1 . TEHNOLOSKI PRORACUN

1.1.Materijalni bilans

- radna materija: rastvor NaOH- pоcetna koncentracija: xp = 0.25 kgA/kgB- krajnja koncentracija: xk = 0.5 kgA/kgB- potrosnja sirovine : Fp = 4 t/h- temperatura sirovine: t = 60oC (pretpostavljeno)- pritisak primarne pare: pD = 2.5 bar- pritisak u separacionom delu: pw = 0,2 bar

-Protok finalnog proizvoda na osnovu materijalnog bilansa za rastvorak:

-Protok sekundarne pare iznosi:

1.2.Temperatura kljucanja rastvora

gde su:1(C)- termodinamicka temperaturska depresija2(C)- hidrostaticka temperaturska depresija

gde su:tW = 60.1 oC - temperatura kljucanja rastvora na pW

pN = 101.3 kPa - atmosferski pritisaktN = 100oC - temperatura kljucanja na pN

1

(T 15.4 knjiga) za

za p = 1.013 bar rN = 2264 kJ/kgza p = 0.2 bar rW = 2371 kJ/kg

psr = pW + 0.5 g Hr r (Pa)

gde su:

Hc = 6 m - duzina cevir = 1475 kg/m3 - gustina rastvora na tr(psr) prema T.9.13, str.407B = 970 kg/m3 - gustina rastvora prema T.1.1, str. 145, praktikum

psr = 0.2 105 + 0.5 9.81 5.05 1386 = 54.33 103 = 54.33 kPa

tr(psr) = tB(psr) + 1(psr)

tB(psr) = 83.19oC ,

tr(psr) = 83.19 + 25 = 108.19oC

1.3.Toplotna snaga uparivaca i porosnja grejne pare

-Toplotna snaga uparivaca:

Q = FK cK tr - FP cP tp + W hsr" + QDH + Qg (W)

gde su: cK = 3482 J/(kgK) -spec. maseni toplotni kapacitet proizvoda na tr

cP = 3634 J/(kgK) -spec. maseni toplotni kapacitet sirovine na 60oChW

" = 2609 kJ/kg -entalpija sekundarne pare na 0.2 barQg = 0.05 Q - gubitci toplote u okolinu

2

gde je:rD = 2211 103 J/kg - toplota kondenzacije primarne pare na 2.5 bar

1.4.Odredjivanje srednje temperaturske razlike i usvajanje osnovnih geometrijskih karakteristika aparata

tsr = tkond - tr (oC)gde su:

tkond = 127.4 oC -temperatura kondenzacije primarne pare

tsr = 127.4 - 108.19 = 19.21 oC

-Povrsina za razmenu toplote iznosi:

-Potreban broj cevi:

iz T.6.6 Nc = 1309 za trougaoni raspored

3

1.5.Odredjivanje koeficijenta prelaza toplote sa strane primarne pare

Koeficijent prelaza toplote sa strane pare koja se kondenzuje duz vertikalne povrsine iznosi:

gde je:C -koeficijent koji zavisi od temperature kondenzacije

C = 134 103 + 2060 tkond - 5.8 t2 kond

C = 134 103 + 2060 127.4 - 5.8 (127.4)2 = 302 103

1.6.Odredjivanje koeficijenta prelaza toplote sa strane rastvora

gde je:l = 0.564 W/(mK) -koef. provodjenja toplote za rastvor na t = 108.19oCl = 1369 kg/m3 -gustina rastvora na t = 108.19oCg,0 = 0.5902 kg/m3 -gustina pare cistog rastvaraca na p=1barg = 0.1300 kg/m3 - gustina pare cistog rastvaraca na p=0.2bar = 0.106 J/m2 -povrsinski pritisak u sustemu rastvor-parar = 2358 kJ/kg -toplota isparavanja rastvaracacl = 3482 J/(kgK) -specificni maseni toplotni kapacitetl = 2.57 10-3 Pa -koef. dinamicke viskoznosti rastvora

u = 4.1 q0.6

4

1.7.Odredjivanje koeficijenta prelaza toplote

gde je:Rs = 0.2 10-3 m2K/W -otpori prolazu toplote sa strane primarne pareRu = 0.3 10-3 m2K/W - otpori prolazu toplote sa strane kljucalog rastvora

-Specificno toplotno opterecenje:

cije je resenje: q = 11380 W/m2

s = 196 103 q-1/3 = 196 103 (11380)-1/3= 8714 W/m2Ku = 4.1 q0.6 = 4.1 (11380)0.6 = 1113 W/m2K

-Koeficijent prelaza toplote:

1.8. Odredjivanje osnovnih dimenzija aparata

gde je:

; Lso = 20 mm ; t = 40 mm

Du = 38 40 + 38 + 20 =1578 mmDu = 1580 mm

-Precnik cirkulacione cevi:

Dc = (0.67-0.95) m

Usvaja se : Dc = 0.762 m5

-Brzina pare svedena na puni p.p. separacionog prostora:

gde je:g1 = 0.5902 kg/m3 -gustina pare cistog rastvaraca na p = 1barg = 0.130 kg/m3 - gustina pare cistog rastvaraca na p = 0.2barWg1 = 1-4 m/s -brzina pare svedena na p=1bar

-Povrsina poprecnog preseka separacione kolone :

-Precnik separacione kolone:

Za usvojen precnik separacione kolone Ds = 2.5 m povrsina poprecnog preseka je A = 4.91 m2, a Wg = 2.28 m/s. Ovoj brzini pare pri radnim uslovima aparata odgovara brzina pare Wg1 = 1.07 m/s na pritisku od 1bar.

-Zapremina separacionog prostora:

gde je:W1' (m3W)/(m3h) -specificno opterecenja parnog doma na pritisku p=1bar

Hw = 1m -visina sloja tecnosti iznad cevne ploce (dubina potapanja cevnog snopa)

Hv = 2m -usvojena visina separacionog prostora (rastojanje izmedju povrsine tecnog ogledala i eliminatora kapi)

6

p -pritisak sekundarne pare

-Visina separacionog prostora iznosi:

-Dimenzionisanje prikljucaka na aparatu: otvor za odvod gotovog proizvoda:

;

,usvaja se DN20 (25x2)

otvor za dovod primarne pare i odvod kondenzata:

1o DN100 (108x3.6 mm)

2o DN20 (25x2mm)

otvor za dovod radne materije:

DN 50 (57x2.9mm)

7

2.MEHANICKI PRORACUN

2.1.Proracun separacione kolone2.1.1.Proracun debljine zida cilindricnog dela omotaca (poz. 4)

U separacionom delu vlada vakuum od 0.2 bar, i tada se uzima kao da na posudu deluje spoljasnji pritisak od 1bar (JUS M.E2.250). Zakljucujem da je nepovoljnije dejstvo delovanje spoljasnjeg natpritiska za koji proveravam debljinu zida omotaca.

2.1.1.1.Obzirom na spoljasnji pritisak (JUS M.E2.254/1991.)

p = 1bar -proracunski = 0.3 -Poasonov koeficijent

-Proracun na elasticno ulubljivanje:

Pritisak koji bi doveo do elasticnog ulubljenja:

gde je:Sk = 3E = 2.1 103 N/mm2

Broj talasa ulubljivanja:

Usvaja se: n = 10, s = 3.5mm

p<ppror -doci ce do elasticnog ulubljivanja pa uvodim sledecu pretpostavku:

s = 8mm, n = 8, z = 1.57

p = 5.43bar8

p>ppror -sada je uslov zadovoljen i nece doci do elasticnog ulubljivanja

n p 6 8.84 7 7.34 8 5.43 9 5.4 10 5.83

Usvaja se z=1.57 i debljina zida s = 8mm i zakljucujem da za tu debljinu nece doci do elasticnog ulubljivanja

-Proracun na plasticne deformacije:

ispunjen je uslov za primenu

proracuna

Pritisak plasticnog ulubljivanja:

gde je:Kt = 251.7 N/mm2 -proracunska cvrstocaKi = 315 N/mm2 - cvrstoca pri ispitnim uslovimaS = 1.6 -stepen sigurnostis = 8mmC1+C2 = 1.5mml = 2500mmu = 1% -dodatak za odstupanje od kruznosti

Pritisak je nizi od proracunskog pa ce doci do ulubljivanja.

Pretpostavljam novu debljinu lima s = 12mm

p = 3.42bar, pritisak je visi od radnog pa nece doci do ulubljivanja

Usvaja se: s = 12mm, Ds = 2500mm

9

2.1.2. Proracun debljine zida torisfericnog danca usled dejstva spoljasnjeg nadpritiska- JUS M.E2.252.1991.(poz. 3)

Usvaja se plitko dance sa sledecim karakteristikama:R = 2500mmr = 0.1 2500 = 250mmh2 = 0.1935Ds - 0.455se = 0.1935 2500 - 0.455 3.5 = 482.16mm

Uz uslov:

h1 > 3.5s

Dsk = Du + 2s = 2500 + 2 3.5 = 2507mm

gde je: E = 2.1 105 N/mm2

s = 4mmC1+C2 = 1.3mmSk = 5.0

p < 0.179bar doci ce do ulubljivanja

Uvodimo novu pretpostavku: s = 12mm p < 2.86mm

Usvaja se: s = 12mm

2.1.3.Proracun debljine konusnog omotaca JUS M.E2.251/1991.(poz. 6)

Osnovni uslov za primenu proracuna:a) < 30o

b) obostrano zavaren savc) duzina oba dela koja se zavaruju min 2

-Proracun prema naprezanjima u cirkularnom pravcu:

gde je:10

= 1 = 27.37o

Dk = 2500 -12*2 = 2476mmC1+C2 = 1.5mmKr = 246.33 N/mm2

Ki = 315 N/mm2

p = 2.5barpi = 1.3p + ph = 3.64bar; ph = 9.81*1000*4 = 0.39bar

Usvaja se : s = 3.5mm

-Proracun prema naprezanjima u pravcu izvodnice omotaca:

gde je:Ds = 2500mmC1+C2 = 1.3mmC3 = 0v = 0.9

vUsvaja se: s = 5mm

-Oslabljenje konusnog dela usled postojanja izreza:

vA = 0.575U obzir sam uzeo samo veci prikljucak zato sto vise utice na debljinu zida, a

uzajamni uticaj izreza je zanemariv.

11

Usvaja se: s = 12mm

2.2. Proracun debljine cevnih ploca JUS M.E2.259/1991. (poz.24)

Nepovoljnije je opterecena donja cevna ploca ciji ce proracun da bude prikazan, dok ce dimenzije gornje da budu identicne donjoj. Pritisak sa strane grejne pare je p = 2.5bar.

Usvaja se debljina ccevne resetke: s = 50mm

gde je:p = 2.5barS = 1.5K = 246.33 N/mm2

n = 1309C = 0.5du = 1580mm

; t - d1 < 6mm t > 26mm

12

2.3. Proracun debljine cevi JUS M.E2.260/1991. (poz. 23)

Uslov za primenu standarda:DS < 200mm

Pretpostavljam da su cevi izradjene od C.1214 i dimenzija DN20 (20x2mm)

gde je:Ds = 20mmp =2.5barK = 213.6 N/mm2

S = 1.5C1+C2 = 1.3mm

Usvaja se cev istih dimenzija kao i pretpostavljena: DN20 ( 20x2mm)

2.4. Proracun cilindricnog dela obzirom na unutrasnji pritisakJUS M.E2.253/1991. (poz. 12)

gde je:Ds = 1580mmp = 2.5barpi = 4.24bar

Usvaja se debljina zida cilindricnog dela: s = 3mm

-Oslabljenje usled postojanja prikljucaka:

v2 = 0.65

13

Usvaja se uzimajuci u obzir konstruktivne karakteristike uparivaca:s= 12mm

2.4. Proracun debljine zida konusnog dela JUS M.E2.251/1991(poz. 16)

Proracun se izvodi za konusni omotac sa prevojem i racunam samo debljinu omotaca u pravcu izvodnice:

gde je:p = 2.5barDs = 2500mmv = 1S = 1.5C1+C2 = 1.3mmC3 = 0

C4 = 1mm

Zbog kontruktivnih karakteristika usvaja se: s = 12mm

14