Производство трехкорпусной выпарной установки - Дипломная работа

Вместе с тем технологические процессы различных производств, представляют собой комбинацию сравнительно небольшого числа типовых процессов (нагревание, охлаждение, выпаривание и т.д.) При кипении растворов нелетучих веществ (например, растворов солей, щелочей, органических веществ с очень низким давлением паров при температуре кипения и т.п.) в пары переходит практически только растворитель. Процесс концентрирования растворов, заключающийся в частичном удалении растворителя путем его испарения при кипении, называется выпариванием [1]. Испарение при температурах ниже температуры кипения данного раствора происходит с его поверхности, в то время как при кипении растворитель испаряется во всем объеме кипящего растворителя из раствора. Обычно из раствора удаляют лишь часть растворителя, так как в применяемых для выпаривания аппаратах вещество должно оставаться в текучем состоянии. Выпаривание под вакуумом имеет ряд преимуществ по сравнению с атмосферной выпаркой: снижается температура кипения раствора, что дает возможность использовать этот способ для выпаривания растворов термически нестойких веществ; повышается полезная разность температур, что ведет к снижению требуемой поверхности теплопередачи выпарного аппарата; несколько снижаются потери теплоты в окружающую среду (так как снижается температура стенки аппарата); появляется возможность использования теплоносителя низкого потенциала.Выпариванием называется концентрирование растворов практически нелетучих или мало летучих веществ в жидких летучих растворителях. Выпариванию подвергают растворы твердых веществ (водные растворы щелочей, солей и др.), а 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 целей. Выпаривание 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). В случае одинаковой полезной разности температур при выпаривании под вакуумом можно использовать греющий агент более низких pa6очих параметров: температура и давление.Исходный раствор, обычно предварительно нагретый до температуры кипения, поступает в первый корпус, обогреваемый свежим (первичным) паром. Вторичный пар из этого корпуса направляется в качестве греющего во второй корпус, где вследствие пониженного давления раствор кипит при более низкой температуре, чем в первом Ввиду более низкого давления во втором корпусе раствор, упаренный в. первом корпусе, перемещается самотеком во второй корпус и здесь охлаждается до температуры кипения в этом корпусе. 1 - 3 - корпуса выпарной установки, 4 - подогреватель, 5 - конденсатор барометрический, 6 - ловушка, 7 - вакуум-насос Аналогично упаренный раствор из второго корпуса перетекает самотеком в третий корпус, который обогревается вторичным паром из второго корпуса. Предварительный нагрев исходного раствора до температуры кипения в первом корпусе производится в отдельном подогревателе 4, что позволяет избежать увеличения поверхности нагрева в первом корпусе. Свежий (первичный) пар поступает в первый корпус, а вторичный пар из этого корпуса направляется для обогрева второго корпуса, затем вторичный пар из предыдущего корпуса используется для обогрева последующего.В качестве хладоносителя для конденсации вторичных паров из последней ступени выпарной установки в конденсаторах используют, как правило, охлаждающую воду из водоемов (рек, озер, брызгального бассейна, градирен). Чтобы правильно спроектировать выпарную установку, необходимо выбрать: схему подогрева раствора; схему подачи раствора в аппараты; оптимальное число ступеней установки; рациональную систему использования вторичных энергетических ресурсов. Греющий пар для первой ступени выпарной установки должен иметь такую температуру, чтобы обеспечивался необходимый перепад температур между теплоносителем и раствором в первом корпусе (не менее 10°С) и чтобы располагаемая разность температур во всей выпарной установке была достаточной для обеспечения полезного перепада температур в каждой ступени с учетом всех депрессий. Раствор перед поступлением на выпаривание в первую ступень выпарной установки подогревают до температуры, по возможности близкой к температуре кипения. Для этой цели в прямоточных схемах в первую очередь используют вторичный пар и конденсат последней ступени, а затем последовательно подогревают раствор в каскаде теплообменников экстрапарами и конденсатом из ступеней более высокого давления.Поверхность теплопередачи каждого корпуса выпарной установки определяется по основному уравнению теплопередачи: (2.1)Распределение концентраций раствора по корпу

Содержание

1. Анализ состояния вопроса исследования

1.1 Общие положение о процессе выпаривания водных растворов

1.2 Многокорпусные выпарные установки

1.3 Выбор схемы выпарной установки

2. Расчет трехкорпусной выпарной установки

2.1 Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов

2.1.1 Концентрации упариваемого раствора

2.1.2 Температуры кипения растворов. Общий перепад давлений в установке равен

2.1.3 Полезная разность температур. Общая полезная разность температур равна

2.1.4 Определение тепловых нагрузок

2.1.5 Расчет коэффициентов теплопередачи

2.1.6 Распределение полезной разности температур

2.1.7 Уточненный расчет поверхности теплообмена

3. Расчет вспомогательных установок выпарного аппарата

3.1 Определение толщины тепловой изоляции

3.2 Расчет барометрического конденсатора

3.2.1 Расход охлаждающей воды

3.2.2 Диаметр конденсатора

3.2.3 Высота барометрической трубы

3.2.4 Расчет производительности вакуум - насоса

4. Вторичные энергоресурсы

4.1 Использование вторичных энергетических ресурсов

4.2 Удельные показатели использования вторичных энергоресурсов

Заключение

Список литературы

Аннотация

Современная промышленность характеризуется весьма большим числом разнообразных производств, различающихся условиями протекания технологических процессов и многообразием физико-химических свойств перерабатываемых веществ и выпускаемой продукции. Вместе с тем технологические процессы различных производств, представляют собой комбинацию сравнительно небольшого числа типовых процессов (нагревание, охлаждение, выпаривание и т.д.) При кипении растворов нелетучих веществ (например, растворов солей, щелочей, органических веществ с очень низким давлением паров при температуре кипения и т.п.) в пары переходит практически только растворитель. По мере его испарения и удаления в виде паров концентрация раствора повышается. Процесс концентрирования растворов, заключающийся в частичном удалении растворителя путем его испарения при кипении, называется выпариванием [1].

Испарение при температурах ниже температуры кипения данного раствора происходит с его поверхности, в то время как при кипении растворитель испаряется во всем объеме кипящего растворителя из раствора.

Обычно из раствора удаляют лишь часть растворителя, так как в применяемых для выпаривания аппаратах вещество должно оставаться в текучем состоянии. В ряде случаев при выпаривании растворов твердых веществ достигается насыщение раствора. При дальнейшем удалении растворителя из такого раствора происходит кристаллизация, т.е. выделение из него твердого вещества.

Процесс выпаривания широко применяется для повышения концентрации разбавленных растворов, выделения из них растворенных веществ путем кристаллизации, а иногда - для выделения растворителя (например, при получении питьевой или технической воды в выпарных опреснительных установках) [2].

Для осуществления процесса выпаривания необходимо теплоту от теплоносителя передать кипящему раствору, что возможно лишь при наличии разности температур между ними. При анализе и расчете процесса выпаривания эту разность температур между теплоносителем и кипящим раствором принято называть полезной разностью температур. В качестве теплоносителя в выпарных аппаратах чаще всего используют насыщенный водяной пар, который называют греющим или первичным, хотя, конечно, для этой цели могут быть применены и другие виды нагрева, и другие теплоносители.

Таким образом, выпаривание является типичным процессом переноса теплоты от более нагретого теплоносителя - греющего пара - к кипящему раствору. Основные отличия процесса выпаривания, вследствие которых выпаривание в ряду тепловых процессов выделяют в самостоятельный раздел, заключаются в особенностях его аппаратурного оформления и методе расчета выпарных установок.

Выпаривание проводят при атмосферном давлении, под вакуумом или под давлением, большим атмосферного. Образующийся при выпаривании растворов пар называется вторичным, или соковым [3].

Выпаривание под вакуумом имеет ряд преимуществ по сравнению с атмосферной выпаркой: снижается температура кипения раствора, что дает возможность использовать этот способ для выпаривания растворов термически нестойких веществ; повышается полезная разность температур, что ведет к снижению требуемой поверхности теплопередачи выпарного аппарата; несколько снижаются потери теплоты в окружающую среду (так как снижается температура стенки аппарата); появляется возможность использования теплоносителя низкого потенциала. К недостаткам выпаривания под вакуумом относятся удорожание установки (так как требуется дополнительное оборудование - конденсатор, вакуум-насос и др.), а также несколько больший расход греющего пара на 1 кг выпариваемой жидкости (вследствие снижения давления над раствором происходит увеличение теплоты испарения растворителя).

При выпаривании под повышенным давлением (выше атмосферного) вторичный пар может быть использован в качестве греющего агента для различных технологических нужд.

В случае, если в выпарной установке имеется один выпарной аппарат, такую установку называют однокорпусной. Если же в установке имеются два и более последовательно соединенных корпусов, то такую установку называют многокорпусной. В этом случае вторичный пар одного корпуса используют для нагревания в других выпарных аппаратах той же установки, что приводит к существенной экономии свежего греющего пара. Вторичный пар, отбираемый из выпарной установки для других нужд, называют экстрапаром. В многокорпусной выпарной установке свежий пар подают только в первый корпус. Из первого корпуса образовавшийся вторичный пар поступает во второй корпус этой же установки в качестве греющего, в свою очередь вторичный пар второго корпуса поступает в третий корпус в качестве греющего и т.д.

При больших производительностях (от нескольких кубических метров выпариваемого раствора в час и выше), что характерно для промышленности, выпаривание проводят по непрерывному принципу. В аппаратах непрерывного действия обычно создают условия для интенсивной циркуляции раствора, т.е. в таких аппаратах гидродинамическая структура потоков близка к модели идеального смешения. Поэтому концентрация раствора в таких аппаратах ближе к конечной, что приводит к ухудшению условий теплопередачи (так, с повышением концентрации раствора увеличивается его вязкость и, следовательно, снижается коэффициент теплоотдачи от стенки к раствору) [4].