Проектирование выпарной установки для выпаривания 3% водного раствора нитрата калия - Курсовая работа

Начальное 3% масс. Температура раствора: Начальная 20 Полный тепловой расчет и вычертить подогреватель начального раствора.3.1 Материальный баланс процесса выпаривания 3.2 Определение температур и давлений в узловых точках технологической схемы 3.3.1 Расход теплоты на выпаривание 3.4 Расчет греющей камеры выпарного аппарата 3.5.1 Ориентировочный расчет теплообменного аппарата для подогрева раствора перед подачей в выпарной аппаратВыпаривание под вакуумом имеет определенные преимущества перед выпариванием при атмосферном давлении, несмотря на то что теплота испарения раствора несколько возрастает с понижением давления и соответственно увеличивается расход пара на выпаривание 1 кг растворителя (воды). При выпаривании под давлением выше атмосферного также можно использовать вторичный пар, как для выпаривания, так и для других нужд не связанных с процессом выпаривания. При выпаривании под атмосферным давлением вторичный пар не используется и обычно удаляется в атмосферу. В аппаратах с внутренней нагревательной камерой и центральной циркуляционной трубой циркуляционная труба, как и кипятильные трубы, обогревается паром, что снижает разность плотностей раствора и парожидкостной смеси и может приводить к нежелательному парообразованию в самой циркуляционной трубе. Интенсивность циркуляции в аппаратах с подвесной нагревательной камерой (как и в аппаратах с центральной циркуляционной трубой) недостаточна для эффективного выпаривания высоковязких и особенно кристаллизующихся растворов, обработка, которых приводит к частым и длительным остановкам этих аппаратов для очистки рабочих поверхностей.В однокорпусной выпарной установке подвергается выпариванию водный раствор нитрата калия под вакуумом. Исходный раствор нитрата калия с начальной концентрацией масс. долей из емкости Е1 подается центробежным насосом Н2 в теплообменник АТ1, где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения , а затем поступает в греющую камеру выпарного аппарата 4. В данном варианте схемы применен выпарной аппарат с вынесенной греющей камерой и кипением в трубах. Выпариваемый раствор, двигаясь в греющей камере по трубам, нагревается и кипит при средней температуре с образованием вторичного пара.(3.2) где , - соответственно массовые расходы начального и конечного раствора, кг/с; , - соответственно массовые доли растворенного вещества в начальном и конечном растворе; Решая совместно уравнения 3.1 и 3.2 получаем: ;LVI] находим давление вторичного пара в сепараторе при температуре : . Температура кипения раствора в сепараторе выпарного аппарата, при которой конечный раствор выводится из аппарата определяется по формуле: ; (3.3) где , , - давление, Па. Гидростатическое давление в середине высоты труб при определяем по формуле: (3.4) Оптимальная высота уровня по водомерному стеклу определяем по формуле: (3.5) где и - соответственно плотности раствора конечной концентрации и воды при средней температуре кипения , . Находим среднюю температуру кипения: Находим общую разность температур: Находим значение полезной разности температур : .Тепловая нагрузка выпарного аппарата равна: , (3.9) где - расход теплоты на нагревание раствора, КВТ; - расход теплоты на испарение влаги КВТ; - теплота дегидратации. Обычно, эта величина мала по сравнению с другими статьями теплового баланса и ею можно пренебречь; - расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду. Расход теплоты на нагревание раствора , определяется по формуле: , (3.10) где - теплоемкость разбавленного раствора, определяется по формуле: (3.11) где , , , , - удельная теплоемкость воды, определяется по формуле: (3.12) где - температура воды, . Тогда по формуле 3.11 будет равна: и по формуле 3.10 получим: . Расход теплоты на испарение определяется по формуле: (3.13) где - энтальпия вторичного пара, при температуре .Выпарная установка работает при кипении раствора в трубах при оптимальном уровне. При расчете установки мы приняли: тепловая нагрузка ; средняя температура кипения раствора нитрата калия ; температура конденсации сухого насыщенного водяного пара . Для кипящего раствора коэффициент теплопроводности раствора сульфата магния мы рассчитываем по формуле: , (3.15) где , - коэффициент теплопроводности воды, : , (3.16)Значение усредненной по всей теплообменной поверхности разности температур рассчитывается по формуле: ; (3.17) при этом Проходное сечение трубного пространства рассчитываем по формуле: , (3.19) где - внутренний диаметр труб; - динамический коэффициент вязкости начального раствора при средней температуре ; Re - критерий Рейнольдса. По приложению1 при для воды получаем: , а по формуле для раствора находим: , Для обеспечения интенсивного теплообмена подбираем аппарат с турбулентным режимом течения теплоносителей. Максимальное проходное сечение считаем при критерии Рейнольдса : , В то же время проходное сечение можно посчитать по следующей формуле: Тогда число труб рассчитываем по формуле: n= /S=0,0104/0,00035=29 труб 151) находим, что теплоотдача для раствора описывается ура

СОДЕРЖАНИЕ

1. Аналитический обзор

2. Технологическая часть

3. Инженерные расчеты

3.1 Материальный баланс процесса выпаривания

3.2 Определение температур и давлений в узловых точках технологической схемы

3.3 Тепловой баланс выпарного аппарата

3.3.1 Расход теплоты на выпаривание

3.3.2 Определение расхода греющего пара

3.4 Расчет греющей камеры выпарного аппарата

3.5 Полный тепловой расчет подогревателя начального раствора

3.5.1 Ориентировочный расчет теплообменного аппарата для подогрева раствора перед подачей в выпарной аппарат

3.5.2 Подробный расчет теплообменного аппарата

3.5.3 Выбор типа аппарата

3.6 Расчет барометрического конденсатора

3.7 Расчет производительности вакуум - насоса

3.8 Приближенный расчет холодильника

3.9 Определение расходов греющего пара и воды на всю установку

Выводы по проекту

ВВЕДЕНИЕ

В данной работе стоит задача спроектировать установку для выпаривания раствора сульфата магния.

Выпаривание - это процесс концентрирования растворов твердых нелетучих веществ путем частичного испарения растворителя при кипении жидкости.

Выпариванию подвергают растворы твердых веществ (водные растворы щелочей, солей и др.), также высококипящие жидкости, обладающие при температуре выпаривания весьма малым давлением пара, - некоторые минеральные и органические кислоты, многоатомные спирты и др. Выпаривание иногда применяют также для выделения растворителя в чистом виде: при опреснении морской воды выпариванием образующийся из нее водяной пар конденсируют и воду используют для питьевых или технических целях.

При выпаривании обычно осуществляется частичное удаление растворителя из всего объема при его температуре кипения. Поэтому выпаривание принципиально отличается от испарения, которое, как известно, происходит с поверхности раствора при любых температурах ниже температурах кипения. В ряде случаев выпаренный раствор подвергают последующей кристаллизации в выпарных аппаратах, специально приспособленных для этих 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.

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 смесь направляется в сепаратор, где происходит разделение жидкой и паровой фаз.

В таких аппаратах облегчается очистка поверхности от отложений, т.к. доступ к трубам легко осуществляется при открытой верхней крышке греющей камеры.