Проект однокорпусной выпарной установки

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 07 Января 2014 в 20:25, курсовая работа

Описание работы

Выполнить проект однокорпусной выпарной установки для концентрирования водного раствора . Производительность по исходному раствору Gн=5кг/с. Раствор упаривается от концентрации Хн=10% до Хк=25%. Давление греющего пара Р=0,2МПа, давление в барометрическом конденсаторе Ро=0,04МПа. Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к кипящему раствору равен К=800Вт/м²К. Исходный раствор перед подачей в выпарной аппарат подогревается греющим паром в кожухотрубчатом теплообменнике от температуры tн=25°С до температуры кипения. Рассчитать поверхности нагрева выпарного аппарата и теплообменника для подогретого разбавленного раствора. Выполнить расчет барометрического конденсатора.

Файлы: 1 файл

Пояснительная.doc

— 479.50 Кб (Скачать файл)

Федеральное агентство по образованию

 

Государственное образовательное  учреждение высшего

Профессионального образования

Санкт-Петербургский  Государственный Технологический  институт

(Технический университет)

 

Кафедра инженерной защиты окружающей среды

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

Проект однокорпусной  выпарной установки

 

 

 

 

 

 

     Выполнил:  студент ____________________________

____________________________

Проверил:  ____________________________

____________________________

 

 

Санкт-Петербург

2010г.

Задание на курсовой проект:

Выполнить проект однокорпусной  выпарной установки для концентрирования водного раствора . Производительность по исходному раствору Gн=5кг/с. Раствор упаривается от концентрации Хн=10% до Хк=25%. Давление греющего пара Р=0,2МПа, давление в барометрическом конденсаторе Ро=0,04МПа. Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к кипящему раствору равен К=800Вт/м²К. Исходный раствор перед подачей в выпарной аппарат подогревается греющим паром в кожухотрубчатом теплообменнике от температуры tн=25°С до температуры кипения. Рассчитать поверхности нагрева выпарного аппарата и теплообменника для подогретого разбавленного раствора. Выполнить расчет барометрического конденсатора. Представить схему однокорпусной вакуум-выпарной установки и выполнить чертеж выпарного аппарата.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

 

 

  1. Введение……………………………………………………………………..4
  2. Технологическая схема и ее описание…………………………………….7
  3. Основные свойства рабочих сред………………………………………….9
  4. Расчетная часть……………………………………………………….........11
  5. Заключение………………………………………………………………...16
  6. Список литературы………………………………………………………..17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

 

Процесс концентрирования растворов, заключающийся в частичном  удалении растворителя путем его испарения при кипении, называется выпариванием. Выделение солей из водных растворов в виде кристаллов – типичный процесс в химической технологии. В промышленных масштабах растворы в пересыщенном состоянии можно получать различными способами, однако наибольший практический интерес представляет именно выпаривание.

Выпарные установки  и аппараты применяются в химической, металлургической, микробиологической промышленности, в производстве различных минеральных солей, органических полупродуктов и удобрений, белково-витаминных концентратов, кормовых дрожжей и других продуктов, а также для регенерации различных растворов с целью возврата их в технологический цикл и термического обезвреживания промышленных стоков.

Простое выпаривание осуществляется на установках небольшой производительности, когда экономия тепла не имеет большого значения. Кроме того, простое выпаривание на установках периодического действия оправдывается в случае выпаривания растворов, отличающихся высокой депрессией. При простом выпаривании сточную жидкость нагревают до 100°С, что вызывает большой расход тепла. В процессе простого выпаривания после удаления растворителя низкомолекулярные фракции остаются в осадке и, соответственно, снижают прочностные показатели образцов. 

Преимущества выпаривания в вакууме обусловливаются следующими обстоятельствами. 
1. В разреженном пространстве все жидкости кипят при более низких температурах, чем при атмосферном давлении. Это дает возможность уменьшить величину поверхности теплопередачи в вакуум-выпарном аппарате, так как при пониженной температуре кипения достигается значительно большая разность температур между греющим паром и кипящим раствором. Это же обстоятельство позволяет использовать для нагревания при выпаривании в вакууме пар низкого давления, что имеет большое значение там, где в производстве имеется отработанный мятый пар. 
2. Выпаривание в вакууме позволяет концентрировать такие растворы, которые при атмосферном давлении кипят при высоких температурах и кипячение которых при атмосферном давлении, во-первых, может иногда повести к целому ряду побочных процессов, изменяющих свойства раствора (окисление, осмоление, осахаривание и т. п.), и во-вторых, всегда требует нагревания паром высокого давления или топочными газами. 
3. Наконец, за счет пониженной температуры кипения в вакуум-выпарных аппаратах потери тепла в окружающую среду, а стало быть и расход греющего пара, идущего на компенсацию этих потерь, будут значительно меньше, чем при простом выпаривании.

Однако вакуумные выпарные установки более сложны в отношении оборудования и в эксплуатации.

Конструкция выпарного  аппарата должна удовлетворять ряду общих

требований, к  числу которых относятся: высокая  производительность и

интенсивность теплопередачи при возможно меньших  объёме аппарата и расходе металла на его изготовление, простота устройства, надёжность в

эксплуатации, легкость очистки поверхности теплообмена, удобство осмотра,

ремонта и замены отдельных частей.

       Вместе с тем выбор конструкции  и материала выпарного аппарата

определяется в каждом конкретном случае физико-химическими свойствами

выпариваемого раствора (вязкость, температурная  депрессия, кристаллизуемость, термическая стойкость, химическая агрессивность и др.)

       Как  указывалось,  высокие   коэффициенты  теплопередачи   и   большие

производительности  достигаются   путём   увеличения   скорости   циркуляции

раствора. Однако одновременно возрастает расход  энергии  на  выпаривание  и

уменьшается полезная разность температур, т. к. при  постоянной  температуре

греющего пара с  возрастанием  гидравлического  сопротивления  увеличивается

температура кипения  раствора. Противоречивое влияние  этих  факторов  должно

учитываться  при  технико-экономическом   сравнении   аппаратов   и   выборе

оптимальной конструкции.

       Ниже  приводятся  области преимущественного использования выпарных

аппаратов различных  типов.

       Для  выпаривания  растворов   небольшой  вязкости  ~8(10-3  Па(с,  без

образования  кристаллов  чаще  всего  используются   вертикальные   выпарные

аппараты  с  многократной  естественной   циркуляцией.   Из   них   наиболее

эффективны  аппараты  с  выносной  нагревательной  камерой  и  с   выносными необогреваемыми  циркуляционными трубами.

           Выпаривание  некристаллизующихся   растворов   большой   вязкости,

достигающей порядка  0.1  Па(с,  производят  в  аппаратах  с  принудительной

циркуляцией, реже –  в  прямоточных  аппаратах  с  падающей  плёнкой  или  в

роторных прямоточных  аппаратах.

       В роторных  прямоточных  аппаратах,  как  отмечалось,  обеспечиваются

благоприятные  условия   для   выпаривания   растворов,   чувствительных   к

повышенным  температурам.

       Аппараты  с  принудительной  циркуляцией   широко   применяются   для

выпаривания кристаллизующихся  или вязких растворов. Подобные растворы  могут эффективно  выпариваться  и  в  аппаратах  с   вынесенной   зоной   кипения, работающих  при  естественной  циркуляции.  Эти  аппараты  при   выпаривании кристаллизирующихся растворов могут конкурировать с выпарными  аппаратами  с принудительной циркуляцией.

       Для сильно пенящихся растворов   рекомендуется  применять   аппараты  с

поднимающейся пленкой.

В данном проекте представлена однокорпусная вакуум-выпарная установка.

 

 

2. Технологическая схема и ее описание.

 

 

 

 

 

 

 

В данной установке  использованы кожухотрубчатый горизонтальный теплообменник (1), выпарной аппарат с естественной циркуляцией и внутренней циркуляционной трубой (2), барометрический конденсатор (3), вакуум-насос (4).     

 В однокорпусной  выпарной установке подвергается  выпариванию  водный раствор хлорида кальция под вакуумом.

       Исходный раствор СаCl2  в теплообменник,  где подогревается до   температуры,   близкой   к температуре кипения, затем поступает в  греющую  камеру  выпарного  аппарата. Предварительный  подогрев  раствора повышает интенсивность кипения. Выпариваемый раствор, нагревается и кипит  с образованием вторичного  пара.  Отделение  пара  от  жидкости  происходит  в сепараторе выпарного аппарата. Освобожденный от  брызг  и  капель  вторичный пар удаляется из верхней части сепаратора.

       Движение  раствора  и  вторичного  пара  осуществляется   вследствие перепада давлений, создаваемого барометрическим конденсатором  и вакуум-насосом.  В барометрическом  конденсаторе  вода и пар движутся  в противоположных направлениях (пар – снизу, вода –  сверху).  Смесь охлаждающей  воды  и  конденсата  выводится  из  конденсатора  самотеком  по барометрической трубе.

Теплообменники предназначены  для нагрева и охлаждения. Они  достаточно просты в изготовлении, отличаются возможностью развивать большую поверхность теплообмена в одном аппарате, надежны в работе.

В данном выпарном аппарате в нижней  части  вертикального  корпуса находится нагревательная камера, состоящая  из  двух  трубных  решёток,  в которых закреплены развальцованные кипятильные трубы и циркуляционная  труба большого  диаметра,  установленная по  оси камеры. В межтрубное пространство нагревательной  камеры  подаётся  греющий пар. Как отмечалось, циркуляция раствора в аппарате происходит  в следствие разности плотностей раствора в циркуляционной трубе и паро-жидкостной  смеси в  кипятильных  трубах.  Возникновение   достаточной   разности   плотностей обусловлено тем,  что  поверхность  теплообмена  каждой  кипятильной  трубы, приходящаяся на единицу объёма упаренного раствора, значительно больше,  чем у циркуляционной трубы, так  как  поверхность  трубы  находится  в  линейной зависимости  от  её  диаметра,  а  объём  жидкости  в  трубе  пропорционален квадрату её диаметра. Следовательно, парообразование  в  кипятильных  трубах

должно протекать  значительно интенсивней,  чем  в  циркуляционной  трубе,  а плотность раствора в  них  будет  ниже,  чем  в  этой  трубе.  В  результате обеспечивается   естественная   циркуляция,   улучшающая   теплопередачу   и препятствующая образованию накипи на поверхности теплообмена.

Для создания вакуума  в выпарных установках обычно применяют  конденсаторы смешения с барометрической  трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подается в конденсатор чаще всего при температуре окружающей среды. Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуум-насоса откачивают неконденсирующиеся газы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Основные свойства рабочих сред

Основными средами для  данной установки по условиям задачи являются вода, насыщенный водяной пар и раствор хлорида кальция.

Вода – прозрачная жидкость, не имеющая (в малом объеме) цвета и запаха. Химическая формула: . В твердом состоянии называется льдом или снегом, а в газообразном – водяным паром. Молярная масса воды 18г/моль.

Давление

Р, МПа

t кипения,

°С

Плотность

Ρ, кг/м³

Динамич.вязкость

μ, 10¯³м²/с

Теплоемкость

С, Дж/кгК

0,1

100

1

0,54

4190


 

Пар — газообразное состояние вещества в условиях, когда газовая фаза может находиться в равновесии с жидкой или твёрдой фазами того же вещества. Процесс возникновения пара из жидкой (твёрдой) фазы — называется "парообразованием". Обратный процесс называется конденсация.

Насыщенный пар — пар, находящийся в термодинамическом равновесии с жидкостью или твердым телом того же состава. Давление насыщенного пара сильно зависит от температуры.

Давление

Р, МПа

Температура

t°C

Энтальпия

I, кДж/кг

0,04

75,4

2632

0,038

76,4

2636

0,052

80,9

2307

0,2

119,6

2607

Информация о работе Проект однокорпусной выпарной установки