Технологический расчет выпарного аппарата. Температуры кипения растворов. Полезная разность температур. Определение тепловых нагрузок. Расчет коэффициентов теплопередачи. Толщина тепловой изоляции выпарной установки. Высота барометрической трубы.
Аннотация к работе
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. При выпаривании обычно осуществляется частичное удаление растворителя из всего объема раствора при его температуре кипения. Поэтому выпаривание принципиально отличается от испарения, которое, как известно, происходит с поверхности раствора при любых температурах ниже температуры кипения. Однако в подавляющем большинстве случаев в качестве греющего агента при выпаривании используют водяной пар, который называют греющим, или первичным.В связи с тем, что при выполнении курсового проекта по процессам и аппаратам подобная задача пока не ставится, число корпусов в установке, давление греющего пара и вакуум в конденсаторе обычно входят в задание на проектирование. Ниже приведен расчета двухкорпусной установки, состоящей из выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией и вынесенной зоной кипения. Исходный разбавленный раствор из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подается в теплообменник 3 (где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения), а затем - в первый корпус 4 выпарной установки. Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус 5.Аппарат (приложение 2) состоит из греющей камеры, сепаратора с брызгоотделителем, циркуляционного насоса с электроприводом и циркуляционной трубы. Кипение раствора в аппарате происходит в трубе вскипания при выходе раствора в сепаратор. Кипение в трубах предотвращается за счет гидростатического давления столба жидкости в трубе вскипания. Уровень раствора в аппарате должен поддерживаться по нижней образующей штуцера входа парожидкостной смеси в сепаратор. Циркуляция раствора в аппарате осуществляется осевым насосом по замкнутому контуру: сепаратор - циркуляционная труба - насос - греющая камера - сепаратор.Целью расчета является расчет необходимой поверхности теплообмена и выбор нормализованного выпарного аппарата.Исходная концентрация раствора хн, % масс 5 Поверхность теплопередачи каждого корпуса выпарной установки определяют по основному уравнению теплопередачи: .Производительность установки по выпариваемой воде определяют из уравнения материального баланса: Подставив, получим: кг ?с.Тогда давления греющих паров в корпусах (в МПА) равны: давление пара в барометрическом конденсаторе Температуру кипения раствора в корпусе принимают соответствующей температуре кипения в среднем слое жидкости. Таким образом, температура кипения раствора в корпусе отличается от температуры греющего пара в последующем корпусе на сумму температурных потерь от температурной , гидростатической и гидродинамической депрессий Гидродинамическая депрессия обусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Давление в среднем слое кипящего раствора каждого корпуса определяется по уравнению: где Н - высота кипятильных труб в аппарате, м;Общая полезная разность температур равна: Полезные разности температур по корпусам (в 0С) равны: 125-110,5 = 14,5, 105 - 69= 36.Расход греющего пара в 1 - й корпус, производительность каждого корпуса по выпаренной воде и тепловые нагрузки по корпусам определим путем совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения баланса по воде для всей установки: . Q1конц, Q2конц - теплоты концентрирования по корпусам, КВТ; тн - температура кипения исходного раствора при давлении в 1-м корпусе; Рассчитаем теплоту концентрирования для 2 - го корпуса: Q2конц = Gcyx· q = GH·хн· q где q - разность интегральных теплот растворения при концентрациях х1 и х2, КДЖ ?кг. Сравним Q2конц с ориентировочной тепловой нагрузкой для 2-го корпуса Q2ор: КВТ. Поскольку Q2конц составляет значительно меньше 3 % от Q2ор, в уравнениях тепловых балансов по корпусам пренебрегаем величиной Q2конц.Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора сахарного сиропа в интервале изменения концентраций от 5 до 60 %.Коэффициент теплопередачи для первого корпуса определяют по уравнению аддитивности термических сопротивлений: . Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки и накипи . соответственно плотность (кг?м3), теплопроводность Вт ?(м·К), вязкость (Па·с) конденсата при средней температуре пленки тпл = тгп1 - t1 ?2, где t1 - разность температур конденсации пара и стенки, град. тпл= 125 - 2 ?2=124 0С. В первом приближении примем t1=2 град. , где q - удельная тепловая нагрузка, Вт ?м2; - перепад температур на стенке, град; - разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, град.Полезные разности температур в корпусах установки находим из условия
План
Содержание
Задание
Введение
1. Описание технологической схемы выпарной установки
2. Конструкция выпарного аппарата
3. Технологический расчет выпарного аппарата
3.1 Цель расчета
3.2 Исходные данные
3.3 Материальный баланс
3.4 Температуры кипения растворов
3.5 Полезная разность температур
3.6 Определение тепловых нагрузок
3.7 Выбор конструкционного материала
3.8 Расчет коэффициентов теплопередачи
3.9 Распределение полезной разности температур
3.10 Уточненный расчет поверхности теплопередачи
3.11 Определение толщины тепловой изоляции
4. Расчет барометрического конденсатора
4.1 Расход охлаждающей воды
4.2 Диаметр конденсатора
4.3 Высота барометрической трубы
4.4 Расчет производительности вакуум - насоса
5. Прочностной расчет основных элементов выпарного аппарата
5.1 Цель расчета
5.2 Исходные данные
5.3 Обечайка сепаратора
5.4 Днище сепаратора
5.5 Обечайка греющей камеры
5.6 Трубна решетка
Заключение
Список использованной литературы
Введение
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.
При выпаривании обычно осуществляется частичное удаление растворителя из всего объема раствора при его температуре кипения. Поэтому выпаривание принципиально отличается от испарения, которое, как известно, происходит с поверхности раствора при любых температурах ниже температуры кипения. В ряде случаев выпаренный раствор подвергают последующей кристаллизации в выпарных аппаратах, специально приспособленных для этих целей.
Получение высококонцентрированных растворов, практически сухих и кристаллических продуктов облегчает и удешевляет их перевозку и хранение.
Тепло для выпаривания можно подводить любыми теплоносителями, применяемыми при нагревании. Однако в подавляющем большинстве случаев в качестве греющего агента при выпаривании используют водяной пар, который называют греющим, или первичным.
Первичным служит либо пар, получаемый из парогенератора, либо отработанный пар, или пар промежуточного отбора паровых турбин.
Пар, образующийся при выпаривании кипящего раствора, называется вторичным.
Тепло, необходимое для выпаривания раствора, обычно подводится через стенку, отделяющую теплоноситель от раствора. В некоторых производствах концентрирование растворов осуществляют при непосредственном соприкосновении выпариваемого раствора с топочными газами или другими газообразными теплоносителями.
Выпаривание проводят в одиночных выпарных аппаратах (однокорпусных выпарных установках). Однако наиболее распространены многокорпусные выпарные установки, состоящие из нескольких выпарных аппаратов, или корпусов, в которых вторичный пар каждого предыдущего корпуса направляется в качестве греющего в последующий корпус. При этом давление в последовательно соединенных (по ходу выпариваемого раствора) корпусах снижается таким образом, чтобы обеспечить разность температур между вторичным паром из предыдущего корпуса и раствором, кипящим в данном корпусе, т. е. создать необходимую движущую силу процесса выпаривания. В этих установках первичным паром обогревается только первый корпус. Следовательно, в многокорпусных выпарных установках достигается значительная экономия первичного пара по сравнению с однокорпусными установками той же производительности.
В химической и смежной с ней отраслях промышленности жидкие смеси, концентрирование которых осуществляется выпариванием, отличаются большим разнообразием как физических параметров (вязкость, плотность, температура кипения, величина критического теплового потока и др.), так и других характеристик (кристаллизующиеся, пенящиеся, нетермостойкие растворы и др.). свойства смесей определяют основные требования к условиям проведения процесса (вакуум - выпаривание, прямо - и противоточные, одно - и многокорпусные выпарные установки), а также к конструкциям выпарных аппаратов.
Такое разнообразие требований выбывает определенные сложности при правильном выборе схемы выпарной установки, типа аппарата, числа ступеней в многокорпусной выпарной установке. В общем случае такой выбор является задачей оптимального поиска и выполняется технико - экономическим сравнением различных вариантов с использованием ЭВМ.