Кафедра процессов и аппаратов химической технологии

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по процессам и аппаратам

по теме:

«многокорпусная выпарная установка непрерывного действия с равными поверхностями нагрева»

Проектировал:

Группа:

Руководитель проекта:

Москва 2014 г.

Оглавление:

Введение…………………………………………………………………………………………………3

Расчёт количества выпаренной воды и концентрации раствора в первом корпусе………………………………………………………………………………………………..5

Расчёт температурных депрессий по корпусам……………………………………..6

Определение полезной разности температур…………………………………………6

Расчёт тепловой нагрузки по корпусам……………………………………………….7

Подготовка к расчёту поверхности теплообмена…………………………………7

Расчёт поверхности теплообмена……………………………………………………......9

Расход греющего пара………………………………………………………………………….10

Расчёт параметров барометрической трубы………………………………………....10

Расчет подогревателя………………………………………….……………..……..13

Механический расчет аппаратов выпарных установок……………………………………………………..………………….17

Основные штуцера выпарного аппарата…………………………….………………………………………….…21

Расчет тепловой изоляции аппарата……………………….………………………………………………….21

Конденсатоотводчики…………………………………………….......................25

Ёмкости………….………………………………………………………………..27

Список используемой литературы……………………...………………………………………………..28

Введение.

Выпаривание - это процесс концентрирования растворов твёрдых веществ при температуре кипения путём частичного удаления растворителя в парообразном состоянии. Выпариванию подвергают водные растворы твёрдых веществ, и удаляемый растворитель представляет собой водяной пар, так называемый вторичный пар.

Концентрирование растворов методом выпаривания – один из наиболее распространённых технологических процессов в химической, пищевой, металлургической и других отраслях промышленности. Число действующих выпарных установок исчисляется многими сотнями.

Единой классификации выпарных аппаратов не существует, но целесообразными являются классификации по поверхности нагрева и свойствам используемых теплоносителей. Наибольшее распространение получили аппараты, обогреваемые конденсирующимся водяным паром, реже – топочными газами и высокотемпературными органическими теплоносителями, очень редко – электрическим током.

Наиболее простыми являются выпарные аппараты в виде вертикальных полых цилиндров или чашеобразные. Аппараты бывают:

• С внутренними вертикальными нагревательными камерами;

• С наружными циркуляционными трубами;

• С подвесной нагревательной камерой;

• С соосными и выносными нагревательными камерами;

• Плёночные аппараты.

Также бывают аппараты с естественной и принудительной циркуляцией. Движущей силой естественной циркуляции является разность гидростатических давлений жидкости в циркуляционной трубе или кольцевом канале и парожидкостной смеси.

В данном курсовом проекте мною рассмотрен выпарной аппарат с естественной циркуляцией, вынесенной греющей камерой и кипением в трубках. Выпариваемым раствором является нитрат аммония.

Преимуществами такой выпарной установки являются:

1. благодаря вакууму может быть создана большая полезная разность температур, что и даёт возможность осуществить многократное использование тепла и этим снизить расход пара на выпаривание;

2. низкая температура кипения в последних корпусах служит большей гарантией от пригорания и разложения продукта в случае упаривания растворов органических веществ;

3. большая гибкость выпарной установки в работе и приспособляемость к колебаниям нагрузки, так как конденсатор служит буфером, воспринимающим эти колебания.

Недостатки этой установки:

1. несколько более сложное оборудование, так как необходимо иметь барометрический конденсатор смешения для создания вакуума;

2. потеря вторичного пара из последнего корпуса, используемого лишь частично в виде тепла охлаждающей воды в смеси с конденсатом при температуре около 50⁰С;

3. пониженная температура вторичного пара последних корпусов, это требует увеличения поверхности нагрева теплообменной аппаратуры, обогреваемой экстра-паром из выпарной установки.

1. Описание технологической схемы выпарной установки.

Исходный разбавленный раствор из промежуточной ёмкости Е1 подаётся центробежным насосом в теплообменник Т, где исходный раствор подогревается до температуры кипения экстра-паром, отведённым из первого корпуса. Затем раствор подаётся в первый корпус выпарной установки АВ1.

Тип всех корпусов выпарной установки – выпарной аппарат с вынесенной греющей камерой и кипением в трубках. Здесь выпариваемый раствор поднимается по трубкам камеры, через подъёмную циркуляционную трубу поступает в сепаратор, откуда отделившийся вторичный пар, пройдя через брызгоуловитель, покидает аппарат. Раствор же опускается по нижней циркуляционной трубе в нижнюю часть нагревательной камеры, вновь поднимается по её трубам и т. д. Исходный раствор вводится в спускную циркуляционную трубу, а упаренный - отводится из нижней части сепаратора.

Первый корпус обогревается водяным паром, поступающим с ТЭЦ. Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус АВ2. Как уже было ранее сказано, часть вторичного пара - экстра-пар – направляется в качестве греющего в теплообменник Т и на бытовые нужды. Во второй корпус АВ2 направляется частично сконцентрированный раствор из первого 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 КБ, где заданное давление поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующейся паро-воздушной смеси вакуум-насосом. Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи барометрической трубы с гидрозатвором.

Конденсат греющего пара из выпарных аппаратов выводится с помощью конденсатоотводчиков.

Расчёт количества выпаренной воды и концентрации раствора в первом корпусе

Общее количество выпариваемого растворителя и его распределение по корпусам.

W = S₀ * (1- ) = 2,22 * (1- ) = 1,665 кг/с

В первом приближении распределяем количество выпаренного растворителя по корпусам одинаково, но с учётом экстра-пара: - во II корпусе:

W₂ = = = 0,777 кг/с

- в I корпусе: W₁ = W– W₂ = 1,665 – 0,777 = 0,888 кг/с.

Рабочие концентрации раствора:

- в I корпусе

a₁ = = = 15 %

- во II корпусе (проверка):

a₂ = = 36 % , следовательно расчет правильный.

Расчёт температурных депрессий по корпусам

Температура кипения раствора нитрата аммония с концентрацией равна . В первом приближении можно полагать , тогда

Во втором корпусе .

Для вычисления давления во втором корпусе воспользуемся правилом Бабо. При концентрации температура кипения равна , давление насыщенных паров - P_s^ст = 1,260 × 10⁵ Па, тогда: P_s = = = 0,240×10 ⁵ Па.

Температура вторичного пара

Температура кипения раствора при P_s : t'₂ = 63,7 °С. Температурная депрессия по правилу Бабо равна: δ₂^б = t'₂ – θ₂ = 63,7 – 59 = 4,7 °С.

Δδ_г=1,5 – гидравлическая депрессия

Определение полезной разности температур

По давлению греющего пара 3,80 × 10⁵ , находим по таблице насыщенных паров температуру . Тогда можно вычислить полезную разность температур:

Принимаем:

Заполним таблицу для первого приближения:

Величина	Предварительный вариант
	I корпус	II корпус
	140,9	104,1
	34,0	40,4
	106,9	63,7
	1,3	4,7
	105,6	59
	1,5
Ргр, Па *105	3,80	1,19
Р,Па *105	1,24	0,1971
	2735	2682
	2684	2608
	15	36
W,кг/с	0,831	0,834

Расчёт тепловой нагрузки по корпусам

Для начала рассчитаем уточнённое значение количества упаренной воды для первого корпуса и сравним его с исходным:

В данной формуле - теплоёмкость начального раствора, равна , учитывая что .

Окончательно получим: