kursovik (729322), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

В аппарате с вынесенной зоной кипения / Приложение 1, рис.4 /, выпариваемый раствор поступает снизу в нагревательную камеру 1 и, поднимаясь по трубам (длиной 4-7 м) вверх, вследствие гидростатического давления не закипает в них. По выходе из кипятильных труб раствор поступает в расширяющуюся кверху трубу вскипания 2, установленную над нагревательной камерой в нижней части сепаратора 3. Вследствие понижения давления в этой трубе раствор вскипает и, таким образом, парообразование происходит за пределами нагрева.

Циркулирующий раствор опускается по наружной необогреваемой трубе 4. Упаренный раствор отводится из кармана в нижней части сепаратора 3. Вторичный пар пройдя отбойник 5 и брызгоуловитель 6, удаляется сверху аппарата. Исходный раствор поступает либо в нижнюю часть аппарата (под трубную решетку нагревательной камеры), либо сверху в циркуляционную трубу 4.

Вследствие большой поверхности испарения, которая создаётся в объёме кипящего раствора и частичного самоиспарения капель, унесённых вторичным паром, значительно снижается брызгоунос. Кипящий раствор не соприкасается с поверхностью теплообмена, что уменьшает отложение накипи.

Ввиду значительного перепада температур (до 30 С) между греющим паром и раствором и малой потери напора в зоне кипения скорость циркуляции в этих аппаратах достигает 1.8-2 м/с.

Увеличение скорости приводит к увеличению производительности и интенсификации теплообмена. Коэффициенты теплопередачи в таких аппаратах достигают 3000 вт/(м²К).

Аппараты с вынесенной зоной кипения могут эффективно применяться для выпаривания кристаллизующихся растворов умеренной вязкости.

Области применения выпарных аппаратов.

Конструкция выпарного аппарата должна удовлетворять ряду общих требований, к числу которых относятся: высокая производительность и интенсивность теплопередачи при возможно меньших объёме аппарата и расходе металла на его изготовление, простота устройства, надёжность в эксплуатации, легкость очистки поверхности теплообмена, удобство осмотра, ремонта и замены отдельных частей.

Вместе с тем выбор конструкции и материала выпарного аппарата определяется в каждом конкретном случае физико-химическими свойствами выпариваемого раствора (вязкость, температурная депрессия, кристаллизуемость, термическая стойкость, химическая агрессивность и др.)

Как указывалось, высокие коэффициенты теплопередачи и большие производительности достигаются путём увеличения скорости циркуляции раствора. Однако одновременно возрастает расход энергии на выпаривание и уменьшается полезная разность температур, т. к. при постоянной температуре греющего пара с возрастанием гидравлического сопротивления увеличивается температура кипения раствора. Противоречивое влияние этих факторов должно учитываться при технико-экономическом сравнении аппаратов и выборе оптимальной конструкции.

Ниже приводятся области преимущественного использования выпарных аппаратов различных типов.

Для выпаривания растворов небольшой вязкости ~810^-3 Пас, без образования кристаллов чаще всего используются вертикальные выпарные аппараты с многократной естественной циркуляцией. Из них наиболее эффективны аппараты с выносной нагревательной камерой и с выносными необогреваемыми циркуляционными трубами.

Выпаривание некристаллизующихся растворов большой вязкости, достигающей порядка 0.1 Пас, производят в аппаратах с принудительной циркуляцией, реже – в прямоточных аппаратах с падающей плёнкой или в роторных прямоточных аппаратах.

В роторных прямоточных аппаратах, как отмечалось, обеспечиваются благоприятные условия для выпаривания растворов, чувствительных к повышенным температурам.

Аппараты с принудительной циркуляцией широко применяются для выпаривания кристаллизующихся или вязких растворов. Подобные растворы могут эффективно выпариваться и в аппаратах с вынесенной зоной кипения, работающих при естественной циркуляции. Эти аппараты при выпаривании кристаллизирующихся растворов могут конкурировать с выпарными аппаратами с принудительной циркуляцией.

Для сильно пенящихся растворов рекомендуется применять аппараты с поднимающейся пленкой.

2. Технологическая часть.

Описание технологической схемы.

В однокорпусной выпарной установке подвергается выпариванию водный раствор хлорида магния под вакуумом.

Исходный раствор MgCl₂ из емкости Е1 подается центробежным насосом Н в теплообменник АТ, где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения, затем поступает в греющую камеру выпарного аппарата АВ. В данном варианте схемы применен выпарной аппарат с естественной циркуляцией и соосной греющей камерой. Предварительный подогрев раствора повышает интенсивность кипения. Выпариваемый раствор, нагревается и кипит с образованием вторичного пара. Отделение пара от жидкости происходит в сепараторе выпарного аппарата. Освобожденный от брызг и капель вторичный пар удаляется из верхней части сепаратора.

Движение раствора и вторичного пара осуществляется вследствие перепада давлений, создаваемого барометрическим конденсатором КБ и вакуум-насосом НВ. В барометрическом конденсаторе КБ вода и пар движутся в противоположных направлениях (пар – снизу, вода – сверху). Для увеличения поверхности контакта фаз конденсатор снабжен переливными полками. Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора самотеком по барометрической трубе с гидрозатвором. Конденсат греющих паров из выпарного аппарата АВ выводится с помощью конденсатоотводчиков КО.

Концентрированный раствор MgCl₂ после выпарного аппарата подается в одноходовые холодильники Х1-2, где охлаждается до определённой температуры. Затем концентрированный раствор отводится в вакуум-сборники Е2-3, работающие попеременно. Вакуум-сборники опорожняются периодически (по мере накопления раствора). Далее раствор поступает в емкость упаренного раствора Е5.

3. Технологические расчеты.

3.1 Расчёт выпарного аппарата.

3.1.1. Материальный баланс процесса выпаривания.

Основные уравнения материального баланса:

(1)

(2)

где - массовые расходы начального и концентрированного раствора, кг/с;

х_нач, х_кон – массовые доли растворенного вещества в начальном и концентрированном растворе;

W – массовый расход выпаренной воды, кг/с:

кг/с

3.1.2. Определение температур и давлений в узловых точках технологической схемы.

3.1.2.1 Определение давления и температуры в выпарном аппарате Р₁, t₁

Абсолютное давление в сепараторе выпарного аппарата:

(3)

где Р_атм – атмосферное давление, ат;

Р_вак – вакуум в аппарате, ат.

ат

По давлению Р₁ найдем температуру вторичного пара в сепараторе t₁, С;

/ 3, Табл. LVII /

t₁=89.3 С

3.1.2.2. Определение давления и температуры вторичного пара в барометрическом конденсаторе Р₀, t₀

_.

Зададимся значением гидравлической депрессии из промежутка 0.5-1.5 С:

t_{гидросопр.}=1 С

Температура вторичного пара в барометрическом конденсаторе t₀, С:

t₀= t₁-t_{гидросопр.} (4)

t₀= 89.3-1=88.3 С

Давление вторичного пара в барометрическом конденсаторе Р₀, ат, по температуре t₀ / 2, табл. LVII /

Р₀=0.674 ат

Найдём конечную температуру в сепараторе.

Переведём значение давления Р₁ в Па:

Р₁=0.65 ат=0.6749.8110⁴=6.60910⁴ Па

Воспользуемся формулой (Приложение 2 п.5)

=89.168 С

1. Определение давления в среднем слое выпариваемого раствора Р_ср.

Оптимальная высота уровня Н_опт

Н_опт=(0.26+0.0014­­­­(_р-_в))Н_тр (6)

Где (_р-_в) – разность плотностей раствора и воды соответственно при температуре кипения, если температура кипения неизвестна то можно взять при t=20С /2, с.252/

Н_тр – рабочая высота труб, м

Плотность раствора _р, и воды _в при температуре t=20 С, и концентрации X_кон (Приложение 2, п.1)

_в=962.681 кг/м³

_р=1013 кг/м³

Примем Н_тр=6 м, тогда

Н_опт=(0.26+0.0014­­­­(1.04710⁴-997.34))6=1.974 м

(6)

Па

Температуру кипения на середине кипятильных труб при Р_ср

(Приложение 2. П.5)

91.834 С

3.1.2.4 Определение давления греющего пара.

Зададимся полезной разностью температур t_{полезн.}25 С

t_{полезн.}=30 С

Найдем температуру конденсации греющего пара t_{конд.гр.п}, С:

t_{конд.гр.п.}= t_кип+ t_{полезн.} (7)

t_{конд.гр.п.}= 91.834+30=124,168 С

По температуре конденсации греющего пара найдём давление греющего пара Р_гр.п, ат / 2, табл. LVI /

Р_гр.п=2,2256 ат

3.1.3 Тепловой баланс выпарного аппарата.

Уравнение теплового баланса выпарного аппарата:

Q = Q_нагр+ Q_исп+ Q_пот (8)

Характеристики

Список файлов реферата