Расчет процесса выпаривания трехкорпусной установки раствора К2CO3 - Курсовая работа

Выпариванием называется концентрирование растворов практически нелетучих или малолетучих веществ в жидких летучих растворителях. Выпариванию подвергают растворы твердых веществ и высококипящие жидкости, обладающие при температуре выпаривания весьма малым давлением пара. Этот процесс происходит благодаря подводу теплоты извне (чаще всего используют водяной пар давлением до 1,2 МПА, который называют греющим, или первичным) и непрерывному удалению образующегося при кипении раствора пара, называют вторичным (при отборе на сторону называют экстрапаром). Она всегда меньше разности между температурами первичного и вторичного паров, так как раствор кипит при более высокой температуре, чем чистый растворитель.Если температура поступающего раствора значительно ниже температуры кипения, то целесообразно его предварительно подогреть в отдельном теплообменнике, чтобы выпарной аппарат работал только как испаритель, а не выполнял частично роль подогревателя, так как в последнем случае коэффициент теплопередачи аппарата несколько снижается. Для проведения процесса применяют выпарные аппараты, которые, зависимости от способа нагревания концентрируемого раствора аппараты выпаривания делят на поверхностные (теплота передается от теплоносителя к раствору через стенку) и контактные (непосредственное соприкосновение теплоносителя с раствором). Это достигается повышением давления греющего пара при постоянном давлении в аппарате или уменьшением, давления в аппарате при постоянных температуре и давлении первичного пара. Для сохранения неизменной производительности выпарные аппараты (при условии постоянства состава выпариваемого раствора и давления) температура греющего пара должна возрастать пропорционально продолжительности работы аппаратов. по роду теплоносителя - с паровым обогревом, газовым обогревом, обогревом высокотемпературными теплоносителями (масло, даутерм, вода под высоким давлением), с электрообогревом (чаще всего применяют паровой обогрев, поэтому в дальнейшем внимание будет уделено аппаратам с паровым обогревом);Существует два вида выпаривания: простое выпаривание и многократное выпаривание.Простое выпаривание осуществляется на установках небольшой производительности, когда затраты теплоты не имеют большого значения. Материальный баланс простого выпаривания включает два уравнения (1) и (2) Обозначим - массовый расход греющего пара, - удельные энтальпии греющего и вторичного пара, конденсата, - начальная и конечная температуры раствора; теплота концентрирования от концентрации до концентрации , - удельные теплоемкости исходного (начального) и конечного растворов, - потери теплоты, - теплота концентрирования. Из равенства (4) следует, что общий расход пара определяется тремя слагаемыми, которые можно интерпретировать следующим образом: первое - расход пара на изменение теплосодержания упариваемого раствора, второе - расход пара на образование вторичного пара и третье - расход пара на компенсацию потерь теплоты в окружающую среду. При расчетах выпарных аппаратов учитывают следующие температурные характеристики: 1) общую разность температур - разность между температурой греющего пара поступающего в выпарной аппарат, и температурой вторичного пара - отбираемого из аппарата, вычисляется по формуле (6)В противоточной многокорпусной установке (рисунок 1) исходный раствор подается в корпус 1, далее в корпуса 2 и 3 и удаляется из корпуса 3 в виде упаренного продукта. Давление в установке уменьшается в направлении от корпуса 1 к корпусу 3, что позволяет перемещать раствор под действием перепадов давлений без дополнительного перекачивающего оборудования. Греющие пары перемещаются в том же направлении, что и раствор: свежий пар вводится в корпус 1; образовавшийся в этом корпусе вторичный пар поступает в качестве греющего в корпус 2; образующийся в нем вторичный пар поступает на обогрев корпуса 3; вторичный пар из корпуса 3 отводится в барометрический конденсатор 4. Свежий греющий пар поступает, как и в предыдущем случае, в корпус 1, а вторичные пары в качестве греющих перемещаются в направлении от корпуса 1 к корпусу 3, и конденсируется в барометрическом конденсаторе 4. Выпариваемый раствор вводится в корпус 3, перемещается в установке в направлении от корпуса 3 к корпусу 1 и отбирается из корпуса 1 насосом 7.Технологическая схема 3-х корпусной установки представлена на рисунке. В трехкорпусной выпарной установке подвергается выпариванию водный раствор Na2CO3 под вакуумом.В соответствии с исходными данными таблицы 2, произведем технологический расчет выпарной установки Количество выпаренной воды общее W 24 в первом корпусе 7,27 во втором корпусе 8 в третьем корпусе 8,27 Конечная концентрация раствора в первом корпусе 12,94 во втором корпусе 19,13 в третьем корпусе 37,83 Распределение концентраций раствора по корпусам установки зависит от соотношения нагрузок по выпариваемой воде в каждом корпусе.

Содержание

Введение

1. Аналитический обзор

1.1 Виды выпаривания

1.1.1 Простое выпаривание

1.1.2 Многократное выпаривание

1.2 Описание технологической схемы

2. Расчет выпарного аппарата

2.1 Расчет концентраций упариваемого раствора по корпусам

2.2 Определение гидравлической депрессии

2.3 Определение гидростатической депрессии

2.4 Определение температурной депрессии

2.5 Определение полезной разности температур

2.6 Определение тепловых нагрузок по корпусам

2.7 Определение коэффициентов теплопередачи

Заключение

Список использованной литературы

Приложение

Выпариванием называется концентрирование растворов практически нелетучих или малолетучих веществ в жидких летучих растворителях. Выпариванию подвергают растворы твердых веществ и высококипящие жидкости, обладающие при температуре выпаривания весьма малым давлением пара.

Выпаривание чаще всего производится при повышенной температуре, иногда при кипении, или под вакуумом . Этот процесс происходит благодаря подводу теплоты извне (чаще всего используют водяной пар давлением до 1,2 МПА, который называют греющим, или первичным) и непрерывному удалению образующегося при кипении раствора пара, называют вторичным (при отборе на сторону называют экстрапаром).

Движущая сила выпаривание - разность температур греющего пара и кипящего раствора, называют полезной. 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.

Для проведения процесса применяют 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 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.

Выпарные установки широко применяются для концентрирования растворов в химической, пищевой и других промышленностях: для термического опреснения соленых вод, для снабжения предприятий греющим паром, обеспечения котельных установок и других промышленных потребителей горячими конденсационными водами. Получение высококонцентрированных растворов, практически сухих и кристаллических продуктов облегчает и удешевляет их перевозку и хранение.