Использование современных выпарных установок в целлюлозно-бумажной промышленности. Определение температурного режима и схемы работы установки. Расчет вспомогательного оборудования. Основные технико-экономические показатели работы выпарной установки.
Аннотация к работе
В химической и смежной с ней отраслях промышленности жидкие смеси, концентрирование которых осуществляется в помощью выпаривания, отличаются большим разнообразием как физических параметров (вязкость, плотность, температура кипения и др.), так и других характеристик (кристаллизующиеся, пенящиеся и др.). Выпаривание в целлюлозно-бумажной промышленности применяется для концентрирования щелоков при производстве целлюлозы различными способами, для возврата химикатов (сульфата) в производство.В соответствие со схемой питание (рис.1) установки (3-4-2-1) исходный раствор из бака слабого щелока 14 центробежным насосом 8 подается в нижнюю часть корпуса 3 установки, нагретым до температуры кипения в этом корпусе в подогревателе 10. Из корпуса 3 выпариваемый раствор самотеком подается в нижнюю часть корпуса 4, так как давление в сепараторе 3 корпуса больше давления в сепараторе 4 корпуса. Аналогично из корпуса 1 раствор центробежным насосом 10 подается в корпус 1, подогретым до температуры кипения раствора в подогревателе 13.Предварительный расчет требуемой поверхности нагрева выпарных аппаратов для обеспечения заданной производительности установки при известной кратности выпаривания (числе корпусов в выпарной установки) производится по рекомендуемым удельным паропроизводительностям корпусов U, которая для пленочных выпарных аппаратов находится в пределах 13-20 кг/м2ч [1]. Для расчета требуемой поверхности нагрева выпарного аппарата определим общее количество выпариваемой воды W по уравнению материального баланса установки: , где Go - производительность установки по начальному раствору, кг/с; Тогда поверхность нагрева выпарного аппарата составит: , где n - число корпусов в установке.Количество выпариваемой воды в конкретном корпусе выпарной установки зависит от схемы ее работы и определяется расходом греющего пара в этом корпусе, температурой и расходом поступающего в него щелока. Следовательно, распределение выпариваемой воды по корпусам можно определить при решении системы уравнений теплового баланса для конкретной схемы работы установки. Разрывая взаимосвязанных между собой физических величин и параметров, определяющих работу каждого корпуса установки, задаемся условным распределением выпариваемой воды по корпусам, исходя из схемы работы установки.Так как при выпаривании раствора в аппарате в паровую фазу переходит только растворитель (вода), а твердый компонент остается в растворе и в паровую фазу не переходит, то концентрации твердого компонента в щелоке на выходе из любого корпуса установки определяются на основании уравнения материального баланса по твердому компоненту в растворе: , где j=1,2,…,m,…,n - номера отсчета корпусов по ходу раствора;Для щелоков целлюлозного производства концентрационная депрессия мало зависит от давления и во всех корпусах определяется по выходным концентрациям раствора и приближенно рассчитывается по формуле [1]: ?’ =Аехр (Вх), где При известных величинах вакуума в последнем корпусе и давлении греющего пара в первом корпусе определяем абсолютное давление в сепараторах этих корпусов: Р1Г = 216 КПА = 2,2 кгс/см 2 По таблице свойств насыщенного водяного пара LVII [3] путем линейной интерполяции по значениям Р4С и Р1Г находим температуру сокового пара в последнем корпусе установки t4с = 64,92°С и температуру греющего пара в первом корпусе t1Г = 122,26°С Таким образом, с помощью вышеуказанных уравнений последовательно, начиная с последнего корпуса, составим температурные режимы всех корпусов выпарки и определим температуру греющего пара, поступающего в первый корпус: t4с =64,92°С t42 = 64,92 0,65 = 65,57°C t4г = 65,57 11,78-77,35°C t3с = 77,35 3=80,35°C t32 = 80,35 0,51=80,86°C t3г = 80,86 11,78=92,64°C t2с = 92,64 2=94,64°C t22 = 94,64 2,14=96,78°C t2г = 96,78 11,78=108,56°C t1с = 108,56 1=109,56°C t12 = 109,56 0,94=110,50°C t1г = 110,50 11,78=122,28°C Приближенный температурный режим работы выпарки, установленный на предыдущем этапе расчета, дает возможность найти все необходимые параметры для решения системы уравнений теплового баланса с целью уточнения ранее принятых расходов выпариваемой воды по корпусам установки и определения расхода греющего пара в первый корпус.Коэффициент теплоотдачи ?1 при конденсации насыщенного водяного пара на наружной поверхности вертикальных трубок рассчитываю по формуле: где А - коэффициент, учитывающий теплофизические свойства конденсата при средней температуре пленки тпл=0,5 (тіг тст1); Принимаем процесс теплопередачи от конденсирующего пара к раствору (на данный момент времени) установившимся, расчет ведем методом последовательного приближения, в основе которого лежит равенство удельных тепловых потоков от пара к стенке qконд, через стенку qct, накипь qн и от последней к раствору qкип: qконд = qct = qн = qкип = q = const. Суточное приращение накипи для любого 1-ого корпуса рассчитываю по формуле: где u1 - паропроизводительность первого корпуса, кг/ м2 с; x1 - концентрация твердого компонента в растворе, %. м.
План
Содержание
Введение
1. Температурный режим работы установки
1.1 Предварительный выбор поверхности нагрева выпарных аппаратов
1.2 Предварительное распределение выпариваемой воды по корпусам установки
1.3 Расчет концентраций на выходе раствора из корпусов установки
1.4 Определение температурного режима работы установки
1.5 Уточнение распределения выпариваемой воды по корпусам установки.
1.6. Расчет коэффициентов теплопередачи
1.7 Уточненный расчет поверхности теплопередачи и выбор выпарных аппаратов
1.8 Температурный режим при запуске установки в работу
2. Расчет вспомогательного оборудования
2.1 Расчет барометрического конденсатора
2.2 Расчет вакуум-насоса
2.3 Расчет подогревателей раствора
2.4 Расчет и выбор насосов
2.5 Расчет основных трубопроводов
3. Технико-экономические показатели работы выпарной установки
Библиографический список
Введение
В химической и смежной с ней отраслях промышленности жидкие смеси, концентрирование которых осуществляется в помощью выпаривания, отличаются большим разнообразием как физических параметров (вязкость, плотность, температура кипения и др.), так и других характеристик (кристаллизующиеся, пенящиеся 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.
Выпаривание в целлюлозно-бумажной промышленности применяется для концентрирования щелоков при производстве целлюлозы различными способами, для возврата химикатов (сульфата) в производство. Выпаривание черных щелоков сульфатного производства, содержащих поверхностно-активные вещества, приводящие к образованию пены при его выпаривании, чаще всего проводятся в вертикальных колонных выпарных аппаратах с восходящей пленкой.
Современные выпарные установки целлюлозно-бумажной промышленности включают от шести до девяти аппаратов при пяти - или шестиступенчатой схеме выпаривания. Питание корпусов раствором, как правило, осуществляется по смешанной схеме. Расчет таких установок представляет собой сложную задачу, а его трудоемкость значительно превышает возможности учебного процесса.