Расчет и проектирование установки обратного осмоса с доупариванием CuSO4 в двухкорпусной выпарной установке - Курсовая работа

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Химия, химические процессы и технологии Инженерная защита окружающей среды курсовая работа на тему "Рассчитать и спроектировать установку обратного осмоса с доупариванием CUSO4 в двухкорпусной выпарной установке" по дисциплине: "Процессы и аппараты химической технологии" Рассчитать и спроектировать установку для концентрирования 3,33 кг/сек водного раствора CUSO4 от концентрации 0,8 % массовых до 20 % массовых. Первичное концентрирование провести обратным осмосом, окончательное - выпариванием.Здесь рассматривается технологическая схема концентрирования растворов, в которой основным узлом является установка обратного осмоса.Технологическая схема установки представлена на рисунке 1.Исходный раствор неорганической соли из емкости 1 подается насосом 2 на песочный фильтр 3, где очищается от взвесей твердых частиц.Рассчитать и спроектировать установку для концентрирования 3,33 кг/с водного раствора от концентрации 0,8 % массовых до 20 % массовых.Однако начиная с концентраций растворенных веществ 0,2-0,4 моль/л воды, характеристики обратного осмоса начинают ухудшаться: становится существенным снижение удельной производительности мембран и начинает уменьшаться их селективность, которая для разбавленных растворов (при концентрациях не менее 2-10-4 моль/л) остается примерно постоянной. Поэтому примем концентрацию 0,3 моль/л воды в качестве конечной для ступени обратного осмоса.С повышением температуры разделяемого раствора селективность мембран изменяется мало, а удельная производительность увеличивается в первом приближении обратно пропорционально вязкости пермеата (в том диапазоне температур, где мембраны не разрушаются от термических воздействий). В тех случаях, когда технологический раствор, подвергаемый разделению, уже имеет повышенную температуру, экономически оправдана работа и при температурах выше 25 °С. С увеличением перепада рабочего давления через мембрану возрастает движущая сила обратного осмоса и увеличивается удельная производительность мембран.При выборе мембраны следует исходить из того, что она должна обладать максимальной удельной производительностью при селективности, обеспечивающей выполнение требований к качеству пермеата (соответствие санитарным нормам или нормам на техническую воду, допустимым потерям растворенного вещества и т. п.). Кроме того, мембрана должна обладать высокой химической стойкостью по отношению к разделяемому раствору. При работе в нейтральных растворах наибольшее распространение получили ацетатцеллюлозные мембраны, которые характеризуются хорошими разделительными свойствами, но не являются химически стойкими в щелочных и сильнокислых средах (рабочий диапазон 3<PH<8). Истинную селективность мембран по отношению к сильным электролитам можно рассчитать по формуле: , обратный осмос температура давление где и - константы для данной мембраны при определенных давлении и температуре; Ниже представлены характеристики ацетатцеллюлозных мембран для обратного осмоса, выпускаемых в России (характеристики установлены при перепаде рабочего давления через мембрану МПА и рабочей температуре t=25? С, что соответствует выбранным нами рабочим параметрам; в качестве удельной производительности по воде указаны средние значения за длительный период эксплуатации; значения констант а и отвечают размерности в КДЖ/моль).Удельная производительность мембран при разделении обратным осмосом водных растворов электролитов определяется соотношением: где - перепад рабочего давления через мембрану; Удельная производительность на входе разделяемого раствора в аппараты обратного осмоса и на выходе соответственно равна: В первом приближении принимаем, что средняя удельная производительность мембраны может быть выражена как средняя арифметическая величина: Тогда рабочая поверхность мембран составит: 2.1.5 Выбор аппарата и определение его основных характеристик Среди мембранных аппаратов наиболее распространены аппараты с рулонными (спиральными) фильтрующими элементами, с плоскокамерными фильтрующими элементами (типа «фильтр-пресс»), с трубчатыми фильтрующими элементами, с мембранами в виде полых волокон. В установках большой производительности целесообразно использовать аппараты первого или четвертого типа как наиболее компактные (ввиду высокой удельной поверхности мембран). Среди них наиболее перспективны аппараты, каждый модуль которых состоит из нескольких совместно навитых рулонных фильтрующих элементов (РФЭ).Проведем секционирование аппаратов в установке, т. е. определим число последовательно соединенных секций, в каждой из которых разделяемый раствор подается одновременно (параллельно) во все аппараты. Необходимость секционирования обусловлена тем, что при параллельном соединении всех аппаратов велико отрицательное влияние концентрационной поляризации, а при последовательном соединении чрезмерно велико гидравлическое сопротивление потоку разделяемого раствора.

Содержание

Установка обратного осмоса

1. Разработка аппаратурно-технологической схемы установки

1.1 Описание установки

1.2 Принцип действия установки

2. Расчетная часть

2.1 Расчет рабочей поверхности мембран

2.1.1. Степень концентрирования на ступени обратного осмоса

2.1.2. Выбор рабочей температуры и перепада давления через мембрану

2.1.3 Выбор мембраны

2.1.4 Приближенный расчет поверхности мембраны

2.1.5 Выбор аппарата и определение его характеристик

2.1.6 Секционирование аппаратов в установке

2.2 Расчет наблюдаемой селективности

2.2.1 Уточненный расчет поверхности мембран

2.3 Расчет гидравлического сопротивления

Заключение

Выпарная установка

1. Описание технологической схемы

2.1 Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов

2.1.1 Расчет концентраций упариваемого раствора

2.1.2 Определение температур кипения растворов

2.1.3 Расчет полезной разности температур

2.1.4 Определение тепловых нагрузок

2.1.5 Выбор конструкционного материала

2.1.6 Уточненный расчет поверхности теплопередачи

2.1.7 Распределение полезной разности температур

2.1.8 Уточненный расчет поверхности теплопередачи

1.