Расчёт и проектирование двухкорпусной выпарной установки

Министерство Образования  и Науки Российской Федерации

Нижегородский Государственный  Технический Университет

Дзержинский политехнический  институт

 

 

 

Кафедра «Процессы и  аппараты химической и пищевой технологии»

 

 

 

 

 

Курсовой проект

на тему:

« Расчёт и проектирование двухкорпусной выпарной установки».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                    Разработал студент: Соловьёва К.А.

                              гр. 06-ПИМП

                                                                    Проверил:   Квашенников А.И.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                            Дзержинск 2009 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

                                                                                                                                   Лист

Задание………………………………………………………………………………...2

Введение……………………………………………………………….……………....4

1 Описание технологической схемы выпарной установки………………………..6

2   Конструкция выпарного  аппарата……………………………..………………....7

3  Технологический расчет выпарного аппарата……………….….……….……...7

3.1 Цель расчета………………………………………………....…………….…....7

3.2 Исходные данные………………………….…………………..………….…....7

3.3 Материальный баланс………………………………….……..….……….…...8

3.4 Температуры кипения растворов……………………..……..…………….….8

3.5 Полезная разность температур……………….……….…………….………....11

3.6 Определение тепловых нагрузок…………….……………..……………….12

3.7 Выбор конструкционного материала…………….…….…………………..12

3.8 Расчет коэффициентов  теплопередачи……….……………..…………..…...13

3.9 Распределение полезной разности температур….…….………………......15

3.10 Уточненный расчет  поверхности теплопередачи……….…….….……....15

3.11 Определение толщины тепловой изоляции…………….……….….……..16

4  Расчет барометрического  конденсатора……………….……………..…………17

4.1 Расход охлаждающей воды……………………….…….………….………..17

4.2 Диаметр конденсатора……………………..……………………….………..17

4.3 Высота барометрической трубы……………………….………….………..17

4.4 Расчет производительности вакуум – насоса……….……….…….……….18

5  Прочностной расчет  основных элементов выпарного аппарата…..…………19

5.1 Цель расчета………………………………………………….……..………..19

5.2 Исходные данные……………………………………….….……..………….19

5.3 Обечайка сепаратора……………….………………….….…………………19

5.4 Днище сепаратора……………………..………………….…….……………20

5.5 Обечайка греющей  камеры…………..…………………….….…………….21

5.6 Трубна решетка………………………..……….….…………………………22

Заключение……………………………………………….…………………………..23

Список использованной литературы……………..…….………………………….24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

   Выпариванием называется концентрирование растворов практически нелетучих или мало летучих веществ в жидких летучих растворителях.

Выпариванию подвергают растворы твердых  веществ (водные растворы щелочей, солей и др.), а также высококипящие жидкости, обладающие при температуре выпаривания весьма малым давлением пара, — некоторые минеральные и органические кислоты, многоатомные спирты и др.

   При выпаривании обычно осуществляется частичное удаление растворителя из всего объема раствора при его температуре кипения. Поэтому выпаривание принципиально отличается от испарения, которое, как известно, происходит с поверхности раствора при любых температурах ниже температуры кипения. В ряде случаев выпаренный раствор подвергают последующей кристаллизации в выпарных аппаратах, специально приспособленных для этих целей.

   Получение высококонцентрированных растворов, практически сухих и кристаллических продуктов облегчает и удешевляет их перевозку и хранение.

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.

   Выпаривание проводят в одиночных выпарных аппаратах (однокорпусных выпарных установках). Однако наиболее распространены многокорпусные выпарные установки, состоящие из нескольких выпарных аппаратов, или корпусов, в которых вторичный пар каждого предыдущего корпуса направляется в качестве греющего в последующий корпус. При этом давление в последовательно соединенных (по ходу выпариваемого раствора) корпусах снижается таким образом, чтобы обеспечить разность температур между вторичным паром из предыдущего корпуса и раствором, кипящим в данном корпусе, т. е. создать необходимую движущую силу процесса выпаривания. В этих установках первичным паром обогревается только первый корпус. Следовательно, в многокорпусных выпарных установках достигается значительная экономия первичного пара по сравнению с однокорпусными установками той  же производительности. 

   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 многокорпусные выпарные установки), а также к конструкциям выпарных аппаратов.

   Такое разнообразие  требований выбывает 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 ЭВМ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Описание технологической схемы выпарной установки

 

   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.

   Ниже приведен расчета двухкорпусной установки, состоящей из выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией и вынесенной зоной кипения.

 

 

Рис. I. Принципиальная схема двухкорпусной выпарной установки.

         

   Принципиальная схема  двухкорпусной выпарной установки показана на рис. I. Исходный разбавленный раствор из промежуточной емкости 1 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 сконцентрированный раствор из 1-го корпуса.

   Самопроизвольный переток раствора и вторичного пара в следующие корпуса возможен благодаря общему перепаду давлений, возникающему в результате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса в барометрическом конденсаторе смешения 6 (где заданное давлен поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующихся газов вакуум-насосом 7). Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи барометрической трубы с гидрозатвором 8. Образующийся во втором корпусе концентрированный раствор центробежным насосом 9 подается  в промежуточную емкость упаренного  раствора 10.

   Конденсат греющих  паров из выпаренных аппаратов  выводится с помощью конденсатоотводчиков11.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Конструкция выпарного аппарата

 

   Аппарат (приложение 2) состоит из греющей камеры, сепаратора  с брызгоотделителем, циркуляционного  насоса с электроприводом и  циркуляционной трубы. В верхней  части сепаратора расположен  брызгоотделитель.

   Кипение раствора в аппарате происходит в трубе вскипания при выходе раствора в сепаратор.

   Кипение в трубах предотвращается за счет гидростатического давления столба жидкости в трубе вскипания.

   Уровень раствора  в аппарате должен поддерживаться  по нижней образующей штуцера входа парожидкостной смеси в сепаратор. Снижение уровня приводит к увеличению расхода мощности электропривода, а повышение вызывает гидравлические удары и брызгоунос вторичным паром.

   Циркуляция раствора  в аппарате осуществляется осевым  насосом по замкнутому контуру: сепаратор – циркуляционная труба – насос – греющая камера – сепаратор. Циркуляционный насос обеспечивает скорость потока в трубах 2 – 2,5 м ∕с.

   Мощность электропривода  определяют в каждом конкретном  случае в зависимости от вязкости раствора.

   Выпариваемый  раствор, поднимаясь по трубам, перегревается и по мере выхода  из трубы вскипания в сепаратор  закипает. Образовавшееся парорастворная  смесь направляется тангенциально  в сепаратор, где разделяется  на жидкую и паровую фазы. Вторичный пар, проходя сепаратор и брызгоотделитель, освобождается от капель и выходит из аппарата через штуцер Б.

   Греющий пар  через штуцер А поступает в межтрубное пространство аппарата, где конденсируется. Конденсат удаляется через штуцер Д.

   Раствор в аппарат подается через штуцер В₁ или В₂. Упаренный раствор выводится через штуцер Г.

   Для наблюдения  за работой аппарата предусмотрены  смотровые окна, для установки  манометров и термометров –  бобышки.

   Аппарат рассчитан  на непрерывную работу.

   Конструкция аппарата предусматривает возможность механической чистки внутренней поверхности греющих трубок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Технологический расчет выпарных аппаратов

 

3.1 Цель расчета

 

   Целью расчета  является расчет необходимой  поверхности теплообмена и выбор  нормализованного выпарного аппарата.

 

3.2 Исходные  данные

 

    Расход исходного  раствора G_Н, кг ∕ч                                              7000

    Исходная концентрация  раствора х_н, % масс                                 5

    Конечная концентрация  раствора х_к, % масс                                 40

    Давление греющего  пара Р_ГП, МПа                                                 0,14

    Остаточное  давление в барометрическом конденсаторе                0,01

 

   Поверхность теплопередачи  каждого корпуса выпарной установки определяют по основному уравнению теплопередачи:

 

.

 

   Для определения  тепловых нагрузок  ,Коэффициентов теплопередачи K и полезных разностей температур необходимо знать распределение упариваемой воды, концентраций раствора и их температур кипения по корпусам.