и конечном расгворе,		W — массовый расход выпа
риваемой воды, кг/с:
«P= G Ha4( l -----(5 3)		/
V	*кон
2. Уравнение теплового баланса	выпарного аппарата:
Q + ^нач^нач^нач — ^ кон с кон/кон + ^ * в т + Опот ± Од			4)

где Q — расход теплоты на выпаривание, Вт; снач, скон — удельная теплоемкость начального (исходного) и конечного (упаренного) раствора, Дж/(кг- К), /Нач» /кон — температура начального раствора на входе в аппарат н конечного на выходе из аппарата при верхней разгрузке, °С, iBT — удельная энтальпия вторичного пара на выходе его из аппарата, Дж/кг, QnOT — расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду, Вт, Qn — теплота дегидратации, Вт.

3. Расход теплоты на выпаривание. Из уравнения (5.4) получаем:

Q = £/н а чСнач (/к он

/нач) + ^ (*вт

св^кон) -h QH OT*

где св — удельная теплоемкость воды при /нон, Дж/(кг* К).

Если раствор поступает в выпарной аппарат в перегретом

СОСТОЯНИИ (1Нач ^ ^кон)> ТО Qtrarp = С начГнач(/коН /нач) И м еет

отрицательный знак, и расход теплоты в выпарном аппарате со кращается, так как часть воды испаряется за счет теплоты, выде

ляющейся при	охлаждении поступающего раствора от /нач до
{кеш Величина	GHaqcHa4 (/нач — /кон) носит название теплоты
самоиспарения.

Расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду


Qnoï	при расчете выпарных аппаратов принимают в размере 3 —
5%	от суммы (Quarp + Фисп)- Величину QnoT можно			подсчитать
по уравнению:		Опот	о ^н ар (/ст /воад)*	(^.6)
Здесь а = ал +
		а к — суммарный коэффициент теплоотдачи		лучеиспуска
нием и конвекцией,		Вт/(м2- К),	FHap — площадь наружной поверхности тепло

изолированного аппарата, м2; /ст — температура наружной поверхности изоля ции, °С нли К; /воад — температура окружающего воздуха, °С или К.

В общем случае в тепловом балансе выпарного аппарата должна учитываться еще затрата теплоты на дегидратацию рас творенного вещества, но обычно эта величина по сравнению с дру

гими статьями теплового баланса мала и ею можно пренебречь (см. пример 5.5).

Расход греющего пара Gp. п (в кг/с) в выпарном аппарате определяют по уравнению!

(5.7)

где i" — удельная энтальпия сухого насыщенного пара, Дж/кг; ? — удельная энтальпия конденсата при температуре конденсации, Дж/кг; х — паросодержанне (степень сухости) греющего пара; г9л\ — удельная теплота конденсаций греющего пара, Дж/кг.

Удельный расход пара на выпаривание d представляет собой отношение расхода греющего пара Gr.„ к расходу испаряемой воды W:

d = Gr.jW .

(5.8)

4. Теплоемкость раствора.

Удельная теплоемкость раствора может быть вычислена по общей формуле:

с = сгхI -J- с2х2 -J- Г3Х3 -f- • • • »

(5.9)

где clt с2, с3, ... — удельные теплоемкости компонентов; Xf, х2, х3, ... — массовые доли компонентов.

Для	расчета удельной теплоемкости		двухкомпонентных
(вода + растворенное		вещество) разбавленных водных растворов
(х <$ 0,2)	пользуются	приближенной формулой!
		с =4190(1 — х).	(5.10)

Здесь 4190 Дж/(кг»К) — удельная теплоемкость воды; х — концентрация растворенного вещества, масс. доли.

Для концентрированных двухкомпонентных водных растворов (х > 0,2) расчет ведут по формуле:

с = 4190 (1 — х) + c tx,

(5.11)

где ct — удельная теплоемкость безводного растворенного вещества, Дж/(кг- К).

Удельную теплоемкость химического соединения при отсут ствии экспериментальных данных можно ориентировочно рассчи тать по уравнению:

Mc = iÇx -f- HÿÇ2-|- Я3 С3 -f~ • • * I

(5.12)

где M — молекулярная масса химического соединения; с — его массовая удель ная теплоемкость, Дж/(кг* К); n±t п2, ns, ... — число атомов элементов, входящих в соединение; Съ С2, С8> ... — атомные теплоемкости, Дж/(кг-атом* К)

При расчетах по формуле (5.12) применяются значения атом ных теплоемкостей, приведенные в табл. 5.1.

5* Температурный режим однокорпусной вакуум-выпарной установки (рис, 5.1).

	Атомная теплоемкость			Атомная теплоемкость
	элементов для химических			элементов для химических
	соединений,			соединений,
Элемент	кДжДкг-атом- К)		Элемент	кДж/(кг-атом. К)
	в твердом	в жидком		в твердом	В ЖИДКОМ
	состоянии	СОСТОЯНИИ		состоянии	СОСТОЯНИЯ
С	7,5	11,7	F	20,95	29,3
н	9,6	18,0	Р	22,6	31,0
в	11,3	19,7	S	22,6	31,0
Si	15,9	24,3	Остальные	26,0	33,5

О16,8 25,1

Обозначения температур и давлений!

Барометрический конденсатор	р0, t0
Паровое пространство сепаратора	t±
Кипение раствора в сепараторе	Pi, tKon
Кипение в трубках (среднее значение)	рср,
Греющий пар	рг. п» *г. п
Разбавленный раствор, поступающий в	!нач
выпарной аппарат

Соотношение температур: tr. n > 4ип Х кон > ^ i > до определение и расчет / и р.

/0 — температура вторичного пара в барометрическом конден саторе. Определяется как температура насыщения при давлении р*.

	— температура вторичного							4
пара в сепараторе					выпарного

аппарата.			Определяется				как
температура			насыщения				при
давлении		рх!
			+	д/г. с>			(5.13)
где	Ыг.с — гидравлическая де
прессия,		или		изменение			тем
пературы		вторичного				пара на
участке		сепаратор — баромет
рический		конденсатор,				вызван
ное	падением			давления			пара
из-за гидравлического сопро
тивления		паропровода				вторич
ного	пара		Дрг. с. Это сопро
тивление может быть подсчитано
по	уравнению			[см.		формулу
(1.49)]
Рис. 5.1. К определению р ^ .
1 — греющая камера: I — сепаратор; S —
циркуляционная			труба;		4 — водомерное

стекло, 5 — барометрический конденсатор.

Давление	р, определяется	как
	Pt	Ро +	Apr. с»
и величина	гидравлической	депрессии!
	А/г. с e		“ ^0“	(б. 1Б)
Величину	Д/г с принимают по практическим данным			равной
0,5—1,5 К.				в сепа
Температура /кон — это температура кипения раствора				в сепа

раторе выпарного аппарата, при которой упаренный (конечный) раствор выводится из аппарата!

^кон = Н + А/депр*

(5.16)

Здесь А/депр — температурная депрессия, выражающая повышение темпе ратуры кипения раствора по сравнению с температурой кипения чистого раство рителя (воды) при том же давлении, К:

А/депр œ (Трасте ^воды)р* (5-17)

В выпарных аппаратах непрерывного дейстйия с естественной или принудительной циркуляцией концентрация кипящего рас твора близка к конечной, поэтому А/Де,пр в этих аппаратах берут для раствора конечной концентрации xKOH.

При периодическом процессе выпаривания, когда исходный раствор полностью заливается в аппарат до начала выпаривания, А/депр определяют при средней концентрации раствора.

В табл. XXXVI приведена температура кипения водных

растворов некоторых солей при атмосферном давлении,						а на
рис. X I X — значения		А/депр.		кипения растворов и других жидко
6.	Расчет температуры
стей при давлениях, отличных от атмосферного.
П е р в ы й с п о с о б .			Если известны две температуры кипе
ния данного раствора или органической жидкости при соответ
ствующих	давлениях,	можно		воспользоваться уравнением
		■g Ра, ~		'g Ра,	с	(5.18)
		>g Рв, ~		'6 Рв2

и номограммой (рис. XIV).						одной
Здесь	и рв4 — давления насыщенного пара двух жидкостей при
и той же температуре tx\ рл		и рв	— давления насыщенного пара этих жидко
стей при температуре /2; с — постоянная.
Температура кипения жидкости может быть также найдена по
правилу линейности химико-технических функций *з
		lPi		1Рг к.		(5.19)

e P , - V

<<< < Предыдущая 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 2425 / 5825 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги