Выпарная установка К2СО3

Содержание

 

Аннотация ……………………………………………………………

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

Введение ……………………………………………………….…….

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

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

3. Задание ………………………………………………….…………

4. Расчет выпарной установки

4.1. Расчет концентраций упариваемого раствора. …………

4.2. Определение температур кипения растворов. ………….

4.3. Расчет полезной разности температур ……………….…

4.4. Определение тепловых нагрузок ………………….…..…

4.5. Выбор конструктивного материала …………….………..

4.6. Расчет коэффициентов теплопередачи …………………..

4.7. Распределение полезной разности температур…………..

4.8. Уточненный расчет поверхности теплопередачи………..

Заключение……………………………………………………………..

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аннотация

 

В данной курсовой работе произведен расчет выпарной установки для Концентрирования водного раствора К₂СO₃ от начальной Концентрации х_н = 7 % до Конечной х_к = 47 % , согласно расчётам выбран выпарной аппарат, выполнены 2 графические работы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.

 

 

 

 

 

 

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Литературный обзор

 

Разнообразные конструкции выпарных аппаратов, применяемые в промышленности, можно классифицировать по типу поверхности нагрева (паровые рубашки, змеевики, трубчатки различных видов) и по ее расположению в пространстве (аппараты с вертикальной, горизонтальной, иногда с наклонной нагревательной' камерой), по роду теплоносителя (водяной пар, высокотемпературные теплоносители, электрический ток и др.). а также в зависимости от того, движется ли теплоноситель снаружи или внутри труб нагревательной камеры. Однако более существенным признаком классификации выпарных аппаратов, характеризующим интенсивность их действия, следует считать вид и кратность циркуляции раствора.

Различают выпарные аппараты с неорганизованной, или свободной, направленной естественной и принудительной циркуляцией раствора.

Выпарные аппараты делят также на аппараты прямоточные, в которых выпаривание раствора происходит за один его проход через аппарат без циркуляции раствора, и аппараты, работающие с много - кратной циркуляцией раствора.

В зависимости от организации процесса различают периодически и непрерывно действующие выпарные аппараты.

Ниже подробно показаны лишь наиболее распространённые, главным образом типовые, Конструкции выпарных аппаратов.

 

 

Рисунок 1 Выпарной аппарат с горизонтальной трубчатой нагревательной камерой и вертикальным цилиндрическим корпусом:

1 – корпус; 2- нагревательная камера; 3 – сепаратор.

 

Рисунок 2 Змеевиковый выпарной аппарат:

1 – корпус; 2 – паровые змеевики; 3 – брызгоуловитель.

 

Рисунок 3 Выпарной аппарат с внутренней нагревательной камерой и центральной циркуляционной трубой:

1 – корпус; 2 – нагревательная камера; 3 – кипятильные трубы; 4 – циркуляционная труба; 5 – сепарационное пространство; 6 – брызгоуловитель.

 

Рисунок 4 Выпарной аппарат с подвесной нагревательной камерой:

1 – нагревательная камера; 2 – корпус; 3 – паровая труба; 4 – брызгоуловитель; 5 – сливные трубы; 6 – перфорированная труба для промывки.

Рисунок 5 Выпарной аппарат с выносной циркуляционной трубой:

1 – нагревательная камера; 2 – циркуляционная труба; 3 – центробежный брызгоуловитель; 4 – сепарационное пространство.

 

 

Рисунок 6 Выпарной аппарат с выносной нагревательной камерой:

1 – нагревательная камера; 2 – сепаратор; 3 – необогреваемая циркуляционная труба; 4 – брызгоуловитель.

 

 

Рисунок 7  Выпарной аппарат с вынесенной зоной кипения:

1 – нагревательная камера; 2 – труба вскипания; 3 – сепаратор; 4  – необогреваемая циркуляционная труба; 5 – отбойник; 6 – брызгоуловитель.

Рисунок 8  Выпарной аппарат с поднимающейся плёнкой:

1 – нагревательная камера; 2 – сепаратор; 3 – отбойник; 4 - брызгоуловитель

 

 

Рисунок 9  Роторный прямоточный выпарной аппарат:

1 – корпус; 2 – паровая рубашка; 3 – ротор; 4 – скребки.

 

Рисунок 10 Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией:

1 – нагревательная камера; 2 – сепаратор; 3-циркуляционная труба; 4 – циркуляционный насос.

 

 

Рисунок 11 Выпарной аппарат с тепловым насосом:

1 – выпарной аппарат; 2 – струйный компрессор (инжектор).

 

 

 

Рисунок 12  Барботажный выпарной аппарат типа Хемико:

1 – выносная топка; 2 – цилиндрический корпус; 3 - труба для подачи слабого раствора кислоты; 4-7 – барботажные трубы; 8-труба для отвода упариваемой кислоты.

 

 

 

Рисунок 13 Выпарной аппарат с погружной горелкой:

1 – корпус; 2 – горелка; 3 – переливная труба; 4 – сепаратор.

 

2 Описание технологической схемы

 

 

Рисунок 14   Принципиальная схема трехкорпусной выпарной установки:

1— емкость исходного раствора; 2, 10 — насосы; 3 —теплообменник-подогреватель; 4, 5, 6 — выпарные аппараты; 7 — барометрический конденсатор; 8 — вакуум-насос; 9 — гидрозатвор; 11 — емкость упаренного раствора; 12 — конденсатоотводчик.

 

В приведенном ниже типовом примере расчета трехкорпусной установки, состоящей из выпарных аппаратов с естественной циркуляцией (с соосной греющей камерой) и кипением раствора в трубах, даны также рекомендации по расчету выпарных аппаратов некоторых других типов: с принудительной циркуляцией, вынесенной зоной кипения, пленочных.

Принципиальная схема трехкорпусной выпарной установки показана на рисунке   . Исходный разбавленный раствор из промежуточной емкости / центробежным насосом 2 подается в теплообменник 3 (где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения), а затем — в первый корпус 4 выпарной установки. Предварительный подогрев раствора повышает интенсивность кипения в выпарном аппарате 4.

Первый корпус обогревается свежим водяным паром. Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус 5. Сюда же поступает частично концентрированный раствор из 1-го корпуса. Аналогично третий корпус 6 обогревается вторичным паром второго и в нем производится концентрирование раствора, поступившего и  второго корпуса.

Самопроизвольный переток раствора и вторичного пара в последующие корпуса возможен благодаря общему перепаду давлений, возникающему в результате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса в барометрическом конденсаторе смешения 7 (где заданное давление поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующихся газов вакуум-насосом 18). Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи барометрической трубы с гидрозатвором 9. Образующийся в третьем корпусе концентрированный раствор центробежным насосом 10 подается в промежуточную емкость упаренного раствора 11.

Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов выводится с помощью конденсатоотводчиков 12.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Задание на проектирование.

 

Спроектировать трехкорпусную выпарную установку для концентрирования G_H = 38000 кг/ч (10,56 кг/с) водного раствора К₂СO₃ от начальной концентрации х_н = 7 % до конечной х_к = 47 % при следующих условиях: