При расположении труб по периметру равносторонних шестиугольников греющая камера получается наиболее компактной по сравнению с другими способами расположения труб.

Число шестиугольников для расположения труб:

К = ((12n-3)½-3)/6 = 11, где n=361 – число труб.

Число труб по диагоналям шестиугольника b = 2К+1=23.

Диаметр ограничительной окружности Dо = Dн – 2(dст+15)=970мм, где Dн = 1020мм – наружный диаметр греющей камеры.

Расстояние между осями соседних труб – шаг t=48мм (8, стр. 17).

4.1.3. Крепление кипятильных труб в трубной решетке.

Наиболее распространённым способом закрепления труб в трубных решетках является развальцовка. Развальцовка труб заключается в холодной раздаче (раскатки) их в отверстиях трубной решетки. Крепление труб в трубных решетках гладкой развальцовкой.

В случае развальцовки диаметр отверстий в трубной решетке под кипятильные трубы для оптимальной величины зазора равен: d=38,9мм (8, стр. 21).

Расчёт закрепления труб в трубной решетке выпарного аппарата заключается в определении расчётной минимальной высоты трубной решетки, обеспечивающей крепление в ней труб при вальцовке:

h’=(4,35dн+15)/(t-dн)= (4,35*38+15)/(48-38)=18мм.

Примем h’= 20 мм.

4.1.4. Расчёт толщины трубной решетки.

Трубная решетка - Тип 1.

Номинальная расчетная высота трубной решетки снаружи:

h1= kD(p/sид), где k = 0,28; D =1000мм – внутренний диаметр греющей камеры, р=0,476МПа – давление греющего пара, sид =136МН/м2 - допускаемое напряжение на изгиб для материала решетки (8, стр. 27).

h1= 17 мм.

Номинальная расчётная высота трубной решетки посередине:

h = kD (p/jоsид), где jо= (D-Sd)/D = (D-dнb)/D = 0,13 – коэффициент ослабления трубной решетки отверстиями под кипятильные трубки; к=0,47.

h = 78 мм.

4.2. Сепаратор.

4.2.1. Высота и диаметр сепаратора.

Сепарационное пространство в выпарном аппарате служит для предотвращения уноса вторичным паром капель упариваемого раствора, так как капли уносимого раствора попадают в межтрубное пространство следующего выпарного аппарата, увеличивают его термическое сопротивление, загрязняют конденсат пара. Унос также уменьшает выход готового продукта.

Величину уноса капель характеризует объемным напряжением парового пространства Rv, представляющего отношение объемного потока вторичного пара на 1м3 парового пространства.

Rv = 4100 м3/м3ч.

Для реальных случаев выпаривания принимают предельное напряжение парового пространства Rvпред= 0,35* Rv = 502 м3/м3ч.

Объём сепарационного пространства определяется по формуле:

Vсеп = W/Rvпредrп, где W = 5303кг/ч – количество вторичного пара; rп= 1,453 кг/м3 – плотность вторичного пара (2, стр.18).

Vсеп = 7,3 м3.

Пусть высота сепаратора Hсеп = 3м.

Тогда диаметр сепаратора:

Dсеп = (4Vсеп/pHсеп)1/2 =1,76 м.

Принимаем диаметр сепаратора 1800 мм.

4.2.2. Брызгоотделитель.

Брызгоотделители располагаются в верхней части сепарационного пространства и служат для окончательного отделения капель раствора от вторичного пара. Выберем брызгоотделитель инерционно-центробежного типа.

Выбор брызгоуловителя производят исходя из диаметра сепаратора и количеству выпаренной воды (8, стр.49):

D5=900мм; d1*=600мм; H5*=1250мм; H6=1050мм; B=300мм; C=650мм; K=400мм; I1=240мм; I2=75мм; количество щелей n = 6.

4.3. Днища и крышки.

4.3.1. Расчёт эллиптической крышки сепаратора.

р= 0,476 МПа = 4,85 ат.

Номинальная расчётная толщина стенки рассчитывается по формуле:

dст’=pDвн/(2[s]j)

Допускаемое напряжение [s]=hs*, где h =1,0 – поправочный коэффициент, учитывающий условия эксплуатации аппарата (5, стр. 408); s - нормативное допускаемое напряжение для выбранного материала - сталь марки Х18Н10Т.

s* = 138 МН/м2 – номинальное допускаемое напряжение при температуре 1270С (5, стр. 406).

[s] =hs* = 138 МН/м2

j = (Dвн-Sd)/Dвн = (1800-500)/1800 = 0,72 – коэффициент ослабления крышки отверстиями.

Где Sd = 500 мм – диаметр центрального штуцера для выхода вторичного пара.

Dвн = 1800 мм – диаметр сепаратора.

Тогда dст’=(0,476*106*1,800)/(2*0,72*138*106) = 4,3мм.

Расчётная толщина стенки равна dст = dст’+ Ск + Сэ + Сд + Со, где Сэ – прибавка на эрозию или другой вид механического воздействия рабочей среды на материал, Сд – дополнительная прибавка по технологическим, монтажным и другим соображениям, величинами Сд и Сэ пренебрегаем.

Ск = 1мм, т.к. проницаемость данного материала не более 0,1 мм/год (5, стр. 409).

Со =1 прибавка на округление размера.

Тогда dст=4,3 +2 = 6,3мм.

Таким образом, толщина стенки должна быть не менее 6,3мм, принимаем dст =10мм (8, стр. 21).

Подбираем эллиптическую крышку (8, стр.55):

Dвн = 1800мм; h = 40мм; hв = 450мм.

4.3.2. Подбор эллиптического днища сепаратора.

Толщина стенки 10мм.

Центральный штуцер для слива из аппарата d = 50мм.

Подбираем эллиптическое днище (8, стр.55):

Dвн = 1000мм; h = 25мм; hв = 250мм.

4.3.3. Подбор конического днища сепаратора.

Толщина стенки 10мм.

Подбираем коническое днище (8, стр.58):

Dвн = 1800мм; h = 50мм; h = 1631мм.

4.3.4. Подбор конической крышки.

Толщина стенки 10мм.

Подбираем коническую крышку (8, стр.58):

Dвн = 1000мм; h = 50мм; h = 906мм.

4.4. Основные штуцера выпарного аппарата.

Подбор произведен по кафедральному стенду ПАХТа исходя их диаметра греющей камеры.

4.4.1. Штуцер для подачи исходного раствора.

Диаметр d1 = 80 мм.

4.4.2. Штуцер для вывода упаренного раствора.

Диаметр d2 = 80 мм.

4.4.3. Штуцер для вывода вторичного пара.

Диаметр d3 = 500 мм.

4.4.4. Штуцер для ввода греющего пара.

Диаметр d4 = 500 мм.

4.4.5. Штуцер для вывода конденсата греющего пара.

Диаметр d5 = 65 мм.

5. Узел подогрева исходного раствора.

Назначение рассчитываемого теплообменника – подогрев исходного раствора, подаваемого при температуре окружающей среды tн = 20,30С (г. Стерлитамак, средне июльская температура (3, стр. 513)) до температуры кипения.

«Горячий поток» - экстра-пар, то есть вторичный пар , отводимый из первого корпуса при температуре Т= 128,5-1,5 = 1270С. Причем поток меняет агрегатное состояние, следовательно, его температура постоянна.

«Холодный поток» - исходная смесь 10% хлористого натрия, подаваемого при температуре 20,30С.

5.1. Тепловая нагрузка аппарата.

Тепловая нагрузка аппарата определяется исходя из условий нагрева исходного раствора от начальной температуры tн = 20,30С до конечной t0 = 101,50С (Со=3,731 кДж/кг (2, стр. 21)) по следующей формуле:

Q =Gпраrпар= S0c0(t0-tн) = 20000*3,731*(101,5-20,3) =6,06*106кДж/ч.

5.2. Движущая сила процесса.

Разности температур теплоносителей на концах теплообменника: