Випарювання

Вступ

Хімічний комплекс України за рівнем своєї впливовості залишається важливим чинником промислового і технологічного розвитку країни. Його продукція забезпечила в 2007 році близько 6% ВВП, 6,5% загального промислового виробництва, близько 9% загального експорту продукції.

Впродовж останніх 7 років названі макроекономічні показнки хімічної галузі принципово не змінилися, вони достатньо стійкі, що свідчить про стабільність ролі і місця галузі в промисловому розвитку України.              Характерними особливостями хімічного комплексу України є: високий рівень експортабельності, доменування сегментів з виробництва хімічної сировини та напів продуктів, а також мінеральних добрив, високий рівень концентрації виробництва і незавершений інституційний устрій галузі.

На більшості підприємств-товаровиробників мінеральних добрив у структурі виробництва суттєво виросла частка мінеральних добрив, на частині з них вона стала домінуючою.

Аналіз свідчить, що впродовж останніх 5 років названий структурний напрямок підтвердив свою пріоритетність. Виробництво мінеральних добрив зберегло свою стабільність, розширився асортимент мінеральних добрив (зокрема за рахунок збільшення випуску комплексних добрив, тощо).

Безводний магнію хлорид являється сировиною в промисловості металевого магнію. Шестиводневий магнію хлорид використовують для отримання магнезіальних цементів, які служать основою для виготовлення багатьох будівельних матеріалів.

Магнію хлорид використовують також в текстильній промисловості, для надання вогнетривкості деревині і т.д. Хлористий магній MgCl2 – безкольорові кристали гексагональної системи; густина 2325кг/м3, температура плавління 713˚С; температура кипіння 1412˚С; теплота утворення ΔН˚298 =-153,40 кДж

1.1   Фізичні основи процесу випарювання

Випарювання – це процес концентрування розчинів твердих нелетучих речовин шляхом часткового випарування розчинника при кипінні рідини, тобто коли тиск пару над розчином рівний тиску в робочому обємі апарату.

Випарювання використовують для концентрування розчинів використовують в виробництві мінеральних добрив, цукру, кормових дріджів. Випарювання використовують також при концентруванні водних розчинів лугів ( їдкий натр та їдкий калій), солей (NaCl, NH4NO3, Na2SO4), для регенирації різних розчинів з метою повернення їх в технологічний цикл.

В якості прикладу випарювання з виділенням чистого розчинника з розчину можна привести опріснення морської води, коли конденсують водяний пар який утворився та отриману воду використовують для різних цілей.

Для отримання нелетучих речовин в твердому вигляді випарений розчин підвергають кристалізації,що значно полегшує зберігання, транспортировку та переробку.

В технологічних прочесах хімічної промисловості найбільш часто випарюють водні розчини різних нелетучих речовин.

Для нагріву розчинів які будуть випаровуватись до кипіння використовують електрообогрів та високотемпературні теплоносії, але найбільше використання знайшов водяний пар, який характеризується високою питомою теплотою конденсації та високим коефіцієнтом тепловіддачі. Пара, яку використовують для обогріву апарату, називають первинним, а пара, яка утворюється при кипінні розчину – вторичною.

Нагрів розчину в більшості апаратів здійснюється шляхом передачі теплоти через стінку і тільки при обогріві топочними газами – шляхом безпосередньо дотикання з розчином.

Випарювання ведуть під вакуумом, при атмосферному та повишеному тисках.

При випарюванні під вакуумом знижується температура кипіння розчину, що дає можливість використовувати для обогріву апарату пари низького тиску. Цей спосіб використовують при випаренні розчинів, які чутливі до високих температур. Збільшується корисна різниця температур гріючої пари та киплячого розчину, що дозволяє зкоротити поверхність теплообміну та габарити апарату.

При випарюванні під атмосферним тиском, вторинна пара не використовується і викидається в атмосферу.

Випарювання під повишеним тиском викликає підвищення температури кипіння розчину і дає можливість використовування вторинної пари для обогріву інших корпусів випарної установки з меншим тиском. Вторинна пара може бути використана для інших теплотехнічних цілей.

Рухомою силою процесу являється корисна різниця температур – це різниця між температурою гріючої пари та температурою кипіння. Чим вищя корисна різниця речовин, тим інтенсивніше протікає процес випарювання,тим менша площа нагріву випарного апарату.

Збільшити корисну різницю температур можливо зменшивши температуру кипіння, тобто зменшивши тиск в апараті або підвисити температуру гріючої пари.

Природна циркуляція відбувається за рахунок різниці густин парорідиної суміщі  в кип׳ятильних трубах та упареного розчину в циркуляційній трубі. Потрібна швидкість природної циркуляції досягається при корисній різниці температур не менше 8-10˚С.

Примусова циркуляція відбувається за рахунок роботи насосу.

Вибір способу циркуляції залежить від властивостей розчину.

1.2   Опис технологічної схеми

Вихідний розведений розчин магнію хлориду кількістю 22кг/с та початковою концентрацією 7%(мас.) з проміжної ємності 13 відцентровим 12 подається в теплообмінник 1, де підігрівається до температури 115˚С, а потім в перший корпус 2 випарної установки. Попередній підігрів розчину підвищує інтенсивність кипіння в випарному апараті. Перший корпус та теплообмінник обігріваються насиченою водяною парою тиском 0,3МПа, яка поступає з котельні. Вторинна пара, яка утворюється при концентруванні розчину в першому корпусі, температурою 113,7˚С, йде в якості гріючої в другий корпус 3. Сюди ж поступає частково зконцентрований до 11%(мас.) розчин MgCl2 з першого корпусу.

Свавілльний перетік розчину та вторинної пари в наступний корпус можливий завдяки загальному перепаду тиску, що виникає в результаті утворення вакууму конденсацією вторинної пари з останнього корпусу в барометричному конденсаторі змішивання 5, де заданий тиск 0,02МПа підтримується подачею охолоджуючої води з водооборотної системи та відсосом газів, що не конденсуються вакуум – насосом 8. Суміш охолоджуючої води та конденсату виводиться з конденсатору завдяки барометричній трубі з гідрозатвором 7 та відправляються на охолодження до градирні. Розчин, який утворився у другому корпусі концентрацією 32%(мас.), поступає у зборник упаренного розчину, звідкілля відцентровим насосом 9 подається споживачеві. Конденсат гріючої пари з першого корпусу випарної установки та теплообмінника подається в котельню, а конденсат з другого – на технологічні проблеми виробництва.

1.3   Вибір, описання устрою та принципу роботи апарата

Випарний апарат з природною циркуляцією складається з співвісної або винесеної гріючої камери, в якій розташована поверхня теплообміну та відбувається випарювання розчину; сепаратора – простір, в якому вторинна пара відділяється від розчину; бризкоуловлювача та циркуляційної труби.

Апарат – безперервної дії: свіжий розчин крізь штуцер потрапляє в трубний простір гріючої камери, де він підігрівається до температури кипіння за рахунок тепла пари. В міжтрубний простір подається через штуцер гріюча пара. Киплячий розчин з трубок потрапляє в конічну частину сепаратору, де від розчину відділяється вторинна пара. По циркуляційній трубі розчин опускається, змішуючись з свіжою порцією, і знову проходить трубний простір. Завдяки різниці густин упареного і свіжого розчинів відбувається його безперервна циркуляція. При досягненні необхідної концентрації упарений розчин безперервно виводиться крізь штуцер. Вторинна пара проходить крізь бризкоуловлювач, де краплі розчину віддаляються і виводяться крізь штуцер. Для огляду, ремонту та чистки апарату є люк – лаз.

При виборі апарату враховують фізичні параметри( в׳язкість, густина, температура кипіння, та інше) речовини. Властивості сумішей визначають основні вимоги до умов процесу( вакуум-випарювання, прямо-,та протитечні, одно- та багатокорпусні випарні установки), а також до конструкцій випарних апаратів.

Найбільше поширення отримали випарні апарати з паровим обогрівом, маючі поверхні теплообміну, виконану з труб.

В залежності від характеру руху киплячої рідини в випарному апараті розрізнюють:

1) випарні апарати з вільною циркуляцією;

2) випарні апарати з природною циркуляцією;

3) випарні апарати з примусовою циркуляцією;

1.4 Охорона праці та безпека життєдіяльності

Охорона праці – це система законодавчих актів та відповідних їм соціально-економічних, технічних, гігієнічних та організаційних заходів, які забезпечюють безпеку, збереження здоров׳я та працездатність людини в процесі праці.

Солі магнію при прийняті усередину діють на людину як “осмотичне” проносне, причому токсичного ефекту звичайно не спостерігається внаслідок повільного всмоктування та швидкого виділення. Усе ж  приймання усередину великих доз небезпечне.

Гранично допустима концентрація для MgCl2 1,030мг/м3.

Захист органів дихання: распіратори типу “Лепесток”, Ф-62Ш, У-2К, “Астра-2”, РПГ-67 та інші. Пилозазисний одяг.

До засобів колективного захисту від ураження електричним струмом відносяться:

-ізолююче обладнання та покриття;

-захисне заземлення, занулення та захисного відключення;

-устрої дистанційного керування; запобіжники, тощо.

До засобів індивідуального захисту відносяться паски, диелектричні гумові рукавиці, боти,килимки, тощо.

До засобів захисту від статичного струму відносяться заземляючі устрої, антиелектростатичні речовини.

Всі поверхні, які мають температуру вище 45˚С, теплоізолюють. На проектуємій дільниці теплоізольовані трубопроводи подачі гріючої пари, відводу конденсату, сокової пари, підігрівач, перший та другий корпуси випарної установки.

Приміщення де відбувається процес випарювання відноситься до катеорії Г, так як до цієї категорії відносяться приміщення, в яких знаходяться негорючі речовини і матеріали в горячому стані.

1.5 Охорона навколишнього середовища

Наше покоління практично в усіх куточках планети безсоромно грабує в коморах природи те, що належить дітям і онукам. Ліквідація глобальної екологічної кризи є на сьогодні найважливішим завданням людства. Для його вирішення перш за все необхідні зміна екологічної стратегії й тактики, організація всебічної екологічної освіти, виховання екологічної свідомості всього населення Землі. В умовах, коли антропогенні зміни торкнулися практично всіх екосистем земної кулі, атмосфери й навіть найближчого до планети космічного простору, найважливішим завданням сучасності стало глобальне поліпшення, вдосконалення природокористування, обовьязкове обгрунтування всіх видів господарської діяльності, погодження планів цієї діяльності між країнами, виконання силами міжнародного співтовариства глобальних заходів з охорони біосфери планети в ім׳я її спасіння.

Аналіз шкідливих викидів по проекту:

А) На проектуємій дільниці викидів запиленого повітря нема;

Б) Промислові стоки: конденсат з першого корпусу відводиться на котельню, з другого корпусу – на технічні потреби. Охолоджуюча вода з барометричного конденсатору, яка має підвищену температуру, спямовується на градірьню на охолодження, після чого повертається в процес. Таким чином на проектуємому вробництві промислових стічних вод нема, тому що виробництво працює по замкнутій схемі водопостачання.

Господарсько-промислові стоки спрямовуються в міську каналізаційну мережу.

1.6             Стандартизація

Стандартизація – це діяльність, що полягає у розробленні положень для загального та багаторазового застосування щодо наявних чи можливих завдань з метою досягнення оптимального ступення у певній сфері, результатом якої є підвищення ступеня відповідності продукції, процесів та послуг їх функціональному призначенню, усунення бар׳єрів у торгівлі, сприяння науково-технічній співпраці.

В курсовому проекті були використані наступні стандарти:

ДСТУ 1.5-93               Державна система стандартизації.загльні вимоги до побудови, викладення, оформлення та змісту стандартів.

ГОСТ 2.201-80               ЕСКД. Обозначение изделий конструкторских документов

ГОСТ 2.107-68               ЕСКД. Основные надписи

ГОСТ 2.301-68                             ЕСКД. Форматы

ГОСТ 2.302-68                            ЕСКД. Масштабы

ГОСТ 2.303-68                            ЕСКД. Линии

ГОСТ 2304-68                            ЕСКД. Шрифты чертёжные

ГОСТ 2.305-68                            ЕСКД. Изображения, виды, разрезы, сечения

ГОСТ 12.1.004-90              ССБТ. Пожарная безопастность. Общие требования

ГОСТ 2.701-84              ЕСКД. Схемы, виды и типы. Общие требования к выполнению