Расчет трехкорпусной выпарной установки непрерывного действия (125730)

Посмотреть архив целиком

Министерство образования и науки Украины

Национальный Технический Университет

«Харьковский Политехнический Институт»

Кафедра Общей химической технологии, процессов и аппаратов







Курсовой проект


Тема проекта:

Расчет трехкорпусной выпарной установки непрерывного действия





Проектировал студент

Шорин В. В..

гр. Н-48

Руководитель проекта

Новикова Г. С.






Харьков 2010 г.


Введение


Технологическая схема выпарной установки

В химической промышленности для концентрирования растворов нелетучих и мало летучих веществ широко применяется процесс выпаривания. Наиболее целесообразно для этого использовать многокорпусные выпарные установки непрерывного действия (МВУ). МВУ состоят из нескольких корпусов, в которых вторичный пар предыдущего корпуса используется в качестве греющего пара для последующего корпуса. В этих установках первичным паром обогревается только первый корпус. В многокорпусных выпарных установках достигается значительная экономия греющего пара по сравнению с однокорпусными установками той же производительности.

Принципиальная технологическая схема трехкорпусной вакуум-выпарной установки непрерывного действия представлена на рис.1.1.

Исходный раствор подается из емкости 1 центробежным насосом 2 через теплообменник 3 в первый корпус выпарной установки 4. В теплообменнике 3 исходный раствор нагревается до температуры близкой к температуре кипения раствора в первом корпусе выпарной установки.

Первый корпус установки обогревается свежим (первичным) паром. Вторичный пар, образующийся при кипении раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего пара во второй корпус 5; сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из первого корпуса. Аналогично упаренный раствор из второго корпуса подается в третий корпус 6 , обогреваемый вторичным паром второго корпуса. Упаренный до конечной концентрации в третьем корпусе готовый продукт поступает из него в емкость 10. По мере прохождения из корпуса в корпус давление и температура пара понижаются, и из последнего (третьего) корпуса пар с низким давлением отводится в барометрический конденсатор смешения 7, в котором при конденсации пара создается вакуум. Раствор и вторичный пар перемещаются из корпуса в корпус самотеком благодаря общему перепаду давления, возникающего в результате избыточного давления в первом корпусе и вакуума в последнем. Воздух и неконденсирующиеся газы, поступающие в установку с охлаждающей водой (в конденсаторе) и через не плотности трубопроводов, отсасываются через ловушку 8 вакуум-насосом.

Смесь охлаждающей воды и конденсата сливается самотеком через барометрическую трубу в бак-гидрозатвор 9.Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов и теплообменника выводится с помощью конденсатоотводчиков.

Выбор выпарных аппаратов

Конструкция выпарного аппарата должна удовлетворять ряду общих требований, к числу которых относятся: высокая производительность и интенсивность теплопередачи при возможно меньших объеме аппарата и расходе металла на его изготовление, простота устройства, надежность в эксплуатации, легкость чистки поверхности теплообмена, осмотра и ремонта.

Вместе с тем выбор конструкции и материала выпарного аппарата определяется в каждом конкретном случае физико-химическими свойствами раствора.

Для выпаривания растворов небольшой вязкости (до 8 мПа∙с) без образования кристаллов, чаще всего используют выпарные аппараты с естественной циркуляцией. Высоковязкие и кристаллизующиеся растворы выпаривают в аппаратах с принудительной циркуляцией.

Растворы чувствительные к повышенным температурам рекомендуется выпаривать в роторно-пленочных выпарных аппаратах, а растворы склонные к пенообразованию – в прямоточных аппаратах с восходящей пленкой.

Типы и основные размеры выпарных аппаратов представлены в ГОСТ 11987–81, и каталогах УКРНИИХИММАШа [11,12].



Задание на расчет выпарной установки

Цель расчета выпарной установки – расчет материальных потоков, затрат тепла и энергии, размеров основного аппарата, расчет и выбор вспомогательного оборудования, входящего в технологическую схему установки.

Задание на курсовое проектирование

Рассчитать и спроектировать трехкорпусную выпарную установку непрерывного действия для концентрирования водного раствора по следующим данным:

  1. Производительность установки по исходному раствору –8000 кг/ч;

  2. Концентрация раствора: начальная – 5% масс.; конечная – 15 % масс.;

  3. Давление греющего пара –Р=0,4 МПа;

  4. Давление в барометрическом конденсаторе –,Р=0,0147 МПа;

  5. Раствор подается в первый корпус подогретым до температуры кипения;

  6. Схема выпаривания - прямоточная; циркуляция естественная


  1. Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов


Технологический расчёт выпарных аппаратов заключается в определении поверхности теплопередачи. Поверхность теплопередачи выпарного аппарата определяется по основному уравнению теплопередачи


, (1.1)


где  – поверхность теплопередачи, м2;

 – тепловая нагрузка, Вт;

 – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2∙К);

 – полезная разность температур, К.

Для определения тепловых нагрузок, коэффициентов теплопередачи и полезных разностей температур необходимо знать распределение упариваемой воды, концентрации растворов по корпусам и их температуры кипения. Первоначально определим эти величины по материальному балансу, в дальнейшем уточним их по тепловому балансу.


1.1 Расчёт концентраций выпариваемого раствора


Производительность установки по выпариваемой воде определяем по формуле:


, (1.2)


где  – производительность по выпаренной воде, кг/с;

 – производительность по исходному раствору, кг/с;

 – соответственно начальная и конечная концентрация раствора, масс. доли,


кг/с.


На основании практических данных принимаем, что выпариваемая вода распределяется между корпусами в соотношении



Тогда:



Проверка:


W1+W2+W3= W=0,45+0,49+0,54=1,76 кг/с.


Рассчитываем концентрации растворов в корпусах:



Концентрация раствора в третьем корпусе соответствует заданной концентрации упаренного раствора .


1.2 Определение температур кипения раствора


Температура кипения раствора в корпусе определяется как сумма температур греющего пара последующего корпуса и температурных потерь


, (1.3)


где  – соответственно температурная, гидростатическая и гидравлическая депрессии, К.

Для определения температур греющего пара примем, что перепад давлений в установке ∆P распределяется между корпусами поровну:


, (1.4)


где PГ1 – давление греющего пара в первом корпусе, МПа;

Pбк – давление в барометрическом конденсаторе, МПа.

Тогда давление греющих паров, МПа, в корпусах составляет:


PГ1=0,4МПа

PГ2 = PГ1 – ∆P = 0,4 – 0,1284 = 0,2716 МПа

PГ3 = PГ2 – ∆P = 0,2716 – 0,1284 = 0,1432 МПа

Pбк = PГ3 – ∆P = 0,1432 – 0,1284 = 0,0148 МПа


По давлению греющего пара находим его температуру и теплоту парообразования (табл. 2.1) по корпусам.


Таблица 1.1 – Температуры и теплоты парообразования

Давление, МПа

Температура, ºС

Теплота парообразования, кДж/кг

PГ1=0,4

tГ1=143,6

rГ1=2139

PГ2=0,2716

tГ2=129,78

rГ2=2180

PГ3=0,1432

tГ3=110,4

rГ3=2234

Pбк=0,0148

tбк=53,71

rбк=2372,3


1.2.1 Определение температурных потерь

Температурные потери в выпарном аппарате обусловлены температурной , гидростатической и гидродинамической депрессиями.

а) Гидродинамическая депрессия вызвана потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трения и местных сопротивлений паропроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчётах принимают  = 1,0 – 1,5 ºС на корпус. Примем  = 1 ºС, тогда температуры вторичных паров в корпусах равны:


tвп1 = tГ2 +  = 129,78+1=130,78 ºС

tвп2 = tГ3 +  = 110,4+1=111,4С

tвп3 = tбк + =53,71+1=54,71 ºС


Сумма гидродинамических депрессий:


ºС


По температурам вторичных паров определим их давления и теплоты парообразования (табл. 2.2).


Таблица 1.2 – Давления и теплоты парообразования

Температура,ºС

Давление, МПа

Теплота парообразования, кДж/кг

tвп1=130,78

Pвп1=0,2787

rвп1=2177

tвп2=111,4

Pвп2=0,1504

rвп2=2230

tвп3=54,71

Pвп3=0,0155

rвп3=2367


б) Гидростатическая депрессия обусловливается наличием гидростатического эффекта, заключающегося в том, что вследствие гидростатического давления столба жидкости в трубах выпарного аппарата температура кипения раствора по высоте труб неодинакова. Величина не может быть точно рассчитана ввиду того, что раствор в трубах находится в движении, причем величина зависит от интенсивности циркуляции и изменяющейся плотности парожидкостной эмульсии, заполняющей большую часть высоты кипятильных труб. Приблизительно расчет возможен на основе определения температуры кипения в среднем поперечном сечении кипятильных труб. Величина определяется как разность температуры кипения в среднем слое труб и температуры вторичного пара ():


Случайные файлы

Файл
26439.rtf
70134.rtf
176833.rtf
102812.rtf
64221.doc




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.