Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство общего и профессионального образование Российской Федерации

Приозерский политехнический колледж

Курсовая работа

Расчет трехкорпусной выпарной установки

Работу выполнил:

студент группы ТП 2

Иванов Игорь

Преподаватель:

Хвостов Н.Л.

Приозерск - 2012

1. Выпаривание

Разнообразные конструкции выпарных аппаратов, применяемых в промышленности, можно классифицировать по типу поверхности нагревания (паровые рубашки, змеевики, трубчатки различных видов), по её расположению в пространстве (аппараты с горизонтальной, вертикальной, 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.

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 многократной циркуляцией раствора.

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

Для выпаривания щёлоков целлюлозно-бумажного производства применяются выпарные аппараты с естественной и искусственной циркуляцией и аппараты пленочного типа с однократным проходом щёлока. Выпаривание черных щелоков сульфатного производства, содержащих поверхностно-активные вещества, приводящие к образованию пены при его выпаривании, чаще всего проводятся в вертикальных колонных аппаратах с восходящей пленкой, а сульфитных щелоков - в аппаратах с принудительной циркуляцией и, как правило, с вынесенной зоной кипения.

Наибольшее распространение получили выпарные аппараты с паровым обогревом, имеющие поверхность теплообмена, выполненную из труб. Выпарные аппараты с паровым обогревом состоят из двух основных частей:

1 - кипятильник (греющая камера), в котором расположена поверхность теплообмена и происходит выпаривание раствора;

2 - сепаратор -- пространство, в котором вторичный пар отделяется от раствора.

Необходимость в паровом пространстве (сепараторе) составляет основное конструктивное отличие выпарных аппаратов от теплообменников.

Кипятильник и сепаратор в аппарате могут располагаться один над другим по одной оси или на параллельных осях. Такие аппараты соответственно называются соосным и выносным сепаратором.

Выпарной аппарат должен отвечать ряду требований: быть простым, компактным, надежным в эксплуатации; иметь высокую производительность; допускать, возможно, большие напряжения поверхности нагрева и высокие коэффициенты теплопередачи при минимальном весе и стоимости.

Типы выпарных аппаратов

МАТЕРИАЛЬНЫЙ РАСЧЁТ УСТАНОВКИ

Материальный баланс простого выпаривания включает два уравнения, составленные: по материальным потокам

G_нач = G_кон + W (3.1)

по растворенному веществу

G_нач x_нач = G_кон x_кон (3.2)

где G_нач , G_кон - массовый расход исходного (упариваемого) и конечного (упаренного) раствора;

x _нач, x_кон - проценты (массовые доли) растворенного вещества в исходном (начальном) и конечном растворах;

Определяем общее количество выпаренной воды из уравнения материального баланса

В первом приближении количество выпаренной воды по корпусам принимаем равным, т.е.

3) Конечная концентрация раствора по корпусам

Таблица 1.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ АППАРАТА

Тепловой баланс простого выпаривания может быть записан на основе потоков прихода и расхода теплоты.

Обозначим: D - массовый расход греющего пара;

i_пар, i_в.п, i_конд - удельные энтальпии греющего и вторичного пара, а также конденсата;

t_н, t_к - начальная и конечная температуры раствора;

?q - теплота концентрирования от концентрации x _нач до концентрации x_кон;

с_н, с_к - удельные теплоемкости исходного и конечного растворов.

В этом случае тепловой баланс будет основываться на следующих тепловых потоках:

Поступление теплоты Расход теплоты

С исходным растворомС конечным раствором

G_нач с_н t_нG_кон с_к t_к

С греющим паром С вторичным паром

D i_парW i_в.п

С теплотой концентрирования

0,01 G_кон x_кон ?q

С конденсатом - D i_конд

Тепловые потери - Q_п

Тогда тепловой баланс простого выпаривания будет

G_нач с_н t_н + D i_пар = G_кон с_к t_к + W i_в.п + 0,01 G_кон x_кон ?q + D i_конд + Q_п (3.3)

Заменим в выражении (3.3) в соответствии с уравнением (3.1) G_нач на G_кон + W и решив его относительно расхода греющего пара, получим

D i_пар - D i_конд = G_кон с_к t_к - (G_кон + W ) с_н t_н + W i_в.п + 0,01 G_кон x_кон ?q + Q_п

Группируем слагаемые

D i_пар - D i_конд = G_кон (с_к t_к - с_н t_н + 0,01 x_кон ?q) + W(i_в.п - с_н t_н) + Q_п

Выразим D:

D = G_кон (с_к t_к - с_н t_н + 0,01 x_кон ?q) / (i_пар - i_конд ) + W(i_в.п - с_н t_н) / (i_пар - i_конд ) + Q_п / (i_пар - i_конд ) (3.4)

Из равенства (3.4) следует, что общий расход пара определяется тремя слагаемыми: первое - расход пара на изменение теплосодержания упариваемого раствора, второе - расход пара на образование вторичного пара и третье - расход пара на компенсацию потерь теплоты в окружающую среду. Значение первого и последнего слагаемых невелики по сравнению со вторым, поэтому при приближённых расчётах считается, что 1 кг испаряемой из раствора воды требует затрат 1,1…1,2 кг греющего пара.

Площадь поверхности теплообмена выпарного аппарата определяется в соответствии с основным уравнением теплопередачи:

F = Q / K ? t_п.р

где Q - тепловая нагрузка аппарата;

K - коэффициент теплопередачи;

? t_п.р - полезная разность температур.

При расчетах выпарных аппаратов учитывают следующие температурные характеристики:

· общую разность температур - разность между температурой греющего пара t_гр.п, поступающего в выпарной аппарат, и температурой вторичного пара t_в.п , отбираемого из аппарата:

? t_общ = t_гр.п - t_в.п ;

полезную разность температур, которая всегда меньше общей разности температур на величину температурных потерь (депрессий),

? t_п.р = ? t_общ - ? ? t_пот ;

· температурные потери (депрессии), которые складываются из температурной, гидростатической и гидравлической депрессий,

? ? t_пот = ? t_т.д + ? t_г.д + ? t_г.п

температурную депрессию ? t_т.д - разность между температурами кипения раствора и чистого растворителя определяют по таблицам и графикам, составленным на основании опытных данных.

· Гидростатическую депрессию ? t_г.д повышение температуры кипения раствора за счет гидростатического давления столба жидкости в трубах выпарного аппарата.

· Гидравлическую депрессию ? t_г.п - потери температуры вторичного пара, вызванные гидравлическими сопротивлениями на выходе выпарного аппарата.

По конечным концентрациям раствора с помощью таблицы XXXVI [2] определяем “нормальную” (при атмосферном давлении) температурную депрессию

№ корпуса Концентрация NaOH

10.9 1.25

16.9 4.104

38 39.32

и рассчитываем суммарную температурную депрессию

Потери температуры пара между корпусами за счет гидравлических сопротивлений

и суммарные потери составят

Суммарная полезная разность температур установки без учета суммы потерь температур за счет гидростатического эффекта

где температура греющего пара;

температура вторичного пара на входе в конденсатор.

при давлении греющего пара

(таблица LVI [2]).

при давлении в барометрическом конденсаторе (таблица XXXVI [2]).

Полезная разность температур по корпусам в первом приближении принимается равной, т.е.

Температура кипения раствора (по корпусам)

Температура греющего пара (по корпусам)

Температура вторичного пара (по корпусам)

По значениям температур вторичного пара из таблиц [2] определяем значения следующих параметров: теплоты парообразования воды ; давления вторичного пара ; плотность воды .

По значениям концентраций и температурам кипения раствора находим значения плотности раствора по корпусам .

Таблица 2

Выводы по курсовому проекту

выпарной аппарат обогрев водяной

В данном курсовом проекте описан процесс выпаривания раствора NaOH. В ходе выполнения курсовой работы были получены навыки по расчету материального и теплового баланса трехкорпусной выпарной установки с прямоточным питанием.

Преимуществом прямоточной схемы является возможность перемещения раствора из корпуса самотеком. Недостаток - снижение теплосодержания греющего пара. Коэффициент теплопередачи в последнем корпусе оказывается в несколько раз меньше, чем в первом.

Выбор числа корпусов производят с учетом того, что основным преимуществом многокорпусной выпарной установки является использование первичного греющего пара только в первом корпусе. Остальные корпуса обогреваются теплотой вторичного пара, получаемого в предыдущем корпусе. Увеличение числа корпусов приводит к уменьшению производственных затрат, связанных с получением греющего пара. Однако число корпусов нельзя увеличивать постоянно, поскольку каждый из них увеличивает температурные потери всей установки. Предельным числом корпусов является такое их число, при котором полезная разность температур имеет положительное значение. Оптимальное число корпусов в промышленных условиях, соответствующее минимальным затратам обычно составляет 3…4 корпуса.

В графической части проекта представлена технологическая схема установки.

Литература

• 1. Касаткин А.Г. Процессы и аппараты химической технологии. 9-е изд., перераб. и доп. - М: Химия, 1973. - 754 с.
• 2.Баранов Д.А., Кутепов А.М. Процессы и аппараты.2-е изд., - М: ACADEMA, 2005. - 118-140 с.
• 3. Овчинников Л.Н., Гусев Е.В. Расчет и проектирование выпарных установок. Учебное пособие. Иваново. 1999.
• Размещено на Allbest.ru