123031 (Двухкорпусная выпарная установка)
Описание файла
Документ из архива "Двухкорпусная выпарная установка", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "промышленность, производство" из , которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "курсовые/домашние работы", в предмете "промышленность, производство" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "123031"
Текст из документа "123031"
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Кузбасский Государственный Технический Университет
Кафедра процессов, машин и аппаратов химических производств
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту на тему:
«Двухкорпусная выпарная установка»
Студент Майбуров М.В.
Руководитель проекта
Темникова Е.Ю
Кемерово 2006
Содержание
Введение
-
Описание технологической схемы установки
-
Расчет основного аппарата
Заключение
Список литературы
Введение
Выпарные аппараты предназначены для концентрирования жидких растворов практически нелетучих веществ путем частичного удаления растворителя испарением при кипении жидкости. В процессе выпаривания растворитель удаляется из всего объема раствора, в то время как при температурах ниже температур кипения испарение происходит только с поверхности жидкости.
Процесс выпаривания - энергоемкий процесс, особенно если теплота испарения. Как например у воды. Поэтому составляющая на энергозатраты при выпаривании может быть весьма существенной составляющей в себестоимости производства того или иного продукта. Одним из наиболее эффективных способов снижения энергопотребления является применение выпарных батарей- многокорпусных выпарных установок.
Веществом, подлежащим концентрированию в водном растворе, является К2СО3. Его основные физико-химические свойства приведены в таблице 1.1:
Таблица 1.1
Название вещества | Химическая формула | Форма и цвет | Молекулярный вес | температура плавления, 0С | Теплота растворения при 18°в 400моля воды, ккал/кг-мол | плотность, г/см3 | Температура кипения 50% р-ра, °С |
Углекислый Калий (пошат) | К2СО3 | Белые кристаллы | 58,44 | 891± 0,5 | 6490 | 2,13 | 113,1 |
Пошат используют в производстве стекла. Значительное количество пошата употребляют для производства некоторых солей, фармацевтических препаратов, жидкого калийного мыла. Для получения жидкой и твердой двуокиси углерода, при крашение и отбелки тканей, для изготовления печатных красок и т.д. разработан способ кладки бетона в зимнее время с применением раствора пошата. В препаративной химии в качестве водоотталкивающего средства[1]
1. Описание технологической схемы установки
В химической и смежной с ней отраслях промышленности жидкие смеси, концентрирование которых осуществляется выпариванием, отличаются большим разнообразием как физических параметров (вязкость, плотность, температуря кипения, величина критического теплового потока и др.), так и других характеристик (кристаллизующиеся, пенящиеся, нетермостойкие растворы и др.). Свойства смесей определяют основные требования к условиям проведения процесса (вакуум-выпаривание, прямо- и противоточные, одно- и многокорпусные выпарные установки), а также к конструкциям выпарных аппаратов.
Такое разнообразие требований вызывает определенные сложности при правильном выборе схемы выпарной установки, типа аппарата, числа ступеней к многокорпусной выпарной установке. В общем случае такой выбор является задачей оптимального поиска и выполняется технико-экономическим сравнением различных вариантов с использованием ЭВМ.
В приведенном ниже типовом расчете трех корпусной установки, состоящей из выпарных аппаратов с естественной циркуляцией (с соосной камерой) и кипением раствора в трубах, и солеотделением.
Принципиальная схема трех корпусной выпарной установки см. приложение на А1.
Исходный разбавленный раствор из промежуточной емкости Е1 центробежным насосом Н1 подается в теплообменник Т, где прогревается до температуры, близкой к температуре кипения, а затем – в первый корпус выпарной установки АВ1. Предварительный подогрев раствора повышает интенсивность кипения в выпарном аппарате АВ1.
Первый корпус обогревается свежим водяным паром. Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус АВ2. Сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из 1-го корпуса.
Самопроизвольный переток раствора и вторичного пара в следующие корпуса возможен благодаря общему перепаду давлений, возникающему в результате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса в барометрическом конденсаторе смешения КТ, где заданное давление поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующихся газов вакуум-насосом НВ. Смесь охлаждающейся воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи барометрической трубы с гидрозатвором. Образующийся во втором корпусе концентрированный раствор центробежным насосом Н3 подается в промежуточную емкость упаренного раствора Е2.
Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов выводится с помощью конденсатоотводчиков КО1-4.
2. Расчет основного аппарата
Выбор конструкционных материалов
Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего водного раствора К2СО3 в интервале изменения концентраций от 11 до 32%. в этих условиях химически стойкой является сталь марки Х18Н10Т. Скорость коррозии ее не менее 0,1 мм/год, коэффициент теплопроводности λст = 25,1 Вт/(м*К).
Расчеты конструктивно-технологических параметров аппарата
Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов
Поверхность теплопередачи каждого корпуса выпарной установки определяется по основному уравнению теплопередачи:
F = Q/(Ktп),
где Q – тепловая нагрузка, кВт;
K – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2*K);
tп – полезная разность температур, град.
Для определения тепловых нагрузок Q, коэффициентов теплопередачи К и полезных разностей температур tп необходимо знать распределение упариваемой воды, концентраций растворов и их температур кипения по корпусам. Эти величины находятся методом последовательных приближений.
Производительность установки по выпариваемой воде определяется из уравнения материального баланса:
W = Gн(1 – xн/xк),
где Gн – производительность установки по исходному раствору, кг/с;
xн, xк – массовые концентрации вещества в исходном и упаренном растворе соответственно, %.
W = 1,11*(1 – 11/32) = 0,728 кг/с.
Концентрации упариваемого раствора
Распределение концентраций раствора по корпусам установки зависит от соотношения нагрузок по выпариваемой воде в каждом аппарате. В первом приближении на основании практических данных принимают, что производительность по выпариваемой воде распределяется между корпусами в соотношении:
1: 2: 3 = 1,0: 1,1
Тогда
1 = 1,0W/(1,0 + 1,1) = 1,0*1,11/2,1 = 0,346 кг/с;
2 = 1,1W/(1,0 + 1,1) = 1,1*1,11/2,1 = 0,381 кг/с;
Далее рассчитываются концентрации растворов в корпусах:
x1 = Gнxн/(Gн - 1) = 1,11*0,11/(1,11 – 0,346) = 0,16, или 16%;
x2 = Gнxн/(Gн - 1 - 2) =1,11*0,11/(1,11 – 0,346 – 0,381) = 0,32, или 32%.
Концентрация раствора в последнем корпусе x2 соответствует заданной концентрации упаренного раствора xк.
Температуры кипения растворов
Общий перепад давлений в установке равен:
Pоб = Pг1 – Pбк,
где Pг1 – давление греющего пара, МПа;
Pбк – абсолютное давление в барометрическом конденсаторе, МПа.
Pоб =0,9-0,02=0,88МПа.
В первом приближении общий перепад давлений распределяют между корпусами поровну. Тогда давления греющих паров в корпусах (в МПа) равны:
Pг1 = 0,9 МПа;
Pг2 = Pг1 - Pоб/2 = 0,9 – 0,0,88/2 = 0,46 МПа.
Давление пара в барометрическом конденсаторе:
Pбк = Pг2 - Pоб/2 = 0,46 – 0,488/2 = 0,02 МПа,
что соответствует заданному значению Pбк.
По давлениям паров находим их температуры и энтальпии [1]:
P, МПа t, 0C I, кДж/кг
Pг1 = 0,9 tг1 = 174,5 I1 = 2780
Pг2 = 0,46 tг2 = 147,82 I2 = 2750
Pбк = 0,02 tбк = 59,7 Iбк = 2607
При определении температуры кипения растворов в аппаратах исходят из следующих допущений. Распределение концентраций раствора в выпарном аппарате с интенсивной циркуляцией практически соответствует модели идеального перемешивания. Поэтому концентрацию кипящего раствора принимают равной конечной в данном корпусе и, следовательно, температуру кипения раствора определяют при конечной концентрации.
Изменение температуры кипения по высоте кипятильных труб происходит вследствие изменения гидростатического давления столба жидкости.
Температуру кипения раствора в корпусе принимают соответствующей температуре кипения в среднем слое жидкости. Таким образом, температура кипения раствора в корпусе отличается от температуры греющего пара в последующем корпусе на сумму температурных потерь ΣΔ от температурной (Δ/), гидростатической (Δ//) и гидродинамической (Δ///) депрессий (ΣΔ = Δ/ + Δ// + Δ///).
Гидродинамическая депрессия обусловлена потерей пара на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчетах принимают Δ/// = 1,0 – 1,5 град на корпус. Примем для каждого корпуса Δ/// = 1 град. Тогда температуры вторичных паров в корпусах (в 0C) равны:
tвп1 = tг2 + Δ1/// = 147,82 + 1,0 = 148,82;
tвп2 = tбк + Δ2/// =59,7 + 1,0 = 60,7.
Сумма гидродинамических депрессий
ΣΔ/// = Δ1/// + Δ2/// = 1 + 1 = 2 0С.
По температурам вторичных паров определим их давление. Они равны соответственно (в МПа): Pвп1 =0,47; Pвп2 = 0,18; Pвп3 = 0,021.
Гидростатическая депрессия обусловлена разностью давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности. Давление в среднем слое кипящего раствора Рср каждого корпуса определяется по уравнению:
Рср = Pвп + ρgH (1- ε)/2,
где Н- высота кипятильных труб в аппарате, м; ρ – плотность кипящего раствора, кг/м3; ε – паронаполнение (объемная доля пара в кипящем растворе), м3/м3.
Для выбора значения H необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата Fор. При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляцией q = 20000 – 50000 Вт/м2. Примем q = 40000 Вт/м2. Тогда поверхность теплопередачи первого корпуса ориентировочно равна:
Fор = Q/q = ω1*r1/q,
где r1 – теплота парообразования вторичного пара, Дж/кг.
Fор = Q/q = ω1*r1/q = 0,346*2121,2*103 / 40000 = 18,4 м2.
По ГОСТ 11987 – 81 трубчатые аппараты с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой состоят из кипятильных труб, высотой 4 и 5 м при диаметре dн = 38 мм и толщине стенки δст = 2 мм. Примем высоту кипятильных труб H = 4 м.
При пузырьковом (ядерном) режиме кипения паронаполнение ε = 0,4 – 0,6.Примем ε = 0,5.
Плотность водных растворов, в том числе NaCl [6], при температуре 20 0С и соответствующих концентрациях в корпусах равна: