Проект цеху випарювання розчинів солей для обробки шкір

ВСТУП Завдяки високій міцності, еластичності та іншими цінними властивостями шкіра отримала широке застосування для виготовлення взуття, одягу та інших галантерейних виробів. Більша половина всієї вироблюваної шкіри використовується для виготовлення взуття. Решта витрачається при виготовленні одягу, шкіргалантерейних, а також багатьох технічних виробів для різних виробництв народного господарства (літакобудування, кораблебудування, текстильної промисловості).

На різних етапах обробки шкірсировини використовуються різні хімічні реагенти, в тому числі і розчини. Для доведення концентрації розчинів до необхідних значень, їх концентрують, в тому числі і процесом випарювання.

При кипінні розчинів нелетучих речовин (речовини, які характеризуються при температурі процесу дуже малим тиском пари, наприклад більшість твердих тіл і деякі висококиплячі рідини: сірчана кислота, гліцерин і ін.) у парову фазу переходить тільки розчинник. При цьому у міру випаровування розчинника і видалення його у вигляді пару концентрація розчину, тобто вміст в ньому розчиненої нелетучої речовини, підвищується. Процес концентрації розчинів, що полягає у видаленні розчинника шляхом випаровування при кипінні, називається випарюванням.

Процес випаровування проводиться у випарних апаратах. За принципом роботи випарні апарати розділяються на періодичні і такі, що безперервно діють. Періодичне випаровування застосовується при малій продуктивності установки або для отримання високих концентрацій. При цьому розчин, що подається в апарат, випаровується до необхідної концентрації, зливається і апарат завантажується новою порцією початкового розчину. У установках безперервної дії початковий розчин безперервно подається в апарат, а упарений розчин безперервно виводиться з нього.

РОЗДІЛ 1. АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД

1.1 Аналіз конструкцій випарних апаратів Процес випаровування проводиться у випарних апаратах, конструкції яких дуже різноманітні, що значно ускладнює їх класифікацію. Найбільшого поширення набули випарні апарати з паровим обігрівом, що мають поверхню теплообміну, виконану з труб.

Випарні апарати з паровим обігрівом складаються з двох основних частин:

— кип'ятильник (гріюча камера) в якому розташована поверхня теплообміну і відбувається випаровування розчину;

— сепаратор — простір, в якому вторинна пара відділяється від розчину.

Залежно від характеру руху киплячої рідини у випарному апараті розрізняють:

— випарні апарати з вільною циркуляцією;

— випарні апарати з природною циркуляцією;

— випарні апарати з примусовою циркуляцією;

— плівкові випарні: апарати.

Випарні апарати з природною циркуляцією відрізняються високою продуктивністю і широко використовуються для упарювання розчинів з щодо невисокою в’язкістю. У таких апаратах циркуляція здійснюється за рахунок різниці густини в окремих точках апарату.

Розчин, що знаходиться в кип’ятильних трубках закипає і в результаті випаровування частини рідини в цих трубках утворюється парорідинна суміш, густина якої менше густини самого розчину. В результаті цього розчин в кип’ятильних трубках піднімається, а в циркуляційній трубі опускається. При циркуляції підвищується коефіцієнт тепловіддачі з боку киплячої рідини і оберігається поверхня труб від утворення накипи.

Існує декілька типів апаратів з природною циркуляцією: з центральною; циркуляційною трубою, з підвісною гріючою камерою, з виносною гріючою камерою і ін.

Випарні апарати з центральною циркуляційною трубою набули найбільш широкого поширення внаслідок простоти конструкції і легкості очищення і ремонту. Однак, наявність циркуляційної труби, що обігрівається, знижує інтенсивність циркуляції.

Випарний апарат з підвісною гріючою камерою показаний на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Випарний апарат з підвісною гріючою камерою:1— корпусу; 2— кожух гріючої камери; 3— кип’ятильні труби; 4—труба для підведення пари до гріючої камери.

Цей апарат має гріючу камеру, забезпечену кожухом 2; роль циркуляційної труби виконує кільцевий зазор між корпусом апарату і кожухом камери. Гріючий пар підводиться в камеру по трубі 4. Гріюча камера може вийматися з апарату для чищення і ремонту. У апараті створюються сприятливі умови для циркуляції, оскільки кільцевий простір з боку корпусу не обігрівається. Недоліками є складність конструкції і великі габарити, оскільки частина площі перетину апарату не використовується внаслідок наявності кільцевого каналу. Апарати з підвісною гріючою камерою виготовляються з поверхнею 50, 75, 95 і 150 м², кип’ятильні труби мають зовнішній діаметр 63,5 мм при довжині від 1300 до 1700 мм.

Випарний апарат з виносним кип’ятильником (рис. 1.2) широко використовуються для випаровування розчинів, що кристалізуються, а також пінистих, і поступово витісняє апарати інших типів. Апарат має виносний кип’ятильник 1 і сепаратор 3. У кип’ятильнику, який складається з пучка труб, що обігріваються зовні паром, утворюється парорідинна суміш, що поступає в сепаратор по трубі 2.

Рис. 1.2. Випарний апарат з виносним кип’ятильником:

1— кип’ятильник; 2—труба для парорідинної суміші; 3- сепаратор; 4—циркуляційна труба.

У сепараторі відбувається відділення вторинної пари від рідини, яка по циркуляційній трубі 4 повертається в кип’ятильник. Труби кип’ятильника можуть досягати значної довжини (до 7 м), що сприяє інтенсивній циркуляції: із збільшенням довжини труб зростає різниця ваги парорідинної суміші в них і рідини в циркуляційній трубі. Розташування кип’ятильника окремо від сепаратора зручно для ремонту і чищення труб. Часто до сепаратора приєднують два або більше кип’ятильників, з яких один можна вимкнути для ремонту або очищення, не зупиняючи всього апарату.

Апарати з виносними кип’ятильниками випускаються з поверхнею 100, 150, 250, 350, 500, 700 і 900 м², вони мають труби із зовнішнім діаметром 38 або 57 мм при довжині від 3000 до 7000 мм.

Випарний апарат для випарювання концентрованих розчинів (рис. 1.3), складається з гріючої камери 1, над якою розташована камера закипання 2 висотою близько 3 м. У верхній частині камери закипання розміщені концентричні перегородки 3, утворюючі кільцеві канали. З камери закипання парорідинна суміш поступає в сепаратор 5, звідки рідина повертається в гріючу камеру по циркуляційній трубі 4 через приймач для кристалів 6.

У гріючій камері відбувається тільки підігрів розчину, а кипить він в каналах між перегородками 3. Ці перегородки упорядковують потік закипаючої рідини і перешкоджають утворенню пульсацій і шкідливих циркуляційних потоків в зоні кипіння. У описаному апараті досягається велика швидкість циркуляції (до 3,5 м/с замість 1—1,5 м/с в звичайних апаратах з природною циркуляцією). Це разом з відсутністю кипіння у трубах приводить до значного зменшення виділень накипу на поверхні теплообміну. Такий апарат найбільш придатний для випарювання концентрованих, здатних до кристалізації і в’язких розчинів.

Рис. 1.3. Випарний апарат для концентрованих розчинів:

1—гріюча камера; 2—камера закипання; 3—концентричні перегородки; 4—циркуляційна труба; 5—сепаратор; 6— приймач кристалів.

1.2 Вибір конструкції випарного апарату При виборі конструкції випарного апарату необхідно враховувати особливості проведення технологічного процесу випарювання і виконання технологічних та конструктивних розрахунків.

Випарювання ведеться так, щоб при заданій продуктивності отримати згущений розчин необхідної концентрації, належної якості без втрат сухої речовини і при можливо меншій витраті палива .

Особливістю процесу випарювання є те, що в парах киплячих розчинів нормально містяться тільки пари чистого розчинника, а розчинена речовина є нелеткою. Це положення, лежаче в основі теорії і методів розрахунку випарних апаратів, для більшості розчинів твердих речовин цілком виправдовується .

Розчинник, що видаляється в пароподібному стані, найчастіше є водяною парою, що носить назву вторинної пари. Загальний матеріальний баланс апарату виражається рівнянням:

Gп=Gк+W

де Gп — кількість розчину, що поступає початкового, з концентрацією bп; Gк — кількість упареного розчину, що видаляється, з концентрацією bк; W — кількість випаровуваного розчинника.

Матеріальний баланс по абсолютно сухій речовині, що знаходиться в розчині:

.

Тепло для випарювання можна підводити будь-якими теплоносіями, вживаними при нагріванні. Проте в переважній більшості випадків в якості гріючого агенту при випаровуванні використовують насичену або трохи перегріту водяну пара, яка називається гріючою або первинною. Первинною служить або пара, що одержується з парогенератора, або відпрацьована пара, або пара проміжного відбору парових турбін. Тепло, необхідне для випарювання розчину, зазвичай підводиться через стінку, що відокремлює теплоносій від розчину. У деяких виробництвах концентрацію розчинів здійснюють при безпосередньому дотику випаровуваного розчину з топковими газами або іншими газоподібними теплоносіями. Також може застосовуватися електричний обігрів.

Рівняння теплового балансу:

Q+Gпспtп= Gкскtк+W· iвт+Qвтр±Qд, де Q — витрата теплоти на випарювання; сп, ск — питома теплоємність початкового (результатного) і кінцевого (упареного) розчину; tп, tк — температура початкового розчину на вході в апарат і кінцевого на виході з апарату; iвт — питома ентальпія вторинної пари на виході його з апарату; Qвтр — витрата теплоти на компенсацію втрат в навколишнє середовище; Qд — теплота дегідратації.

Передача тепла від теплоносія до киплячої рідини можлива за наявності температурного перепаду (корисної різниці температур) між ними. Це пояснюється тим, що теплопередача, як і всі природні процеси, завжди йде від вищого рівня до нижчого, тому температура конденсації пари повинна бути вище за температуру кипіння розчину що означає, що тиск пари в гріючому просторі повинен бути вище, ніж в паровому.

Протікання теплоносіїв в гріючій камері відбувається під дією тиску, що створюється ззовні. Швидкість перебігу теплоносіїв по трубках в більшості випадків визначається природною циркуляцією, залежною від різниці питомих ваг закипаючого в гріючій камері розчину, пронизаної бульбашками пари, і розчину, що опускається по циркуляційній трубі.

Процес випарювання здійснюється або в апараті одноразової, або багатократної дії. У останньому випадку витрата палива на випарювання значно знижується. У промислових умовах найбільш поширені апарати багатократної дії .

Витрата гріючої пари на випарювання розчинів в однокорпусних апаратах відносно велика і у ряді виробництв складає значну частку собівартості кінцевого продукту. Для зменшення витрати гріючої пари широко використовують багатокорпусні випарні апарати.

Принцип дії багатокорпусних апаратів полягає в багатократному використанні тепла гріючої пари, що поступає в перший корпус установки, шляхом послідовного з'єднання декількох однокорпусних апаратів, що дозволяє використовувати вторинну пару кожного попереднього корпусу для обігріву подальшого. Для практичного здійснення такого багатократного використання однієї і тієї ж кількості тепла потрібно, щоб температура вторинної пари кожного подальшого корпусу була вище за температуру кипіння розчину в подальшому корпусі. Ця вимога легко виконується шляхом пониження робочого тиску в корпусах по напряму від першого до останнього. З цією метою встановлюється порівняно висока температура кипіння в першому корпусі і температура 50—60оС в останньому корпусі випарної установки під розрядженням, який з'єднується з конденсатором, забезпеченим вакуумом-насосом.

Такий зустрічний рух пари і розчину застосовується у разі упарювання розчинів з високою в’язкістю і великою температурною депресією в цілях підвищення коефіцієнтів теплопередачі. Проте одночасно ускладнюється і обслуговування апарату у зв’язку з тим, що подібна схема вимагає установки між кожними двома корпусами установки насосів для перекачування розчину, рухомого по напряму зростаючого тиску, не говорячи вже про додаткові витрати на витрату енергії на насоси.

При випаровуванні розчинів, що кристалізуються, їх перегін з корпусу в корпус може супроводжуватися закупоркою сполучних трубопроводів і порушенням нормальної роботи установки. При цьому часто використовують апарати з паралельним живленням корпусів. Тут розчин випаровується до кінцевої концентрації в кожному корпусі, а пара, як і в попередніх двох схемах, рухається послідовно по напряму від першого корпусу до останнього. У цьому ж напрямі знижуються робочий тиск і температури кипіння розчину в корпусах.

У хімічній промисловості застосовуються в основному безперервно-діючі випарні установки. Лише у виробництвах малого масштабу, а також при випаровуванні розчинів до високих кінцевих концентрації; іноді використовують апарати періодичної дії.

При періодичному випаровуванні в апарат завантажують певну кількість розчину початкової концентрації, підігрівають його до температури кипіння і випаровують до заданої концентрації. Потім упарений розчин видаляють з апарату, знов заповнюють нею свіжим розчином і процес повторюють. Установки періодичної дії зазвичай виконуються у вигляді окремих апаратів. Здійснити багатоступінчату випарну установку з випарними апаратами періодичної дії неможливо, оскільки не вдасться погоджувати режими роботи і продуктивність окремих апаратів.

Вживані схеми багатокорпусних випарних установок розрізняються по тиску вторинної пари в останньому корпусі. Відповідно до цієї ознаки установки діляться на ті, що працюють під розрядкою, під надмірним і атмосферному тиску. Вибір тиску пов’язаний з властивостями випаровуваного розчину і можливістю використання тепла вторинної пари.

Споживаючи пару щодо високого тиску і багато разів використовуючи його тепловміст для випарювання води з розчину, випарні апарати можуть використовувати майже всю кількість споживаної вторинної пари у вигляді екстра-пари нижчого тиску, яка відбирається з окремих корпусів, що відбувається в багатокорпусних апаратів без жодного збитку для основного процесу.

Установки, в яких останній ступінь знаходиться під деяким надмірним тиском, називаються випарними установками з протитиском. Зменшення тиску вторинної пари останнього ступеня пов’язане із зменшенням корисного перепаду температур на установку, тобто приводить до зменшення кратності використання пари, що знижує економічні показники.

У випарних установках під розрядженням вдається отримати, можливо, більший перепад температур між парою, що гріє перший ступінь і вторинною парою останнього ступеня. Це дозволяє застосувати найбільшу кратність використання пари в установці, але пов’язано з втратою тепла з вторинною парою останнього ступеня, яка з випарної установки прямує безпосередньо в конденсатор.

При випаровуванні під атмосферним тиском (проводять в однокорпусних випарних установках) вторинна пара не використовується і зазвичай віддаляється в атмосферу. Такий спосіб випарювання є найбільш простим, але найменш економічним. Економія вторинної пари може бути також досягнута в однокорпусних випарних установках з тепловим насосом. У таких установках вторинна пара на виході з апарату стискається за допомогою теплового насоса (наприклад, термокомпресора) до тиску, відповідного температурі первинної пари, після чого він знов повертається в апарат.

Багатокорпусна установка дозволяє значно понизити витрату тепла за рахунок багатократного використання пари. Граничне вигідне або оптимальне число корпусів залежить одночасно від витрати пари і його вартості, від одноразової вартості випарної установки, терміну її амортизації і ін.. На практиці число корпусів зазвичай не перевищує 5−6.

1.3 Мета і задачі дипломного проектування Метою дипломного проекту є проектування цеху випарювання розчинів солей для обробки шкір. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

1. Розробити технологічну схему процесу.

2. Провести необхідні технологічні і конструктивні розрахунки.

3. Вибрати конструкцію випарного апарату .

4. Вибрати конструкції допоміжного устаткування для реалізації процесу випарювання.

5. Провести організаційно-економічні розрахунки.

РОЗДІЛ 2. РОЗРАХУНОК І ВИБІР ВИПАРНОГО АПАРАТУ

2.1 Опис технологічної схеми.

У однокорпусній випарній установці піддається випаровуванню вихідний розчин під вакуумом.

Технологічна схема установки приведена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Технологічна схема установки

Початковий розчин відцентровим насосом Н подається в кожухотрубний теплообмінник ТО, де нагрівається до заданої температури і поступає у випарний апарат з винесеною гріючою камерою ВА. Нагрів розчину в теплообміннику і випаровування здійснюються за рахунок теплоти конденсації гріючої пари: конденсат, що утворився при цьому, скидається в лінію конденсату і може використовуватися як оборотна вода. Упарений розчин з випарного апарату поступає на подальшу переробку. Вторинна пара, що утворилася при випаровуванні, поступає в барометричний конденсатор БК, де змішується з холодною водою, конденсується і скидається в лінію конденсату.

У даному варіанті схеми застосований випарний апарат з винесеною гріючою камерою і кипінням в трубах. Попередній підігрів розчину підвищує інтенсивність кипіння. Випаровуваний розчин, нагрівається і кипить з утворенням вторинної пари. Відділення пари від рідини відбувається в сепараторові випарного апарату. Звільнений від бризок і крапель вторинна пара віддаляється з верхньої частини сепаратора.

Рух розчину і вторинної пари здійснюється унаслідок перепаду тиску, що створюється барометричним конденсатором і вакуумом-насос. У барометричному конденсаторі вода і пара рухаються в протилежних напрямах (пара — знизу, вода — зверху). Для збільшення поверхні контакту фаз конденсатор забезпечений переливними полицями. Суміш охолоджуючої води і конденсату виводиться з конденсатора самоплином по барометричній трубі. Конденсат гріючої пари з випарного апарату виводиться за допомогою конденсатовідвідників. Вакуум в системі підтримується вакуумом-насосом, який встановлений нижче за конденсатор і приєднується до конденсатора у верхній його частині.

Концентрований розчин після випарного апарату подається в одноходові холодильники, де охолоджується до певної температури. Концентрований розчин охолоджується холодною водою. Потім концентрований розчин відводиться у вакуум-ємність. Вакуум-ємність спорожняється періодично (у міру накопичення). Далі розчин поступає в ємність упареного розчину. Після чого йде далі на виробництво.

Оскільки водний розчин NaОН при температурі кипіння є корозійно-активною речовиною, то в якості конструкційного матеріалу для основних деталей вибираємо неіржавіючу сталь Х18Н10Т ГОСТ 5632–85, яка є стійкою в сильно агресивних середовищах до температури 600 0С.

2.2 Розрахунок випарного апарату Основні рівняння матеріального балансу:

де — масові витрати початкового і кінцевого розчину, кг/с; хп, хк — масові долі розчиненої речовини в початковому і кінцевому розчині; W — масова витрата випаровуваної води, кг/с:

, кг/с;

=2,78 кг/с.

Визначення температур і тиску у вузлових точках технологічної схеми.

Визначення тиску і температури в сепараторі Р1, t1

де P1 — тиск сепараторі; Рср — тиск в трубах; - густина розчину в трубах кг/м3; g — прискорення вільного падіння м2/с.

мм.рт.ст.

Знаходимо кінцеву температуру на виході з сепаратора tк, оС.

В подальших розрахунках користуємось наступними формулами.

Фізичні властивості водного розчину NAOH залежно від температури t (0С) і концентрації X (кг лугу /кг розчину).

Розрахункові формули.

t=(200)С.

1. Густина, кг/м3

де 0 — густина води, кг/м3; а0=0,393 743, а1=3,703 110−4; а1=-2,716 410−7,

.

2. Динамічний коефіцієнт в’язкості, Па· с:

де 0 — в’язкість води, Па· с; d0=3,4789, d1= -1,223 510−2, d2= 5,446 410−7.

0=0,59849(43,252+t)-1.5423.

3. Питома теплоємність Ср, Дж/(кг· К);

Cр= Cр0+(В1+В2X+В3t+В4t2) · X,

де Cр0- питома теплоємність води, Дж/(кгК); В1=-5297,21; В2=6942,68; В3=14,84; В4= -1,41 510−2.

Cр0=4223,6+2,476tlg (t/100).

4. Коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м· К);

=0(1-X),

де 0 — коефіцієнт теплопровідності води, Вт/(м· К); = -0,12 884.

0=0,5545+0,00246t-0,1184t2.

5. Температура кипіння tкип, 0С;

де Р — тиск, Па; а=-1,402 b=-0,982.

Проводимо розрахунок основних технологічних параметрів

tк=, оС, знаходимо температуру вторинної пари t1

t1=, оС; t=2оС.

Знаходимо температуру вторинної пари в барометричному конденсаторі t0, С:

t0=t1 -2 =86,5−2=84,5 оС.

По температурі вторинної пари в барометричному конденсаторі t00С, знаходимо тиск вторинної пари в барометричному конденсаторі Р0, Па.

Р0=56 612 Па.

Визначення тиску в середньому шарі випаровуваного розчину Рср.

Оптимальна висота рівня Нопт

Нопт=(0,26+0,0014(-рв))Нтр, (4)

де (-рв) — різниця густини розчину і води відповідно при температурі кипіння; Нтр — робоча висота труб, м.

Густина розчину р, і води в при температурі tкип=100,20С, і концентрації Xк

в=1000−0,62· tкип-0,355·tкип2; в=1000−0,62· 100,2−0,355·100,22=958 кг/м3,

р=10(log (958)+(0,393 743+3,7031· 10e·100,2−2,7164e-6·100,22)Xк)= 1150 кг/м3.

Приймемо Нтр=5 м, тоді

Нопт=(0,26+0,0014(1150−958))5=2,64 м.

Температуру кипіння на середині кип’ятильних труб при Рср знайдемо з виразу

100,30 С.

Тепловий баланс випарного апарату.

Рівняння теплового балансу випарного апарату:

Q = Qнагр+ Qвип+ Qвтр,

де Q — витрата теплоти на випаровування, Вт; Qнагр — витрата теплоти на нагрів розчину до температури кипіння, Вт; Qвип — витрата теплоти на упарювання розчину до кінцевої концентрації, Вт; Qвтр — витрата теплоти на компенсацію втрат в навколишнє середовище, Вт.

Витрата теплоти на компенсацію втрат в навколишнє середовище Qвтр при розрахунку випарних апаратів приймається 3−5% від суми (Qнагр+ Qвип). Отже:

Q = 1,05(Qнагр+ Qвип).

Температуру початкового розчину tп, що поступає у випарний апарат з теплообмінника приймемо на 50С менше tк:

tп= tк-5=84,5−5=79,50 С.

Витрата теплоти на нагрів:

Qнагр= Gпсп (tк-tп),

де Gп — продуктивність по розбавленому розчину; сп — питома теплоємність розчину при tп і початковій концентрації Хп, Дж/(кг· К); сп=3878,5 Дж/(кг· К).

Qнагр= 5,56· 3878,5(94,2−79,5)=316 997 Вт.

Витрата теплоти на випаровування:

Qвип=W (iвт.п — свtк),

де iвт. п — питома ентальпія вторинної пари на виході з апарату при температурі t1,, кДж/кг; св — питома теплоємність води при tк, Дж/(кг· К).

iвт.п =2643 кДж/кг; св=4223,6+2,476· 84,384·log (84,384/100)=4208 Дж/(кг· К),

Qвип=2,78(2 643 103 — 420 884,384)=6 138 240 Вт,

Q=316 997+6138240+645 523,7=7 100 760,7 Вт.

Розрахунок поверхні теплообміну випарного апарату.

Для розрахунку поверхні теплообміну випарного апарату запишемо рівняння теплопередачі:

Q=KFtкор, де К — коефіцієнт теплопередачі Вт/(м2· К); F — площа поверхні теплообміну, м2.

Коефіцієнт теплопередачі К знайдемо з виразу:

де кип — коефіцієнт тепловіддачі киплячого розчину, Вт/(м2К); кондкоефіцієнт тепловіддачі пари, що конденсується, Вт/(м2К); rст — сума термічних опорів всіх шарів, з яких складається стінка, включаючи шари забруднень, (м2К)/Вт.

Приймемо, що сумарний термічний опір рівний термічному опору стінки і накипу. Термічний опір з боку пари не враховуємо. Отримаємо:

/=0,002/25,1+0,0005/2=2,87· 10−4 м2К/Вт.

Коефіцієнт тепловіддачі від пари, що конденсується, до стінки 1 рівний

1=2,04(r1· р1·3р1)/(р1Нt1),

де r1-теплота конденсації гріючої пари, Дж/кг; р1, р1, р1 — відповідно густина кг/м3, теплоємність Вт/(м· К), в’язкість рідини, Па· с.

Розрахунок 1 ведемо методом послідовних наближень. У першому наближенні приймемо t1=2 град. Тоді

1=2,04· 2208·103·9432·0,6863/2·4·0,23=8779 Вт/м2К.

Для сталого процесу передачі тепла справедливе рівняння

q=1t1=tст/(/)=2t2,

де q — питоме теплове навантаження, Вт/м2; tст — перепад температур на стінці, град; t2 — різниця між температурою стінки з боку розчину і температурою кипіння розчину, град.

tст=1t1/=8779· 2·2,87·10−4=5,04 град,

t2=tп-tст-t=20−5,04−2=12,96 град.

Коефіцієнт тепловіддачі від стінки до киплячого розчину для бульбашкового кипіння у вертикальних кип’ятильних трубах за умови природної циркуляції розчину визначаємо в залежності від таких даних:

— теплопровідність розчину Вт/(м· К);

— густина розчину кг/м3 ;

с — теплоємність розчину Дж/(кг· К);

— в'язкість розчину Па· с;

— поверхня натягу Н/м [4];

п — густина пари, кг/м3;

rВ — теплота паротворення, Дж/кг.

Перевіримо правильність першого наближення по рівності питомих теплових навантажень:

=1t1=8779· 2=17 558 Вт/м2;

=2t2=3884· 12,96=50 336,6 Вт/м2,

як бачимо .

Для другого наближення приймемо t1=5,0 град.

Нехтуючи зміною фізичних властивостей конденсату при зміні температури на 1,0 град розрахуємо 1 по співвідношенню

1=8779· =6981,6 Вт/м2К.

Отримаємо:

tст=6981,6· 5·2,87·10−4=10 град;

t2=20−5-10=5 град;

2=11,03(6981,6· 5)0,6=5866 Вт/м2К;

=6981.6· 5=3498, Вт/м2;

=5866· 5=29 330, Вт/м2.

Очевидно .

Для розрахунку в третьому наближенні визначаємо залежність питомого теплового навантаження q від різниці температур між парою і стінкою в першому корпусі і визначаємо t1=4,7 град. Отримаємо:

1=8779=7085 Вт/м2К,

tст=6981,6· 4,7·2,87·10−4=9,5 град.,

t2=20−9,5−4,7=5,8 град.,

2=11,03(6981,6· 4,7)0,6=5702 Вт/м2К,

=6981.6· 4,7=33 299, Вт/м2,

=5866· 4,7=33 071,6, Вт/м2.

Як бачимо .

Якщо розбіжність між тепловими навантаженнями не перевищує 3%, розрахунок коефіцієнтів 1 і 2 на цьому закінчують.

Знаходимо К:

К=1/(1/7085+1/5702+2,87· 10−4)=1657 Вт/м2К.

Розрахункова поверхня теплопередачі випарного апарату рівна:

F=Q/(K· tп)

F=7 100 760,7/1657· 20=214,3 м².

Проведемо вибір апарату по каталогу. Для цього знайдену площу поверхні теплообміну слід збільшити на 10−20%, для забезпечення запасу продуктивності.

Fв.п.=1,2F= 1,2· 214,3=257,16 м².

де Fв.п. — площа випарного апарату з урахуванням запасу продуктивності, м2;

Вибираємо випарний апарат з природною циркуляцією, кипінням в трубах і винесеною гріючою камерою Найбільш відповідним варіантом даного апарату є апарат з площею теплопередачі 280 м².

Основні розміри апарату наведені в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 Основні розміри випарного апарату (по ГОСТ 11 987;81)

F — номінальна поверхня теплообміну; D — діаметр гріючої камери;D1 — діаметр сепаратора; D2 — діаметр циркуляційної труби;Н — висота апарату;М — маса апарату.

2.3. Конструктивний розрахунок Число нагрівальних трубок діаметром 382 мм, висотою 4 м:

n = F/dcpL,

де dcp = 0,036 м — середній діаметр трубки.

n = 315/0,03· 64,0 = 696 шт.

Площа сумарного перетину всіх кип’ятильних трубок:

fтр = 0,785ndвн2 = 0,785· 696·0,0342 = 0,63 м².

Площа перетину циркуляційної труби:

fц = 0,3fтр = 0,3· 0,63 = 0,189 м².

Діаметр циркуляційної труби:

dц = (fц/0,785)0,5 = (0,189/0,785)0,5 = 0,491 м.

Приймаємо dц = 500 мм.

Діаметр гріючої камери:

де = 1,25 — коефіцієнт кроку трубок;

= 600 — при розміщенні труб по вершинам правильних трикутників;

= 0,7 — коефіцієнт використання трубних грат;

dз = 0,038 м — зовнішній діаметр трубок;

А = 0 — за відсутності в трубних гратах отвору для циркуляційної труби.

D = (0,4· 1,252·sin600·315·0,038/0,7·4)0,5 = 1,52 м.

Приймаємо діаметр корпусу гріючої камери 1600 мм.

Товщина обичайки:

= DP/2 +Cк де D = 1,6 м — діаметр гріючої камери апарату;

P = 0,145 Мпа — тиск гріючої пари;

= 138 МН/м2 — допустиме напруження для сталі [5];

= 0,8 — коефіцієнт ослаблення в наслідок наявності зварного шва [5];

Cк = 0,001 м — поправка на корозію.

= 1,6· 0,145/2·138·0,8 + 0,001 = 0,003 м.

Згідно рекомендаціям приймаємо товщину обичайки = 10 мм.

Найбільшого поширення в хімічному машинобудуванні набули еліптичні відбортовані днища по ГОСТ 6533– — 85 [3], товщина стінки днища 1 = 10 мм.

Схема днища показана на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Схема днища

З'єднання обичайки з днищами здійснюється за допомогою плоских приварних фланців по ОСТ 26−428−85 [3], схематичне зображення яких наведено на рис. 2.3.

Максимальна маса апарату:

Gmax = Ga + Gв,

де Ga = 21 000 кг — маса апарату;

Gв — маса води, що заповнює апарат.

Рис. 2.3. Схематичне зображення фланців

Gв = 1000· 0,785D2H = 1000· 0,785·1,62·15,0 = 30 144 кг, де Н = 15,0 м — висота апарату.

Gmax = 21 000 + 30 144 = 51 144 кг = 0,50 МН.

Приймаємо, що апарат встановлений на 4 опорах, тоді навантаження, що доводиться на одну опору складе:

Gоп = 0,50/4 = 0,125 МН.

Вибираємо опору з допустимим навантаженням 0,16 МН, конструкція якої приводяться на рис. 2.4.

Діаметр штуцерів розраховується по формулі:

d =,

де G — масова витрата теплоносія;

— густина теплоносія;

w — швидкість руху теплоносія в штуцері.

Рис. 2.4. Конструкція опори Приймаємо швидкість рідини в штуцері w = 1 м/с, а для пари w = 25 м/с, тоді діаметр штуцера для входу гріючої пари:

d1 = (4,40/0,785· 25·0,84)0,5 = 0,516 м, приймаємо d1 = 500 мм.

Діаметр штуцера для виходу конденсату:

d2 = (4,40/0,785· 1·951)0,5 = 0,077 м, приймаємо d2 = 80 мм.

Діаметр штуцера для входу розчину:

d3 = (5,56/0,785· 1·1025)0,5 = 0,083 м, приймаємо d3 = 80 мм.

Діаметр штуцера для виходу розчину:

d4 = (1,39/0,785· 1·1196)0,5 = 0,038 м, приймаємо d4 = 40 мм.

Всі штуцери забезпечуються плоскими приварними фланцями по ГОСТ 12 820–80, конструкція і розміри яких приведені на рис. 2.5.

Розрахунок теплової ізоляції. В якості матеріалу теплової ізоляції виберемо совеліт (85% магнезії + 15% азбесту), що має коефіцієнт теплопровідності і = 0,09 Вт/м· К.

Рис. 2.5. Конструкція і розміри фланців (табл. 2.2)

Таблиця 2.2. Конструктивні розміри фланців

Приймаємо температуру зовнішньої поверхні стінки tст.з.=400С; температуру навколишнього середовища tн = 180С, тоді товщина шару ізоляції:

де з — коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні ізоляції в навколишнє середовище:

з = 9,3+0,058 tст.з. = 9,3+0,058· 40 = 11,6 Вт/м2· К.

і = 0,09(110,3−40) /11,6(40−18)= 0,025 м.

Приймаємо товщину теплової ізоляції 30 мм.

РОЗДІЛ 3. РОЗРАХУНОК І ВИБІР ДОПОМІЖНОГО

УСТАТКУВАННЯ

3.1 Огляд технологій та конструкцій Нагрівання випарюваного розчину проводиться шляхом передачі тепла від нагріваючого агента через стінку, що розділяє обидві речовини, або шляхом безпосереднього зіткнення речовин. Випарювання шляхом безпосереднього зіткнення нагріваючого агента з розчином застосовується тільки при обігріві топковими газами.

Випарювання ведуть як під атмосферним, так і під зниженим або підвищеним тиском. При випарюванні розчину під атмосферним тиском пара, що утворюється, так звана вторинна (сокова) пара, випускається в атмосферу. Такий спосіб випаровування є найбільш простим. При випаровуванні під зниженим тиском (при розрядженні) в апараті створюється вакуум шляхом конденсації вторинної пари в спеціальному конденсаторі і видалення з нього газів, що не конденсуються, за допомогою вакууму-насосу. Вакуум-випарювання дозволяє понизити температуру кипіння розчину і застосовується для випарювання чутливих до високої температури розчинів (наприклад, розчинів органічних речовин), а також висококиплячих розчинів, коли температура нагріваючого агента не дає можливості вести процес під атмосферним тиском. Використання вакууму дозволяє також збільшити різницю температур між нагріваючим агентом і киплячим розчином, а отже, зменшити поверхню теплообміну. Недоліком випарювання у вакуумі є подорожчання установки (додаткові витрати на конденсаційний пристрій) і її експлуатації (витрата води на конденсатор, витрата енергії на вакуум-насос, витрати по обслуговуванню, амортизація конденсаційного пристрою).

Вакуум у випарних установках створюється в результаті конденсації вторинної пари в конденсаторах, що охолоджуються водою. Теоретично абсолютний тиск в конденсаторі повинен бути рівний тиску насиченої пари при температурі конденсації. Проте в конденсатор разом з парою поступає деяка кількість повітря, що виділяється з випарюваної рідини. Крім того, повітря проникає через несуцільності в апаратурі і трубопроводах; якщо конденсація проводиться в конденсаторах змішування (шляхом безпосереднього зіткнення з водою), повітря приноситься з охолоджуючою водою. У присутності повітря тиск в конденсаторі рівний сумі парціального тиску пари і повітря, тобто тиску насиченої пари плюс парціальний тиск повітря. Таким чином, вакуум в конденсаторі від підсосу повітря погіршується, і повітря необхідно видаляти за допомогою вакууму-насосу. Зазвичай в конденсаторах випарних установок підтримують абсолютний тиск, рівний 0,1—0,2 aтм. (відповідає температурі конденсації 45—60°С) .

Розрізняють поверхневі конденсатори і конденсатори змішування.

У поверхневих конденсаторах пара відокремлена від охолоджуючої води стінкою. Ці конденсатори за будовою аналогічні поверхневим теплообмінникам (зазвичай застосовуються кожухотрубні конденсатори) і використовуються в тих випадках, коли конденсат необхідно зберегти в чистому вигляді.

У конденсаторах змішування пар конденсується при безпосередньому зіткненні з водою, так що конденсат, що утворюється, змішується з водою і віддаляється разом з нею. Унаслідок простоти конструкції ці конденсатори набули широкого поширення і застосовуються у всіх випадках, коли конденсат не використовується.

Залежно від напряму руху пари і води конденсатори змішення розділяються на прямоточні і протиточні, а залежно від висоти розташування — на конденсатори низького і високого рівня.

Прямоточні конденсатори застосовуються для випарних установок невеликої і середньої продуктивності і зазвичай розміщуються на низькому рівні. У цих конденсаторах (рис. 3.1) пар і вода рухаються в одному напрямі (зверху вниз), а суміш води і конденсату відкачується насосом.

Рис. 3.1. Прямоточний конденсатор Протиточні конденсатори застосовуються для випарних установок великої продуктивності. Вони розташовуються зазвичай на високому рівні, причому видалення суміші води і конденсату проводиться через опускну (барометричну) трубу. Висота стовпа рідини в барометричній трубі врівноважує атмосферний тиск, і рідина витікає з неї в резервуар (барометричний ящик). Нижній кінець барометричної труби повинен бути опущений нижче за рівень рідини в барометричному ящику, утворюючи гідравлічний затвор, що перешкоджає засмоктуванню атмосферного повітря в конденсатор. Висота барометричної труби повинна бути не менше 1 м на кожні 0,1 атм. розрядження; зазвичай ця висота складає 10,5—11 м.

Для видалення повітря з конденсаторів застосовують поршневі і водокільцеві вакуум-насоси. Іноді (при великому вакуумі, а також для прямоточних конденсаторів) використовуються пароструйні насоси-ежектори. У разі застосування поршневих вакуум-насосів після конденсатора обов’язково встановлюють пастку для уловлювання бризок води, попадання яких в циліндр вакууму-насос порушує його роботу.

За способом передачі тепла розрізняють наступні типи теплообмінних апаратів:

поверхневі, в яких обидва теплоносії розділені стінкою, причому тепло передається через поверхню цієї стінки;

регенеративні, в яких процес передачі тепла від гарячого теплоносія до холодного розділяється за часом на два періоди і відбувається при поперемінному нагріванні і охолоджуванні насадки теплообмінника;

змішувачі, в яких теплообмін відбувається при безпосередньому зіткненні теплоносіїв .

Кожухотрубчасті теплообмінники. Цей тип теплообмінників є одним з найбільш поширених. Кожухотрубчасті теплообмінники складаються з пучка труб, кінці яких закріплені в спеціальних трубних гратах шляхом розвальцьовування, зварювання, паяння, а іноді на сальниках. Пучок труб розташований усередині загального кожуха, причому один з теплоносіїв (І) рухається по трубах, а інший (ІІ) — в просторі між кожухом і трубами (міжтрубний простір). На рис. 3.2, а показаний одноходовий теплообмінник, в якому теплоносій рухається паралельно по всіх трубах.

Рис. 3.2. Кожухотрубчасті теплообмінники з нерухомими трубними гратами: а—одноходовий, б—багатоходовий, в —плівковий: 1—кожух; 2—трубні грати; 3—труби, 4 — вхідна камера, 5 —вихідна камера, 6—подовжня перегородка; 7—камера, 8—перегородки в камерах.

Багатоходові теплообмінники (рис. 3.2, б), що працюють при змішаному рухі теплоносіїв, застосовують для підвищення швидкості їх руху в трубах.

На рис. 3.2, в показаний теплообмінник плівкового типу (вертикально-орошувальний), в якому рідкий теплоносій не заповнює всього перетину труб, а стікає плівкою по внутрішній поверхні вертикальних труб Рідина прямує до стінок труб спеціальними пристроями.

По конструкції розрізняють теплообмінники з нерухомими трубними гратами, в яких обидві грати жорстко прикріплено до корпусу і труби не можуть вільно подовжуватися (див. рис. 3.2), і теплообмінники з компенсуючими пристроями (рис. 3.3), в яких труби можуть вільно подовжуватися. У теплообмінниках з нерухомими трубними гратами при різному тепловому подовженні труб і кожуха виникає температурне напруження; тому такі теплообмінники застосовують при невеликій (до 50°С) різниці температур між трубами і кожухом.

а б Рис 3.3. Кожухотрубчасті теплообмінники з компенсуючими пристроями:

а — з сальниковим компенсатором; б — з U-подібними трубами. 1 — кожух; 2 — лінзовий компенсатор; 3— плаваюча головка; 4- сальник; 5 — U-подібні труби.

3.2 Розрахунок теплообмінного апарату для підігріву початкового

розчину Визначення середніх температур теплоносіїв.

Розрахунок проводимо на основі температурної схеми апарату. Необхідні параметри для розрахунку:

— початкова температура початкового розчину; tб, tм — більша і менша різниця температур відповідно, 0С; tп — температура початкового розчину після підігрівача, 0С.

tб = tконд.гр.п —, tб = 120,2 — 20 = 100,20 С.

tм = tконд.гр.п — tп, tм = 120,2 — 79,5 =40,7 С.

Значення середньої рушійної сили розраховується по формулі:

С.

Середня температура розчину:

tср.р = tконд.гр.п — tср, tср. р =120,2 — 66,05=54,15 С.

Тепловий баланс підігрівача.

Витрата теплоти на підігрів початкового розчину від температури до температури tп знайдемо по вище наведеній формулі, прийнявши значення теплоємності розчину при температурі tср. р і концентрації Хп.

Q=5,56 3808(79,5−20)=1 239 762 Вт.

Витрату гріючої пари Gгр. п знайдемо по формулі:

де r — питома теплота паротворення, Дж/кг; - ступінь сухості пари, =0,95.

Питома теплота паротворення при температурі tконд.гр.п. r=2208 кДж/кг.

кг/с Орієнтовний розрахунок підігрівача.

Задамося орієнтовним коефіцієнтом теплопередачі від пари, що конденсується, до рідини Кор=1000 Вт/(м2К).

Розрахуємо орієнтовну площу теплообміну

м2.

З урахуванням збільшення поверхні теплообміну F=1,2· 18,77=22,52 м².

Для забезпечення інтенсивного теплообміну необхідно забезпечити турбулентний режим течії, він досягається при Re більше 10 000. Задамося Re=10 000.

Швидкість перебігу розчину в апараті з діаметром труб d=25 мм розрахуємо по формулі:

де тр — швидкість перебігу розчину в трубному просторі м/с; dееквівалентний діаметр, м.

Значення коефіцієнтів в’язкості розчину р і густини р візьмемо при температурі tср.р. і концентрації Хп по формулі.

р=0,988 Па· с, р=998,572.

м/с.

Прохідний перетин трубного простору Sтр, м2:

м2.

Вибір підігрівача розбавленого розчину.

Для забезпечення турбулентного режиму номінальні площі прохідних перетинів трубного і міжтрубного просторів повинні бути менше розрахованих. Виходячи з площі теплообміну і величин отриманих прохідних перетинів ми повинні вибрати теплообмінник з найбільш відповідними параметрами, проаналізувавши дані розрахунку робимо висновок, що для забезпечення необхідних параметрів, необхідно використовувати двоходовий апарат (табл.3.1).

Таблиця 3.1 Параметри кожухотрубчатого теплообмінника (ГОСТ 15 120−79)

Параметри теплоносіїв необхідні для уточненого розрахунку підігрівача.

Для забезпечення турбулентного режиму номінальні площі прохідних перетинів трубного і міжтрубного просторів повинні бути менше розрахованих. Виходячи з площі теплообміну і величин отриманих прохідних перетинів ми повинні вибрати теплообмінник з найбільш відповідними параметрами, проаналізувавши дані розрахунку робимо висновок, що для забезпечення необхідних параметрів, необхідно використовувати два, послідовно сполучених одноходових апарату. Приймаємо

Назва теплоносіїв

— холодна вода;

— упарений розчин NAOH.

витрата теплоносіїв

— вода G=0,57 кг/с;

— упарений розчин NAOH G=5,56 кг/с.

Вид теплового процесу

— нагрівання води;

— конденсація.

Витрата теплоти

Q=1 259 762 Вт.

Параметри конденсуючої води

— температура конденсації С 120,2;

— густина кг/м3943;

— в'язкість Па· с2,3110−4;

— теплоємність Дж/(кгК) 4230;

— коефіцієнт теплопровідності Вт/(мК)0,686.

Похідні по температурі:

— в'язкість410−6;

— теплопровідність0,0014;

— теплоємність0,5.

Параметри упареного розчину

— початкова температура С20;

— кінцева температура С79,5;

— середня температура С54,15;

— густина кг/м31 070;

— в'язкість Па· с0,988;

— теплоємність Дж/(кгК) 3808;

— коефіцієнт теплопровідності Вт/(мК)0,667;

— коефіцієнт об'ємного розширення, 0,48.

Похідні по температурі:

— в'язкість0,17;

— теплопровідність0,0013;

— теплоємність1.

3.3 Розрахунок барометричного конденсатора Витрата охолоджуючої води.

Витрату охолоджуючої води Gв визначимо з теплового балансу конденсатора:

де iб.к. — ентальпія пари в барометричному конденсаторі, Дж/кг;

tп — початкова температура охолоджуючої води, 0С;

tк — кінцева температура суміші охолоджуючої води і конденсату, 0С;

Різниця температур між парою і рідиною на виході з конденсатора повинна бути 3−5 градусів. Тому температуру води tк на виході з конденсатора приймемо на 3 градуси нижче за температуру конденсації пари t0:

tk=t0−3; tk=84,5−3=81,5 С Ентальпія пари в барометричному конденсаторі iб. к, при температурі t0 становить iб. к=2 645 103 Дж/кг.

Середню температуру води знайдемо по формулі

tср.в.=(20+81,5) /2=50,75 С.

Питома теплоємність води св при температурі tср.в.

св=4186,6 Дж (кг· К); кг/с.

Діаметр барометричного конденсатора.

Діаметр барометричного конденсатора визначимо з рівняння витрати:

де — густина пари, кг/м3; - швидкість пари, м/с.

Швидкість пари в барометричній трубі

=4· (Gп20+w)/d2; =4· (24,27+2,78)/988·3,14·0,32=0,39 м/с.

При залишковому тиск в конденсаторі близько 104 Па швидкість пари =15−25 м/с.

Густина пари при температурі t0 становить =0,2929 кг/м3.

м.

Вибір барометричного конденсатора.

Вибираємо конденсатор з діаметром, рівним розрахунковому, або найближчому більшому .

Барометричний конденсатор: внутрішній діаметр dб.к.=2000 мм.

Умовний прохід штуцера для барометричної трубиdб. т=400 мм.

Визначення висоти барометричної труби.

Швидкість води в барометричній трубі рівна:

.

Густина води в при температурі tк в=988 кг/м3.

.

Висота барометричної труби

де В — вакуум в барометричному конденсаторі, Па;

— сума коефіцієнтів місцевих опорів;

тр — коефіцієнт тертя в барометричній трубі;

0,5 — запас висоти на можливу зміну барометричного тиску, м.

Вакуум в барометричному конденсаторі В, Па;

В=Ратм-Рбк=9,8· 104−56 612=41388 Па.

Сума коефіцієнтів місцевих опорів :

де вх, вых — коефіцієнти місцевих опорів на вході в трубу і на виході з неї.

.

Коефіцієнт тертя тр залежить від режиму перебігу рідини, визначимо режим перебігу води в барометричній трубі:

.

Коефіцієнт динамічної в’язкості води в при tk в=0,542 МПа· с Число Рейнольдса

.

При такому значенні Re, коефіцієнт тертя тр рівний =0,014.

Висота барометричної труби

= .

Протиточні конденсатори застосовуються для випарних установок великої продуктивності. Вони розташовуються зазвичай на високому рівні, причому видалення суміші води і конденсату проводиться через опускну (барометричну) трубу. Висота стовпа рідини в барометричній трубі врівноважує атмосферний тиск, і рідина витікає з неї в резервуар (барометричний ящик). Нижній кінець барометричної труби повинен бути опущений нижче за рівень рідини в барометричному ящику, утворюючи гідравлічний затвор, що перешкоджає засмоктуванню атмосферного повітря в конденсатор. Висота барометричної труби повинна бути не менше 1 м на кожні 0,1 атм. розрядження; зазвичай ця висота складає 10,5—11 м.

У таких конденсаторах, званих барометричними (рис. 3.4), пара і вода рухаються в протилежних напрямах (пара — від низу до верху, вода — зверху вниз).

Причому для поліпшення їх зіткнення в апараті на різній висоті розташовані тарілки або полиці. Вода цівками перетікає з однієї тарілки на іншу через отвори по всій поверхні тарілок; частина води, крім того, переливається через борт тарілки, яким підтримується певний рівень води. Повітря відсмоктується зверху, а суміш води і конденсату віддаляється через барометричну трубу.

Рис. 3.4. Протиточний барометричний конденсатор Воду в конденсатор слід подавати під напором, оскільки при високому розташуванні введення води (на рівні 12—15 м) вакуум в конденсаторі недостатній для її засмоктування.

Перевагами протиточних конденсаторів змішення в порівнянні з прямоточними є менша витрата води і менший об'єм повітря, що відсмоктується. Перевагою прямо-точних конденсаторів є їх компактність. Якщо відпрацьована вода відводиться з конденсатора в каналізацію, то перевагу слід віддавати протиточним конденсаторам, оскільки їх громіздкість окупається простотою видалення води через барометричну трубу. Якщо ж відпрацьована вода прямує в градирню для повторного використання, то для подачі води необхідно встановлювати насос: в цьому випадку в барометричній трубі немає потреби і застосування компактних прямоточних конденсаторів, встановлених на низькому рівні, може виявитися доцільнішим.

3.4 Вибір вакууму-насосу Продуктивність вакууму-насос Gпов, кг/с визначається кількістю газу (повітря), який необхідно видаляти з барометричного конденсатора:

Gпов = 0,25(W+ Gв)+ 0,01W,

де0,25 — кількість газу, що виділяється з 1 кг води;

0,01 — кількість газу, що підсмоктується в конденсатор через нещільності на 1 кг пари.

Gпов = 0,25(2,78+ 27,27)+ 0,015=0,5 067 кг/с Об'ємна продуктивність вакууму-насосу рівна:

де R — універсальна газова постійна, Дж/кмоль· К;

Мпов — молекулярна маса повітря, кг/моль;

Тпов — температура повітря, К;

Рпов — парціальний тиск сухої насиченої пари (Па) в барометричному конденсаторі при tпов.

Температуру повітря розраховують по формулі:

tпов = tп + 4 +0,1(tк — tп);

tпов= 20 + 4 + 0,1(81,5 — 20)= 30,15 0С.

Тиск повітря Рпов рівний:

Рпов=Р0 — Рп, де Рп — тиск сухої насиченої пари при температурі tпов Рп=0,0433 атм.=4330 Па.

Рпов=56 612−4330=52 282 Па.

Об'ємна продуктивність вакууму-насосу рівна:

м3/с = 5 м3/хв.

Знаючи об'ємну продуктивність Vпов і залишковий тиск Р0 по вибираємо вакуум-насос, дані якого наведені в таблиці 3.2.

Таблиця 3.2. Характеристика вакууму-насосу типа ВВН

РОЗДІЛ 4. ПРОЕКТУВАННЯ ЦЕХУ У відповідності з заданою програмою випуску приймаємо середньосерійне виробництво. В умовах середньосерійного виробництва у випадку застосування потоково-групової організації технологічних процесів при використанні уніфікованих групових технологічних процесів, використовуване обладнання встановлюється по ходу технологічного процесу.

При проектуванні цехів з великою, точно не виявленою номенклатурою виробництва, застосовуються укрупнені способи розрахунків. При укрупненому розрахунку всі деталі, що підлягають виготовленню, розбивають на групи по технологічній однорідності і в кожній групі вибирають представників, для яких встановлюють номенклатуру і кількість устаткування детальним способом по технологічних операційним картам; машиноємкість інших виробів в групах і кількість устаткування для них визначають по машиноємкості і номенклатурі устаткування — представника за допомогою коефіцієнта приведення.

Кількість потрібного основного устаткування при проектуванні укрупненим способом за заданої продуктивності обладнання визначають по формулі:

де: N — програма випуску; КВ — середній коефіцієнт використання устаткування; Кз — середній коефіцієнт завантаження устаткування, добуток КВ•Кз приймається в межах 0,75…0,8; q — розрахункова продуктивність одиниці обладнання в рік; m — проектоване число змін.

Приймаємо однозмінний режим роботи.

Таким чином, будемо мати

одиниці.

Одержана кількість устаткування заокруглюється до найближчого цілого числа в більшу сторону і визначається прийнята кількість обладнання. Таким чином, приймаємо одиниці.

Визначаємо фактичний коефіцієнт завантаження обладнання, як частка від ділення одержаної кількості обладнання на прийняту кількість. Якщо значення цього коефіцієнта більше нормативного (0,75…0,8), необхідно збільшити прийняту кількість обладнання і повторити розрахунок фактичного коефіцієнта завантаження обладнання.

Таким чином, маємо

.

Оскільки умова не виконується, збільшуємо прийняту кількість устаткування. Приймаємо одиниці. Проводимо перевірку

.

Отже, умова виконується. Таким чином, приймаємо кількість обладнання для виконання даної операції 4 одиниці. З урахуванням коефіцієнта приведення визначимо кількість обладнання в цеху

одиниць.

Кількість основних робітників визначається по прийнятій кількості обладнання за формулою

де: годин в одну зміну — дійсний річний фонд часу роботи обладнання; - дійсний річний фонд часу роботи робітників, для даних умов приймається = 1860 год.; m — кількість змін в добу; - коефіцієнт багатомашинності.

Отже, кількість основних робітників буде становити

людини.

Приймаємо людини.

Кількість виробничих робітників-слюсарів визначається від числа верстатників (3 — 5%).. Приймаємо людину.

Загальна кількість виробничих робітників людини.

Приблизно допоміжні робітники складають 18…25% від кількості виробничих робітників. людини. Приймаємо людина.

Число наладчиків береться від числа обслуговуваного обладнання.

Приймаємо 1 наладчика.

Таким чином, загальна кількість робітників в основному виробництві становить чоловік.

З урахуванням коефіцієнта приведення чоловік.

Проектування інструментальної служби цеху.

Для даних умов доцільно використовувати відносний метод розрахунку кількості обладнання в ІЦ. В цьому випадку кількість верстатів ІЦ визначають в процентному відношенні до кількості обслуговуваних одиниць обладнання. При цьому розрахункова кількість обладнання:

Sр = Sт•Кп•Кк де Sт — кількість верстатів ІЦ на 1000 одиниць обслуговуваного устаткування цехів основного виробництва, шт., для даних умов можна приймати Sт = 65…85; Кп — коефіцієнт, що враховує рівень централізованих постачань інструменту, приймається для даних умов виробництв Кп= 0,45…1,0 в залежності від рівня поставки інструмента зі сторони у % від вартості (табл. 4.1); Кк — коефіцієнт, що враховує чисельність обслуговуваного устаткування (табл. 4.2).

Таблиця 4.1. Поправочний коефіцієнт до норм кількості верстатів по рівню поставки та серійності виробництва