|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Описание технологической схемы. 4. Технологические расчёты…11Стр 1 из 4Следующая ⇒
Содержание
1. Введение………………………………………………………………………4 2. Аналитический обзор…………………………………………………………6 2.1. Устройство выпарных аппаратов………………………………………...6 2.2. Аппараты с выносной нагревательной камерой………………………...6 2.3. Области применения выпарных аппаратов……………………………...7 3. Технологическая часть………………………………………………………..9 3.1. Технологическая схема…………………………………………………..9 4. Технологические расчёты……………………………………………………11 4.1. Расчёт выпарного аппарата ……………………………………………..11 4.2. Расчёт барометрического конденсатора………………………………..14 4.3. Расчет производительности вакуум-насоса……………………………17 4.4. Расчёт подогревателя исходного раствора……………………………..18 4.5. Расчёт холодильника упаренного раствора……………………………21 5. Подробный расчет холодильника…………………………………………...23 6. Выводы по курсовому проекту……………………………………………...31 7. Список использованной литературы………………………………………..32
Введение
Выпаривание применяют для концентрирования растворов нелетучих веществ, выделения из растворов чистого растворителя (дистилляция) и кристаллизации растворенных веществ, т.е. нелетучих веществ в твердом виде. В качестве примера выпаривания с выделением чистого растворителя из раствора можно привести опреснение морской воды, когда образующийся водяной пар конденсируют и полученную воду используют для различных целей. Для нагревания выпариваемых растворов до кипения используют топочные газы, электрообогрев и высокотемпературные теплоносители, но наибольшее применение находит водяной пар, характеризующийся высокой удельной теплотой конденсации и высоким коэффициентом теплоотдачи. Процесс выпаривания проводится в выпарных аппаратах. По принципу работы выпарные аппараты разделяются на периодические и непрерывно действующие. Периодическое выпаривание применяется при малой производительности установки или для получения высоких концентраций. При этом подаваемый в аппарат раствор выпаривается до необходимой концентрации, сливается и аппарат загружается новой порцией исходного раствора. В установках непрерывного действия исходный раствор непрерывно подается в аппарат, а упаренный раствор непрерывно выводится из него. В химической промышленности в основном применяют непрерывно действующие выпарные установки с высокой производительностью за счет большой поверхности нагрева (до 2500 м2 в единичном аппарате). Наибольшее применение в химической технологии нашли выпарные аппараты поверхностного типа, особенно вертикальные трубчатые выпарные аппараты с паровым обогревом непрерывного действия. В зависимости от режима движения кипящей жидкости в выпарных аппаратах их разделяют на аппараты со свободной, естественной и принудительной циркуляцией, пленочные выпарные аппараты, к которым относятся и аппараты роторного типа. В данном проекте используется аппарат с естественной циркуляцией, с вынесенной греющей камерой и трубой вскипания. В этом аппарате циркуляция раствора осуществляется за счет различия плотностей в отдельных точках аппарата. Выпариваемый раствор, поднимаясь по трубам, нагревается и по мере подъема вскипает. Образовавшаяся парожидкостная
Высота парового пространства должна обеспечивать сепарацию из пара капелек жидкости, выбрасываемых из кипятильных труб. Вторичный пар, проходя сепаратор и брызгоотделитель, освобождается от капель, а раствор возвращается по циркуляционной трубе в греющую камеру. В таких аппаратах облегчается очистка поверхности от отложений, т.к. доступ к трубам легко осуществляется при открытой верхней крышке греющей камеры. Поскольку циркуляционная труба не обогревается, создаются условия для интенсивной циркуляции раствора. При этом плотность раствора в выносной циркуляционной трубе больше, чем в циркуляционных трубах, размещенных в греющих камерах, что обеспечивает сравнительно высокую скорость циркуляции раствора и препятствует образованию отложений на поверхности нагрева.
\
2.1 Устройство выпарных аппаратов
Разнообразные конструкции выпарных аппаратов применяемых в промышленности, можно классифицировать по типу поверхности нагрева (паровые рубашки, змеевики, трубчатки различных видов), по её расположению в пространстве (аппараты с горизонтальной, вертикальной, иногда с наклонной нагревательной камерой), по роду теплоносителя (водяной пар, высокотемпературные теплоносители, электрический ток и др.), а также в зависимости от того, движется ли теплоноситель снаружи или внутри труб нагревательной камеры. Однако более существенным признаком классификации выпарных аппаратов, характеризующим интенсивность их действия, следует считать вид и кратность циркуляции раствора. Различают выпарные аппараты с неорганизованной или свободной, направленной естественной и принудительной циркуляцией. Выпарные аппараты делят также на аппараты прямоточные, в которых выпаривание раствора происходит за один его проход через аппарат без циркуляции раствора и аппараты, работающие с многократной циркуляцией раствора. В зависимости от организации процесса различают периодически и непрерывно действующие аппараты. Ниже подробно рассмотрены лишь наиболее распространённые, главным образом типовые конструкции аппаратов.
2.2. Аппараты с выносной нагревательной камерой
При размещении нагревательной камеры вне корпуса аппарата имеется возможность повысить интенсивность выпаривания не только за счёт увеличения разности плотностей жидкости и парожидкостной смеси в циркуляционном контуре, но и за счет увеличения длины кипятильных труб. Аппарат с выносной нагревательной камерой имеет кипятильные трубы, длина которых часто достигает 7 м. Он работает при более интенсивной естественной циркуляции, обусловленной тем, что циркуляционная труба не обогревается, а подъёмный и опускной участки циркуляционного контура имеют значительную высоту. Выносная нагревательная камера легко отделяется от корпуса аппарата, что облегчает и ускоряет её чистку и ремонт. Ревизию и ремонт нагревательной камеры можно производить без полной остановки аппарата (а лишь при снижении его производительности), если присоединить к его корпусу две нагревательные камеры. Исходный раствор поступает под нижнюю трубную решетку нагревательной камеры и, поднимаясь по кипятильным трубам, выпаривается. Иногда подачу раствора производят так, как указано на рисунке, в циркуляционную трубу. Вторичный пар отделяется от жидкости в сепараторе. Жидкость опускается по необогреваемой циркуляционной трубе, смешивается с исходным раствором, и цикл циркуляции повторяется снова. Вторичный пар, пройдя брызгоуловитель, удаляется сверху сепаратора. Упаренный раствор отбирается через боковой штуцер в коническом днище сепаратора. Скорость циркуляции в аппаратах с выносной нагревательной камерой может достигать 1.5 м/с, что позволяет выпаривать в них концентрированные и кристаллизующиеся растворы, не опасаясь слишком быстрого загрязнения поверхности теплообмена. Благодаря универсальности, удобству эксплуатации и хорошей теплопередачи аппараты такого типа получили широкое распространение.
2.3. 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 Выпаривание некристаллизующихся растворов большой вязкости, достигающей порядка
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.
Расчёт выпарного аппарата
4.1.1. Материальный баланс процесса выпаривания
Основные уравнения материального баланса:
где
W – массовый расход выпариваемой воды, кг/с:
Gнач =5 * 0,1 / 0,25 = 2
W = 2( 1- 0.1/0.25) =1.2
4.1.2 Расчет температурной схемы установки
Начнем расчет температур и давлений с определения tгр.п. в соответствии с заданным давлением
По давлению
Зададим полезную разность температур для определения температуры кипения
Тогда:
При xнач =0,1 и
Расчет давления в сепараторе выпарного аппарата производится на основе соотношения:
где r - плотность раствора с концентрацией При xнач =0.1 и
Наибольшая интенсивность процесса выпаривания для случая естественной циркуляции раствора и кипение в трубках обеспечивается при оптимальном уровне раствора
где При
Температуру кипения раствора Для расчета температуры вторичного пара в барометрическом конденсаторе примем Тогда:
При
Давление вторичного пара в барометрическом конденсаторе определяем, как давление насыщенного водяного пара при Температуру
4.1.3 Тепловой баланс выпарного аппарата
Уравнение теплового баланса выпарного аппарата:
где Q – расход теплоты на выпаривание, Вт;
Расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду
Расход теплоты на нагрев:
где
Расход теплоты на испарение:
где
4.1.4 Расчёт поверхности теплообмена выпарного аппарата
Для расчёта поверхности теплообмена выпарного аппарата запишем уравнение теплопередачи:
где К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 К); F – площадь поверхности теплообмена, м2. Коэффициент теплопередачи задается ориентировочно на основании [1, табл. 4.8]:
4.1.5 Выбор выпарного аппарата по каталогу
Произведём выбор аппарата по каталогу. Для этого найденную площадь поверхности теплообмена следует увеличить на 10-20 %, для обеспечения запаса производительности:
где Fв.п. – площадь выпарного аппарата с учётом запаса производительности, м2.
Из каталога [3, табл. 4.2] выбираем выпарной аппарат с естественной циркуляцией, кипением в трубах и вынесенной греющей камерой (тип 1, исполнение 2) с номинальной площадью поверхности теплообмена
Содержание
1. Введение………………………………………………………………………4 2. Аналитический обзор…………………………………………………………6 2.1. Устройство выпарных аппаратов………………………………………...6 2.2. Аппараты с выносной нагревательной камерой………………………...6 2.3. Области применения выпарных аппаратов……………………………...7 3. Технологическая часть………………………………………………………..9 3.1. Технологическая схема…………………………………………………..9 4. Технологические расчёты……………………………………………………11 4.1. Расчёт выпарного аппарата ……………………………………………..11 4.2. Расчёт барометрического конденсатора………………………………..14 4.3. Расчет производительности вакуум-насоса……………………………17 4.4. Расчёт подогревателя исходного раствора……………………………..18 4.5. Расчёт холодильника упаренного раствора……………………………21 5. Подробный расчет холодильника…………………………………………...23 6. Выводы по курсовому проекту……………………………………………...31 7. Список использованной литературы………………………………………..32
Введение
Выпаривание применяют для концентрирования растворов нелетучих веществ, выделения из растворов чистого растворителя (дистилляция) и кристаллизации растворенных веществ, т.е. нелетучих веществ в твердом виде. В качестве примера выпаривания с выделением чистого растворителя из раствора можно привести опреснение морской воды, когда образующийся водяной пар конденсируют и полученную воду используют для различных целей. Для нагревания выпариваемых растворов до кипения используют топочные газы, электрообогрев и высокотемпературные теплоносители, но наибольшее применение находит водяной пар, характеризующийся высокой удельной теплотой конденсации и высоким коэффициентом теплоотдачи. Процесс выпаривания проводится в выпарных аппаратах. По принципу работы выпарные аппараты разделяются на периодические и непрерывно действующие. Периодическое выпаривание применяется при малой производительности установки или для получения высоких концентраций. При этом подаваемый в аппарат раствор выпаривается до необходимой концентрации, сливается и аппарат загружается новой порцией исходного раствора. В установках непрерывного действия исходный раствор непрерывно подается в аппарат, а упаренный раствор непрерывно выводится из него. В химической промышленности в основном применяют непрерывно действующие выпарные установки с высокой производительностью за счет большой поверхности нагрева (до 2500 м2 в единичном аппарате). Наибольшее применение в химической технологии нашли выпарные аппараты поверхностного типа, особенно вертикальные трубчатые выпарные аппараты с паровым обогревом непрерывного действия. В зависимости от режима движения кипящей жидкости в выпарных аппаратах их разделяют на аппараты со свободной, естественной и принудительной циркуляцией, пленочные выпарные аппараты, к которым относятся и аппараты роторного типа. В данном проекте используется аппарат с естественной циркуляцией, с вынесенной греющей камерой и трубой вскипания. В этом аппарате циркуляция раствора осуществляется за счет различия плотностей в отдельных точках аппарата. Выпариваемый раствор, поднимаясь по трубам, нагревается и по мере подъема вскипает. Образовавшаяся парожидкостная
Высота парового пространства должна обеспечивать сепарацию из пара капелек жидкости, выбрасываемых из кипятильных труб. Вторичный пар, проходя сепаратор и брызгоотделитель, освобождается от капель, а раствор возвращается по циркуляционной трубе в греющую камеру. В таких аппаратах облегчается очистка поверхности от отложений, т.к. доступ к трубам легко осуществляется при открытой верхней крышке греющей камеры. Поскольку циркуляционная труба не обогревается, создаются условия для интенсивной циркуляции раствора. При этом плотность раствора в выносной циркуляционной трубе больше, чем в циркуляционных трубах, размещенных в греющих камерах, что обеспечивает сравнительно высокую скорость циркуляции раствора и препятствует образованию отложений на поверхности нагрева.
\
2.1 Устройство выпарных аппаратов
Разнообразные конструкции выпарных аппаратов применяемых в промышленности, можно классифицировать по типу поверхности нагрева (паровые рубашки, змеевики, трубчатки различных видов), по её расположению в пространстве (аппараты с горизонтальной, вертикальной, иногда с наклонной нагревательной камерой), по роду теплоносителя (водяной пар, высокотемпературные теплоносители, электрический ток и др.), а также в зависимости от того, движется ли теплоноситель снаружи или внутри труб нагревательной камеры. Однако более существенным признаком классификации выпарных аппаратов, характеризующим интенсивность их действия, следует считать вид и кратность циркуляции раствора. Различают выпарные аппараты с неорганизованной или свободной, направленной естественной и принудительной циркуляцией. Выпарные аппараты делят также на аппараты прямоточные, в которых выпаривание раствора происходит за один его проход через аппарат без циркуляции раствора и аппараты, работающие с многократной циркуляцией раствора. В зависимости от организации процесса различают периодически и непрерывно действующие аппараты. Ниже подробно рассмотрены лишь наиболее распространённые, главным образом типовые конструкции аппаратов.
2.2. Аппараты с выносной нагревательной камерой
При размещении нагревательной камеры вне корпуса аппарата имеется возможность повысить интенсивность выпаривания не только за счёт увеличения разности плотностей жидкости и парожидкостной смеси в циркуляционном контуре, но и за счет увеличения длины кипятильных труб. Аппарат с выносной нагревательной камерой имеет кипятильные трубы, длина которых часто достигает 7 м. Он работает при более интенсивной естественной циркуляции, обусловленной тем, что циркуляционная труба не обогревается, а подъёмный и опускной участки циркуляционного контура имеют значительную высоту. Выносная нагревательная камера легко отделяется от корпуса аппарата, что облегчает и ускоряет её чистку и ремонт. Ревизию и ремонт нагревательной камеры можно производить без полной остановки аппарата (а лишь при снижении его производительности), если присоединить к его корпусу две нагревательные камеры. Исходный раствор поступает под нижнюю трубную решетку нагревательной камеры и, поднимаясь по кипятильным трубам, выпаривается. Иногда подачу раствора производят так, как указано на рисунке, в циркуляционную трубу. Вторичный пар отделяется от жидкости в сепараторе. Жидкость опускается по необогреваемой циркуляционной трубе, смешивается с исходным раствором, и цикл циркуляции повторяется снова. Вторичный пар, пройдя брызгоуловитель, удаляется сверху сепаратора. Упаренный раствор отбирается через боковой штуцер в коническом днище сепаратора. Скорость циркуляции в аппаратах с выносной нагревательной камерой может достигать 1.5 м/с, что позволяет выпаривать в них концентрированные и кристаллизующиеся растворы, не опасаясь слишком быстрого загрязнения поверхности теплообмена. Благодаря универсальности, удобству эксплуатации и хорошей теплопередачи аппараты такого типа получили широкое распространение.
2.3. 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 Выпаривание некристаллизующихся растворов большой вязкости, достигающей порядка
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.
Описание технологической схемы
Исходный раствор хлорида натрия из емкости Е1 подается центробежным насосом Н в подогреватель П, где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения, затем поступает в греющую камеру выпарного аппарата АВ. В данном варианте схемы применен выпарной аппарат с вынесенной греющей камерой и кипением в трубах. 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 подается обратно в подогреватель. 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 и подогревателя П выводится с помощью конденсатоотводчиков КО. Концентрированный раствор хлорида натрия после выпарного аппарата подается в двухпоточный холодильник Х, где охлаждается исходным раствором до определённой температуры. Затем концентрированный раствор отводится в емкость упаренного раствора Е2.
Выпаривание, осуществляют для концентрирования растворов, выделения растворенного вещества или получения чистого растворителя. Выпариванию подвергают преимущественно водные растворы нелетучих или малолетучих веществ. Выпаривание происходит благодаря подводу теплоты извне (чаще всего используют водяной пар давлением до 1,2 МПа, который называют
 . Она всегда меньше разности между температурами первичного и вторичного паров, так как раствор кипит при более высокой температуре, чем чистый растворитель. Указанное различие в температурах  , называют физико-химической (концентрационной, температурной) депрессией, определяется химической природой раствора и часто достигает больших значений, возрастая с увеличением концентрации и внешнего давления. Например, в случае выпаривание воды при 760 мм рт. ст. 50%-ный водный раствор NaOH кипит при 142,2°С (  = 42,2°С), 75%-ный раствор NaOH-при 192°С (  = = 92,0). Температура кипения раствора повышается также из-за более высокого давления в растворе, чем в паровом пространстве. Одна из главных причин повышения давления - гидростатическое давление раствора, или так называемая гидростатическая депрессия, которая в среднем составляет  =1 -3 °С.
Для проведения процесса применяют выпарные аппараты (выпарные аппараты), работающие под атмосферным и избыточным (до 0,6 МПа) давлением или разрежением (до 0,008 МПа). При работе под избыточным давлением повышается температура кипения раствора, поэтому возможности данного способа ограничены свойствами раствора и температурой теплоносителя. Разрежение в выпаривании а. создается в результате конденсации вторичного пара в специальных конденсаторах, охлаждаемых водой или исходным раствором, и удаления неконденсирующихся газов с помощью вакуум-насоса. Выпаривание в условиях разрежения позволяет снизить температуру кипения раствора; применяется для концентрирования термочувствительных растворов, например лизина. послеспиртовых бард гидролизных производств, а также высококипящих растворов, например H2SO4. В зависимости от способа нагревания концентрируемого раствора выпаривания делят на поверхностные (теплота передается от теплоносителя к раствору через стенку) и контактные, в которых происходит непосредственное соприкосновение теплоносителя с раствором.
|
Последнее изменение этой страницы: 2019-05-07; Просмотров: 294; Нарушение авторского права страницы
, 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.
, производят в аппаратах с принудительной циркуляцией, реже – в прямоточных аппаратах с падающей плёнкой или в роторных прямоточных аппаратах.
,
- массовые расходы начального и конечного раствора, кг/с;
- массовые доли растворенного вещества в начальном и конечном растворе; 
, 
- давление и температура вторичного пара в барометрическом конденсаторе;
, 
- давление и температура вторичного пара в паровом пространстве сепаратора;
- температура кипения раствора в сепараторе;
, 
- давление и температура кипения раствора в трубках (среднее значение);
, 
- давление и температура греющего пара;
- температура разбавленного раствора поступающего в аппарат.
найдем температуру вторичного пара в сепараторе 
:
:
,
при температуре 
, кг/м3;
- высота уровня раствора в кипятильных трубках, м.
. При выпаривании водных растворов можно использовать эмпирическое соотношение:
,
- высота кипятильных труб, м. Принимаем 
.
определяем по давлению 
и концентрации 
. При 
и 
и 
. При 
и 
.
, с которой разбавленный раствор поступает в выпарной аппарат, примем на 
ниже 
, т.к. предварительный нагрев раствора осуществляется вторичным паром:
,
– расход теплоты на нагрев раствора до температуры кипения, Вт;
– расход теплоты на упаривание раствора до конечной концентрации, Вт;
– расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду, Вт.
при расчёте выпарных аппаратов принимается как 3-5% от суммы 
:
,
- производительность по разбавленному раствору;
– удельная теплоёмкость раствора при 
и начальной концентрации 
, Дж/(кг К):
,
- удельная теплота парообразования вторичного пара при температуре 
,
,
; теплообменными трубами диаметром 
и длиной 4000 мм; диаметр циркуляционной трубы 700 мм.