Расчёт барометрического конденсатора

Задание на проектирование.

 

Спроектировать  трехкорпусную выпарную установку  для концентрирования G_H = 15 000 кг/ч (4.17 кг/с) водного раствора CaCl₂ от начальной концентрации х_н = 9 % до конечной х_к = 38 % при следующих условиях:

1. Обогрев производится насыщенным водяным паром давлением Р_r1 = 1,079 МПа.
2. Давление в барометрическом конденсаторе Р_бк = 0,0147 МПа.
3. Выпарной аппарат — тип 2, исполнение 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аннотация

 

В данной курсовой работе произведен расчет выпарной установки для концентрирования водного раствора CaCl₂ от начальной концентрации х_н = 9 % до конечной х_к = 38% , согласно расчётам выбран выпарной аппарат, выполнены 2 графические работы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Основные условные обозначения  ………………………………….

Нормативные ссылки………………………………………………..

Введение ……………………………………………………….…….

1. Литературный обзор …………………………………….………..

2. Описание технологической схемы ……………………..………..

3. Расчет выпарной установки

3.1. Расчет концентраций упариваемого раствора. …………

3.2. Определение температур кипения растворов. ………….

3.3. Расчет полезной разности температур ……………….…

3.4. Определение тепловых нагрузок ………………….…..…

3.5. Выбор конструктивного материала …………….………..

3.6. Расчет коэффициентов теплопередачи …………………..

3.7. Распределение полезной разности температур…………..

3.8. Уточненный расчет поверхности теплопередачи………..

4 Расчёт барометрического конденсатора

4.1 Определение расхода охлаждающей воды

4.2 Расчёт диаметра барометрического конденсатора

4.3 Расчёт высоты барометрической трубы

Заключение……………………………………………………………..

Список использованной литературы …………………………………

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные условные обозначения

 

с — теплоемкость, Дж/(кг · К);

d — диаметр, м;

D — расход греющего пара, кг/с;

F — поверхность теплопередачи, м²;

G — расход, кг/с;

g — ускорение свободного падения, м/с²;

Н — высота, м;

I — энтальпия пара, кДж/кг;

i — энтальпия жидкости, кДж/кг;

К — коэффициент теплопередачи, Вт/(м² · К);

Р — давление, МПа;

Q — тепловая нагрузка, кВт;

q — удельная тепловая нагрузка, Вт/м²;

r — теплота парообразования, кДж/кг;

Т, t — температура, град;

W, w — производительность по испаряемой воде, кг/с;

х — концентрация, % (масс);

α — коэффициент теплоотдачи, Вт/(м² · К);

ρ — плотность, кг/м³;

μ — вязкость, Па · с;

λ — теплопроводность, Вт/(м · К);

σ — поверхностное натяжение, Н/м;

Re — критерий Рейнольдса;

Nu — критерий Нуссельта;

Рr — критерий Прандтля.

 

Индексы:

 

1, 2, 3 — первый, второй, третий корпус выпарной установки;

в — вода;

вп — вторичный пар;

г — греющий пар;

ж — жидкая фаза;

к — конечный параметр;

н — начальный параметр;

ср — средняя величина;

ст — стенка.

 

 

 

 

Нормативные ссылки.

 

В настоящем курсовом проекте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ   11987 – 81  «Аппараты выпарные, трубчатые»

ГОСТ   1867 – 57   «Вакуум насосы низкого давления»

ОСТ   26716 – 73   «Барометрические конденсаторы»

ГОСТ 15118 – 79 «Аппараты теплообменные кожухотрубчатые с неподвижными трубными решетками и кожухотрубчатые с температурным компенсатором на кожухе. Размещение отверстий под трубы в трубных решетках и перегородках. Основные размеры»

ГОСТ   12.1.003 – 83   «Система стандартов безопасности труда. Шум. Общие требования безопасности»

ГОСТ  12.1.005 – 88  «Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические  требования к воздуху рабочей  зоны»

ГОСТ  12.1.012 – 90  «Система стандартов безопасности труда. Вибрационная безопасность. Общие  требования» 

ГОСТ  12.1.019 – 79  «Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Общие  требования»

ГОСТ  12.2.003 – 91  «Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безовасности»

ГОСТ 12.4.012 – 83 «Система стандартов безопасности труда. Вибрация. Средства измерения  и контроля вибрации на рабочих местах. Технические требования»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Выпариванием называют процесс концентрирования жидких растворов практически нелетучих веществ путем частичного удаления растворителя испарением при кипении жидкости. В процессе выпаривания растворитель удаляется из всего объема раствора, в то время как при температурах ниже температур кипения испарение происходит только с поверхности жидкости.

В химической промышленности выпариванию подвергают растворы твердых веществ (главным  образом водные растворы щелочей, солей  и др.), а также растворы высококипящих  жидкостей, обладающих при температуре  выпаривания очень малым Давлением  пара (некоторые минеральные и  органические кислоты, многоатомные спирты и др.).

Выпаривание иногда применяют также для выделения  растворителя в чистом виде: при  опреснении морской воды выпариванием образующийся из нее водяной пар Конденсируют и полученную воду используют для питьевых или технических целей.

В ряде случаев выпаренный раствор подвергают последующей кристаллизации в специальных  выпарных аппаратах.

Концентрированные растворы и твердые вещества, получаемые в результате выпаривания, легче  и дешевле перерабатывать, хранить  и транспортировать.

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.

Процессы  выпаривания проводят под вакуумом, при повышенном и атмосферном  давлениях. Выбор давления связан со свойствами выпариваемого раствора и возможностью использования тепла  вторичного пара.

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 многостадийные многокорпусные выпарные установки), а также к Конструкциям выпарных аппаратов.

Такое разнообразие требований вызывает 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 компьютеров. 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.

При кипении  растворов нелетучих веществ  в паровую фазу переходит только растворитель. При этом по мере испарения  растворителя и удаления его в  виде паров концентрация раствора, т. е. содержание в нем растворенного  нелетучего вещества, повышается.

 

Нелетучими  веществами называют вещества, обладающие при температуре процесса ничтожно малым давлением пара, например большинство  твердых тел и некоторые высококипящие  жидкости (серная кислота, глицерин и  др.).

 

Процесс концентрирования растворов, заключающийся в удалении растворителя путем испарения при  кипении, называется выпариванием.

 

Большей частью из раствора удаляют лишь часть растворителя, так как в выпарных аппаратах  обычных конструкций упаренный  раствор должен оставаться в текучем  состоянии. Полное удаление растворителя в таких аппаратах возможно в  тех случаях, когда растворенное вещество либо является жидким (например, выпаривание растворов глицерина), либо при температуре процесса находится  в расплавленном состоянии (например, выпаривание растворов аммиачной  селитры или едкого натра). Полное удаление растворителя из раствора возможно также в некоторых аппаратах  специальной конструкции, например в распылительных сушилках.

 

 

В ряде случаев  при выпаривании растворов твердых  веществ достигается насыщение  раствора; при дальнейшем удалении растворителя из такого раствора происходит кристаллизация, т. е выделение из него растворенного твердого вещества.

 

Выпаривание широко применяется для повышения  концентрации разбавленных растворов  или выделения из них растворенного  вещества путем кристаллизации.

 

В промышленности в большинстве случаев выпариваются водные растворы различных веществ, поэтому в дальнейшем рассматривается  только выпаривание водных растворов. Однако описываемые ниже выпарные аппараты и методы их расчета применимы  для выпаривания растворов с  любыми растворителями, а также для  испарения чистых жидкостей.

 

Способы выпаривания

 

Для обогрева выпарных аппаратов применяют нагревающие  агенты. Наибольшим распространением пользуется водяной пар. В некоторых  случаях, когда необходимо проводить  выпаривание при высокой температуре, применяют топочные газы и высокотемпературные  нагревающие агенты (дифенильная смесь, перегретая вода, масло); иногда используют электрический обогрев.

 

Нагревание  выпариваемого раствора производится путем передачи тепла от нагревающего агента через стенку, разделяющую  оба вещества, либо путем непосредственного  соприкосновения веществ. Выпаривание  путем непосредственного соприкосновения  нагревающего агента с раствором  применяется только при обогреве топочными газами.

 

Выпаривание ведут как под атмосферным, так  и под пониженным или повышенным давлением.

 

При выпаривании  раствора под атмосферным давлением  образующийся так называемый вторичный (соковый) пар выпускается в атмосферу. Такой способ выпаривания является наиболее простым.

 

При выпаривании  под пониженным давлением (при разрежении) в аппарате создается вакуум путем  конденсации вторичного пара в специальном  конденсаторе и отсасывания из него неконденсирующихся газов с помощью  вакуум-наcoca.

 

 

Вакуум-выпарка  позволяет снизить температуру  кипения раствора и применяется  для выпаривания чувствительных к высокой температуре растворов (например, растворов органических веществ), а также высококипящих  растворов, когда температура нагревающего агента не дает возможности вести  процесс под атмосферным давлением. Использование вакуума позволяет также увеличить разность температур между нагревающим агентом и кипящим раствором, а, следовательно, уменьшить поверхность теплообмена. Недостатком выпаривания в вакууме является удорожание установки (дополнительные затраты на конденсационное устройство) и ее эксплуатации (расход воды на конденсатор, затрата энергии на вакуум-насос, расходы по обслуживанию, амортизация конденсационного устройства).

 

При выпаривании  под повышенным давлением вторичный  пар может быть использован как  нагревающий агент в подогревателях, для отопления и т. п., а также  для различных технологических  нужд. Выпаривание под давлением  связано с повышением температуры  кипения раствора, поэтому применение данного способа ограничено свойствами раствора и температурой нагревающего агента.

 

Установки, состоящие из одиночного аппарата, вторичный пар из которого не используется (при выпаривании под атмосферным  давлением или при разрежении) или используется вне аппарата, называются однокорпусными выпарными установками.