Контрольная работа №_____

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт __________________________________________________________________

Направление подготовки (специальность) ____________________________________

Кафедра __________________________________________________________________

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №_________

по дисциплине ________________________________________________________________

(Название дисциплины)

Вариант №11

Выполнил студент гр.____________ _________ _______________

(Номер группы) (Подпись) (Ф.И.О.)

Дата сдачи реферата преподавателю _____ _____________ 20__г.

Проверил __________________________ _________________________

(Степень, звание, должность) (Ф.И.О.)

Дата проверки _____ __________ 20__г.

Оценка ___________

Подпись ___________

Томск 20___ г.

Содержание

1Введение…………………………………………………………..........................3

2Задание……………………………………………….…………………………....4

3Расчет……………………………………………………………………………...4

4Заключение………………………………………………………………………..7

5 Ответы на вопросы…………………………………………….………………...8

1 Введение

Аппараты с погружёнными горелками позволяют производить выпаривание солевых растворов и повышать концентрацию минеральных и органических кислот без применения нагревательных элементов, подвергающихся коррозии при выпарке агрессивных сред.

В этих аппаратах создаются хорошие условия теплообмена между нагретыми газами и жидкостью, так как при барботаже нагретые газы распыляются в виде пузырьков и образуют большую межфазную поверхность. Интенсивное перемешивание раствора ускоряет процесс нагрева.

Коэффициент использования теплоты сгорания топлива при таком способе выпаривания раствора достигает 90-95%.

В производстве двуокиси титана (титановых белил) после фильтрации метатитановой кислоты образуется отход гидролизной кислоты, содержащей 22-25% серной кислоты и 8-12% моногидрата железного купороса, их утилизация целесообразна как по экономическим, так и по санитарным соображениям. Проблему решили, используя погружные горелки.

Раствор с температурой 80 из сборника подаётся центробежным насосом в ванну оросительного теплообменника. Уровень кислоты в ванне оросительного теплообменника регулируется автоматическим клапаном, установленным на линии подачи раствора в концентратор. Раствор гидролизной кислоты с помощью центробежного насоса подаётся на орошение в теплообменник.

Парогазовая смесь, поступающая из концентратора, проходит по свинцовым трубкам оросительного теплообменника, охлаждается до 60 и уходит в вытяжную трубу. Температурный градиент создаётся за счёт охлаждения жидкости до 45 при её испарении и просасывании большого количества воздуха снаружи труб с помощью осевого вентилятора, установленного в верхней части кожуха оросительного теплообменника. При этом раствор концентрируется с22 до 27% и подаётся самотёком в концентратор.

Как только установка начинает работать равномерно, и содержание раствора гидролизной кислоты достигает 56%, растворимость железного купороса уменьшается и он кристаллизуется в виде , осаждаясь в виде пульпы на дно выпарного аппарата. Эта пульпа транспортируется эрлифтом с помощью сжатого воздуха в отстойник. В отстойнике кристаллы осаждаются на конусное дно аппарата, а осветлённый раствор по переливной трубе возвращается в конденсатор или отводится по трубопроводу в хранилище готовой продукции.

Для охлаждения пульпы отстойник имеет рубашку в нижней части аппарата. Пульпа поступает в отстойную центрифугу. Для равномерной подачи пульпы установлен шнековый питатель. Полученные кристаллы из центрифуги выгружаются на ленточный транспортёр и попадают в барабанную сушилку для получения сухой соли. Поскольку раствор отличается высокой агрессивностью к углеродистой стали, стенки всех хранилищ, сосудов и аппаратов защищаются путём гуммировки и последующей футеровки кислотоупорным кирпичом. При пуске в работу концентратора используется чистая 55% серная кислота, которая подаётся из сборника. Это делается для того, чтобы избежать образования кристаллов моногидрата в холодной или разбавленной кислоте. Если допустить образование кристаллов в таких условиях, то они выпадут в виде мельчайшей пульпы, которая на центрифуги разделяться не будет.

2 Задание

Рассчитать выпарной аппарат с погружными горелками для концентрирования раствора отработанной серной кислоты в производстве двуокиси метана. Топливо – природный газ Гнездичи-Киев. Производительность аппарата исходного продукта L=1000 кг/ч. В аппарат поступает гидролизная кислота следующего состава: 27% , 11% , 1% , 2.6% прочих сульфатов, 58.4% с температурой 50 . После выпаривания раствор должен содержать 55% , 40% и 5% прочих сульфатов.

Составить тепловой баланс аппарата и определить расход топлива.

3 Расчёт

Материальный баланс аппарата:

, (1)

где W – количество выпаренной воды, кг/ч;

G – количество товарного продукта, кг/ч;

К – количество выкристаллизовывавшихся и удаляемых из раствора солей, кг/ч;

J – суммарные потери раствора, кг/ч.

Для упрощения расчёта потери 1 – 4% не учитываем наличие сульфатных солей (2.6% и 5%) в исходном и конечном продукте.

Количество выпаренной воды в аппарате:

, кг/ч, (2)

где и доля воды в исходном и конечном продукте;

.

После преобразования уравнения (2) получаем:

Количество товарного продукта G:

Расход тепла, потребляемого для нагревания и выпаривания раствора при непрерывной работе аппарата, определяют из уравнения теплового баланса:

(3)

Рассмотрим составляющие, входящие в уравнение (3):

химическая энергия топлива

.

Здесь , - часовой расход топлива (подлежит определению);

- теплота сгорания топлива для газообразного топлива.

физическое тепло, внесённое с воздухом:

,

где - коэффициент избытка воздуха, принимается ;

- теоретически необходимое количество воздуха для горения

,

- температура воздуха, поступающего на горение; при заборе воздуха из цеха принять ;

- теплоёмкость воздуха при средней температуре воздуха от 0 до 20

физическое тепло, вносимое с топливом:

,

где - теплоёмкость топлива, , можно взять по при средней температуре топлива от 0 до 20 ;

тепло, поступающее в аппарат с исходным раствором ()

,

где L – количество раствора, поступающего в аппарат, кг/ч;

- теплоёмкость раствора, кДж/кг ;

- температура раствора, ;

.

Оценим по и , без учёта потерь:

.

На входе в аппарат .

при t=50 ; = 1.465 кДж/кг ;

при t=132 ; =1.59 кДж/кг ;

=4.187 кДж/кг .

На выходе из аппарата при t=132

.

Температура кипения раствора при концентрации:

27% - =106.6 ;

45% - =118.4 ;

55% - =132 .

Энтальпия водяного пара на выходе из аппарата

, кДж/кг,

где Н=2261.8+1.97 (132-100)=2324.84 кДж/кг;

- скрытая теплота парообразования; =2261.8кДж/кг;

- теплоёмкость водяного пара; =1.97 кДж/кг.

Количество теплоты, уносимое с водяными парами процесса выпаривания при :

кДж/ч

Состав природного газа Гнездичи-Киев: , , , , , , .

Влагосодержание газа сухого газа.

Пересчёт сухого газа на влажный:

влажность топлива

,

коэффициент пересчёта

.

, , , , , , .

Теоретически необходимое количество воздуха:

действительное количество воздуха

,

теоретическое количество азота

,

количество трёхатомных газов

,

количество водяных паров продуктов сгорания

объём дымовых газов

.

Теплота сгорания газа:

Потери тепла с уходящими дымовыми газами (при температуре 134 ):

, , ,

Тепло, выходящее из аппарата с раствором

Тепловой баланс аппарата:

.

Расход топлива с учётом потерь в окружающую среду:

.

Часовой расход воздуха .

Количество дымовых газов, полученных при сжигании газообразного топлива:

4 Заключение

В ходе проделанной работы составлен тепловой баланс выпарного аппарата с погружными горелками для концентрирования раствора отработанной серной кислоты в производстве двуокиси метана (топливо – природный газ Гнездичи-Киев при производительности аппарата исходного продукта L=1000 кг/ч и определён расход топлива .

Ответы на вопросы

1. Основными видами теплотехнологического и теплоэнергетического оборудования промышленных предприятий являются теплообменные и массообменные аппараты, а также устройства в которых одновременно протекает тепло- и массообмен – тепломассообменные аппараты.

11. При прочих равных, процесс конденсации пара имеет более высокий коэффициент теплоотдачи, поэтому большинство процессов в теплотехнике стараются организовать именно при конденсации. Наименьший коэффициент теплоотдачи имеет процесс нагрева газа. При одинаковых значениях числа Нуссельта процесс теплоотдачи от жидкости будет более интенсивным, чем процесс теплоотдачи к газу. Это обусловлено тем, что теплопроводность газа обычно ниже, чем теплопроводность жидкости.

Тогда, по убыванию интенсивности процесса теплоотдачи, процессы распределятся следующим образом:

1) Конденсация чистого пара;

2) Охлаждение жидкости;

3) Нагрев газа.

21. Применение ребристых элементов труб экономически целесообразно в таких теплообменных аппаратах, где со стороны одного из теплоносителей низкое значение коэффициента теплоотдачи. В этих случаях, увеличивая поверхность труб со стороны оребрения, удается компенсировать низкий коэффициент теплоотдачи со стороны газа и, следовательно, интенсифицировать процесс теплообмена, уменьшить вес, габариты и стоимость теплообменной аппаратуры, а также эксплуатационные расходы. Однако применение оребрения, при прочих равных, снижает коэффициент теплоотдачи, увеличивает поверхность теплообмена (количество возможных отложений), повышает гидравлическое сопротивление межтрубного пространства.

31. Как известно, наличие неконденсирующихся газов негативно влияет на интенсивность конденсации. Т.е. при неизменной площади конденсации в тепловой трубе, коэффициент теплоотдачи при конденсации в тепловой трубе с большим количеством нейтральных газов будет хуже, чем в тепловой трубе с их меньшим количеством, соответственно и теплопередающая способность будет ниже.

41. Параметром, определяющим состояние слоя, является порозность e — отношение объема пустот между частицами ко всему объему слоя. Для зернистого слоя под порозностью ε понимается доля не занятого зернистыми элементами объема слоя:

, где V – объем слоя, Vs – объем твердой фазы слоя.

Для слоя, состоящего из сплошных частиц, порозность определяется следующим очевидным равенством:

, где ρ _b – насыпная плотность слоя, ρ _s - плотность твердой фазы слоя.

2.