Розгляд випарної установки безперервної дії для концентрування 5,5 т/год

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Пояснювальна записка до курсового проекту: 50 с., 10 рис., 8 табл., 9 літер. джерел.

У загальній частині наведені теоритичні основи процесу випарювання, запропонована схема випарної установки безперервної дії, для концентрування 5,5 т/год. розбавленого водяного розчину сульфату натрію з початковою концентрацією 8% мас, до кінцевої концентрації 20 % мас. Вибрані типи основного і допоміжного апаратів.

В технологічному розрахунку визначені характеристики матеріальних і теплових потоків основного і допоміжних апаратів установки.

На базі технологічного розрахунку розрахована необхідна поверхня теплообміну. Проведено конструктивний, гідравлічний та механічний розрахунки випарного апарата. Визначено основні розміри апарата, вибрані стандартні вузли та деталі.

Наведено схему конструкції випарного апарата та опис його роботи.

АПАРАТ, РОЗРАХУНОК, ВИПАРЮВАННЯ, КОНСТРУКЦІЯ, ТЕХНОЛОГІЯ, ВИЗНАЧЕННЯ, СХЕМА.



Зміст

Вступ

1. Загальна частина

1.1 Обґрунтування та вибір способу концентрування

1.2 Фізико-хімічні основі процесу випарювання

1.3 Вибір та обгрунтування схеми установки

1.4 Принципова схема однокорпусної випарної установки і опис її роботи

2. Вибір конструкції та принцип дії випарного апарата

2.1 Вибір конструкційного матеріалу

3. Технологічний розрахунок

3.1 Загальну кількість випареного розчинника знаходимо з рівняння матеріального балансу випарної установки

3.2 Вибір тиску вторинної пари

3.3 Визначення температурного режиму випарного апарата

3.4 Тепловий баланс випарного апарата

3.5 Визначення витрати гріючої пари у підігрівачі вихідної суміші

3.6 Визначення витрати охолоджуючої води в барометричному конденсаторі

4. Конструктивний розрахунок випарного апарата

4.1 Визначення коефіцієнта теплопередачі в випарному апараті

4.1.1 Визначення коефіцієнта тепловіддачі від гріючої пари до стінки

4.1.2 Визначення коефіцієнта тепловіддачі від стінки до киплячого розчину

4.1.3 Визначення суми термічних опорів стінки та забруднень

4.2 Визначення поверхні теплопередачі випарного апарата

4.3 Визначення діаметрів штуцерів

4.3.1 Діаметр штуцера для підведення гріючої пари, складе

4.3.2 Діаметр штуцера для виходу конденсату гріючої пари

4.3.3 Діаметр штуцера підведення розчину на випарювання

4.3.4 Діаметр штуцера виходу концентрованого розчину

4.3.5 Діаметр штуцера для виходу вторинної пари складе

4.4 Вибір фланцевих з'єднань до штуцерів

4.5 Вибір фланцевого з'єднання для гріючої камери

4.6 Вибір кришки та днища випарного апарата

5. Гідравлічний розрахунок

6. Механічний розрахунок

6.1 Розрахунок товщини стінки оболонки гріючої камери.

6.2 Розрахунок товщини стінки днища гріючої камери

6.3 Розрахунок товщини трубної решітки гріючої камери

6.4 Розрахунок товщини стінки оболонки сепаратора

6.5 Розрахунок товщини стінки конічного днища сепаратора

6.6 Вибір опори апарату

Висновок

Список використаної літератури



Вступ

Для розрахунку технологічних параметрів випарної установки та конструктивних розмірів апаратів необхідні основні фізико-хімічні властивості розчину Nа2SO4.

Сульфат натрію є безбарвними кристалами або порошкоподібною речовиною білого кольору. Він є гігроскопічним: вбираючи вологу та утворюючи декагідрат Na2SO4·10H2O, він суттєво збільшується у розмірах (до 4,17 разів). В охолоджених насичених розчинах також може існувати в воді з сильним охолодженням; тепловий ефект розчинення становить 78,5 кДж / моль. При нагріванні кристалів до 32,4°С вони плавляться (розчиняються у власній кристаллизационной воді). Цікава і рідкісна особливість сульфату натрію - максимальна його розчинність в воді при 32,4 °С, яка становить 49,8 г в 100 г води (в розрахунку на безводну сіль). Нижче і вище цієї температури розчинність падає до 4,5 г при 0°С і до 42,3 г при 100°С. Плавиться сульфат натрію при температурі tпл = 884 °С.

Таблиця 1.1 Розчинність Nа2SО4 у воді в залежності від температури: [3]

Температура, tєС	0°С	20єС	32,4 °С	100єС
Розчинність, Nа2SО4, % мас.	4,5	19,2	49,8	42,3

Густина водних розчинів Nа2SО4 при температурі t = 30°С. в залежності від концентрації складає: [3]

Таблиця 1.2

Концентрація Nа2SО4, мас. %	6	10	20
Густина розчину, с, кг/м3	1049	1087	1186

Теплопровідність 10% розчину складає , в'язкість при температурі t = 20єС, .

Зустрічається у природі у вигляді мінералу тенардіта. Безводний сульфат натрію стійкий вище температури 32 °С, нижче цієї температури кристалізується. У природі цей кристалогідрат утворює мінерал мірабіліт (глауберова сіль). Застосовується сульфат натрію як один з основних компонентів шихти у виробництві скла; при переробці деревини (сульфітна варка целюлози), при фарбуванні бавовняних тканин, для отримання віскозного шовку, різних хімічних сполук - силікату та сульфіду натрію, сульфату амонію, соди, сірчаної кислоти. Він застосовується в будівництві як протиморозна добавка та прискорювач схоплювання бетонної суміші. Також сульфат натрію застосовується у виробництві синтетичних миючих засобів; розчини сульфату натрію використовуються як акумулятора тепла в пристроях, що зберігають сонячну енергію. Вода (оксид водню), з хімічною формулою Н2О - проста стійка речовина, рідина без запаху, смаку і кольору.

Вода - одна із самих поширених на Землі речовин. Вода входить до складу багатьох мінералів, знаходиться в ґрунті, являється обов'язковим компонентом усіх живих організмів.

При нормальних умовах температура плавлення води становить 0єС, температура кипіння при атмосферному тиску - 100єС, густина води с = 1000 кг/м3, динамічний коефіцієнт в'язкості, м = 1,74Па*с, теплопровідність складає л = 0,53 Вт/м*К.

Вода - один з кращих розчинників, розчиняє більшість полярних та дисоціюючих на іони речовин. Воду, яку використовують промислові підприємства, прийнято називати технічною. Її використовують, головним чином, як охолоджуючий агент, транспортуючий середовища для сипких матеріалів (наприклад гідротранспорт попелу на теплових електростанціях), як розчинник та інше. В цілому в усіх галузях промисловості 70-75% від загальної витрати води її використовують як холодоагент по циркуляційним схемам.



1. Загальна частина

1.1 Обґрунтування та вибір способу концентрування

Відомі наступні можливі методи концентрування розчинів: перегонка, виморожування, екстракція, випарювання.

Перегонка один з найбільш розповсюджених методів розділення рідких однорідних сумішей, що складаються з двох або більшого числа компонентів. У широкому розумінні перегонка являє собою процес, що включає часткове випаровування суміші з наступною конденсацією пари, який проводять одно- або багаторазово. У результаті конденсації одержують чистий випарений компонент (рідина), склад якої відрізняється від складу вихідної суміші. За допомогою перегонки розділяють суміші, усі компоненти яких леткі, тобто мають визначений, хоча і різний тиск пари.

У розглянутому випадку необхідно здійснювати концентрування водного розчину сульфату натрію, один з компонентів якого не має леткості (Nа2SО4). Отже процес перегонки в даному випадку не підходить.

Екстракцією називають процес витягу одного або декількох компонентів з розчинів або твердих тіл за допомогою виборчих розчинників (екстрагентів). При взаємодії з екстрагентом у ньому добре розчиняються компоненти, що витягаються, і значно слабкіше або зовсім не розчиняються інші компоненти вихідної суміші. Екстракція незамінна для поділу суміші речовин, чуттєвих до підвищених температур. В розглянутому випадку розчин Nа2SО4 не має особливостей, наведених вище, тому процес екстракції для даного випадку не є оптимальним.

Випарюванням називається концентрування розчинів практично нелетких або малолетких речовин у рідких летких розчинниках, шляхом видалення частини леткого розчинника.

Випарюванню піддають розчини твердих речовин (водні розчини лугів, солей та ін.), а також висококиплячі рідини, що мають при температурі випарювання досить малий тиск насиченої пари - деякі мінеральні й органічні кислоти, багатоатомні спирти та ін.

При випарюванні здійснюється часткове видалення розчинника з усього об'єму розчину при температурі кипіння. Тому випарювання принципово відрізняється від випаровування, що, як відомо, відбувається з поверхні розчину при будь-яких температурах нижче температури кипіння.

В даному випадку розглядається процес концентрування водного розчину солі Nа2SО4, яка не має леткості, то для здійснення цього процесу доцільно вибрати процес випарювання.

Тепло, необхідне для випарювання, можна підводити будь-якими теплоносіями, що застосовують при нагріванні через стінку, що відокремлює теплоносій від розчину або при безпосередньому контакті розчину з топковими газами, або іншими теплоносіями.

Процеси випарювання проводять під вакуумом, при підвищеному й атмосферному тисках. Вибір тиску залежить від властивостей розчину, що випарюється, і можливістю використання тепла вторинної пари.

Випарювання під вакуумом має переваги перед випарюванням під атмосферним тиском, незважаючи на те, що теплота випаровування розчинника із розчину трохи зростає зі зниженням тиску і відповідно збільшується витрата пари на випарювання 1 кг розчинника (води).

Вакуумне випарювання дозволяє знизити температуру кипіння розчину і застосовується для випарювання термічно нестійких речовин (наприклад розчинів органічних речовин), а також висококиплячих розчинів, коли температура гріючого агента, не дає можливості вести процес під атмосферним тиском. Використання вакууму дозволяє також збільшити корисну різницю температур в випарному апараті, а отже, зменшити поверхню теплообміну.

Для випарювання під тиском необхідно застосовувати гріючі агенти з більш високою температурою. При випарюванні під атмосферним тиском вторинна пара, що утворюється, конденсується і направляється на очистку, але для зменшення енергозатрат на процес, її доцільніше використовувати, як для підігрівання початкового розчину в підігрівачі перед подачею його в випарний апарат, так і для інших нестатків. Однак випарювання під надлишковим тиском пов'язано з підвищенням температури кипіння розчину, тому такий спосіб застосовується для випарювання розчинів термічно стійких речовин. Крім того для випарювання під тиском необхідно застосовувати гріючі агенти з більш високою температурою. Так як сульфат натрію речовина термічно стійка, то доцільно проводити процес випарювання при підвищеному тиску, що дає можливість використання вторинної пари для підігрівання початкового розчину.

1.2 Фізико-хімічні основі процесу випарювання

Фізична сутність процесу випарювання є перетворення частини розчинника, або усього розчинника в пару, якщо випарюють однокомпонентну систему.

Випарювання відбувається із усієї маси рідини при температурі кипіння і відповідному тиску. Випаровування відбувається з поверхні рідини при будь - якій температурі. З точки зору молекулярно-кінетичної теорії при випарюванні та випаровуванні має місце видалення частини молекул, які знаходяться в стані теплового руху із простору, що займає рідина. Молекули, які виділяються із рідини, заповнюють паровий простір і утворюють насичену пару. Частина цих молекул знову повертається в рідину, а частина залишається в паровому просторі і таким чином встановлюється динамічна рівновага, в результаті чого кількість молекул над рідиною і тиск насиченої пари досягають визначеної величини при даній температурі.

Коли температура кипіння змінюється, рівновага порушується, що призводить до зміни густини і тиску пари.

Під час кипіння рідини пара виділяється не тільки з поверхні, а й з парових бульбашок, які утворюються в самій рідині і цей процес стає основним, оскільки утворені бульбашки становляться центрами пароутворення. Бульбашки пари за мірою пароутворення збільшуються в розмірах, їх піднімальна сила збільшується, і переборюючи опір рідини, вони випливають на поверхню рідини і лопаються. Таке переміщення бульбашок із нижніх шарів рідини на поверхню забезпечує безперервне перенесення утвореної всередині рідини пари в паровий простір.

Парові бульбашки зароджуються на поверхні теплообміну, їх утворенню сприяють також гази, які знаходяться в рідині. При нагріванні гази починають виділятися з рідини, утворюючи велику кількість бульбашок, в які випаровується рідина. Умовами утворення парових бульбашок є рівність тисків всередині бульбашки та зовнішнього тиску рідини, що її оточує.

Щоб здійснити процес випарювання до рідини необхідно передати тепло від теплоносія, що можливо тільки при наявності температурного перепаду між ними. У випарній установці існує так званий загальний і корисний температурний напір, що відрізняються один від одного на величину температурних втрат (депресій), між якими існує наступний зв'язок.

Загальний температурний напір (загальна різниця температур) - це різниця між температурою гріючої пари, яка подається в випарний апарат і температурою конденсації вторинної пари в конденсаторі: [8]

,

де - загальна різниця температур, К;

. - температура гріючої пари,єС;

- температура конденсації вторинної пари в конденсаторі,єС.

Корисний температурний напір (корисна різниця температур) в окремому випарному апараті визначається як різниця температури конденсації гріючої пари і киплячого розчину, визначається за формулою: [8]

,

Загальний корисний температурний напір (корисна різниця температур) в випарній установці в загальному плані - це загальна різниця температур з вирахуванням температурних втрат, визначається за формулою: [8]

,

де - сума температурних втрат:

,

де - температурна депресія, єС;

- гідростатична депресія, єС;

- гідродинамічна депресія, єС.

Температурна депресія. [8] Як відомо, що при одній і тій же температурі тиск пари над чистим розчинником набуває більшого значення, ніж тиск пари над розчином, і відповідно при одному і тому ж тиску температура кипіння чистого розчинника менша температури кипіння розчину. Різницю між температурами кипіння розчину і чистого розчинника називають температурною, або фізико-хімічною депресією.

,

Крім фізико-хімічної, або температурної депресії існують ще гідростатична і гідродинамічна депресія. Всі ці депресії знижують корисний температурний напір у випарному апараті.

Гідростатична депресія. Температура tкип.- це середня температура кипіння розчину в трубах:

,

де - гідростатична депресія, або підвищення температури кипіння розчину внаслідок гідростатичного тиску стовпа рідини в апараті (гідростатичний ефект); - температура кипіння розчину в сепараторі, при якій випарений (кінцевий) розчин виводиться з апарата.

На температуру кипіння впливає висота стовпа рідини. Якщо рідина кипить всередині вертикальної кип'ятильної трубки, то температура кипіння в верхній частині трубки буде нижча, ніж внизу, де до зовнішнього тиску додається гідростатичний тиск. Гідростатична депресія - це різниця температури кипіння розчину в нижній частині кип'ятильних трубок, що знаходиться під тиском гідростатичного стовпа рідини Н в апараті, і температури кипіння на поверхні верхньої трубної решітки гріючої камери (в сепараторі). Наявність цієї депресії пов'язана з тим, що для утворення сферичних парових бульбашок у товщі рідини необхідно забезпечити у середині їх тиск, рівний тискові, утвореному висотою стовпа рідини.

Гідродинамічна депресія [8] виникає внаслідок втрати тиску (і температури) на подолання гідравлічних опорів у трубах - тертя та місцевих опорів в паропроводі при переході вторинної пари із корпусу в корпус установки і сполучних трактах апаратів. Особливо істотна гідродинамічна депресія у випарних апаратах зі спадаючою плівкою рідини, що працюють при невеликих температурних напорах. Величину гідродинамічної депресії приймають за практичними даними в межах 0,5 - 1,5єС.

Важливим питанням при розрахунку випарних апаратів є визначення температури пари над киплячим розчином. Її можна прийняти рівною температурі насичення при тиску в апараті, або ж рівною температурі рідини, згідно з результатами експериментальних досліджень.



1.3 Вибір та обгрунтування схеми установки

Обгрунтування прийнятої до проектування технологічної схеми установки виконується на основі аналізу випарних установок за ознаками кратності використання тепла гріючої пари, тиску вторинної пари в останньому корпусі, їх переваг та недоліків.

В хімічній промисловості використовують наступні основні схеми випарювання:

- просте випарювання - випарювання, яке здійснюють під атмосферним тиском, а іноді і під вакуумом, здійснюють в одиночних випарних апаратах (однокорпусних випарних установках), як безперервним, так і періодичним методом, характеризується великою витратою теплової енергії, і застосовується переважно, коли економія тепла не має великого значення;

- багаторазове випарювання - випарювання, яке здійснюють в багатокорпусній випарній установці; установка складається із послідовно сполучених між собою випарних апаратів безперервної дії, так званих корпусів, що дає можливість багаторазово використовувати тепло первинної пари за рахунок того, що вторинна пара, яка утворюється в попередніх корпусах, використовується в наступних як гріюча, або як екстра-пара;

- випарювання з тепловим насосом - випарювання здійснюється безперервно в однокорпусних випарних установках, в яких вторинна пара на виході з апарата стикується за допомогою теплового насоса до тиску, який відпровідає температурі гріючої пари, після чого знову повертається в апарат як гріюча.

Випарні установки [4] складаються з основних елементів - випарних апаратів (випарників) і допоміжного устаткування - конденсаторів, теплообмінників, насосів і ін.

Згідно завдання продуктивність установки досить висока і складає 5,5 т/годину, або 1,528 кг/с, то доцільно вибрати установку безперервної дії. З урахуванням наведеного вище, для даного процесу вибираємо однокорпусну

прямоточну випарну установку безперервної дії, із випарним апаратом з природною циркуляцією, та винесеною гріючою камерою, яка обігрівається водяною насиченою парою.

1.4 Принципова схема однокорпусної випарної установки і опис її роботи

Рис. 2.1 1 - випарний апарат; 2 - підігрівач розбавленого розчину; 3 - барометричний конденсатор; 4 - ємність розбавленого розчину; 5 - ємність випареного розчину; 6 - насос; 7 - конденсатовідвідник

Принципова схема однокорпусної випарної установки показана на рис.2.1. Початковий розбавлений розчин із ємності 4 насосом 6 подається в підігрівач 2, в якому підігрівається до температури близької до температури кипіння. Далі підігрітий розчин надходить в випарний апарат 1, де випарюється до кінцевої концентрації. Для підігрівання розчину в підігрівачі 2 використовується тепло вторинної пари, яка утворюється при випарюванні розчину в випарному апараті 1. Випарений концентрований розчин виходить із сепаратора і збирається в ємність випареного розчину 5. В випарному апараті випарювання здійснюється за рахунок тепла первинної гріючої пари, яка подається в нагрівальну камеру випарного апарата. Вторинна пара, що утворилася в випарному апараті, виходить із сепаратора і надходить частково на нагрівання початкового розчину в підігрівач 2 як гріюча, а частково у барометричний конденсатор 3, де конденсується за рахунок охолодження її водою.



2. Вибір конструкції та принцип дії випарного апарата

Випарні апарати можна класифікувати в такий спосіб:

1. За принципом дії - на апарати періодичної і безперервної. Періодично діючі апарати мають ряд переваг перед безперервними: при одній і тій же початковій і кінцевій концентраціях розчину в них досягаються більш високі коефіцієнти теплопередачі; полегшується перекачування концентрованого в'язкого розчину. Однак ці апарати можуть використовуватися лише при невеликих продуктивностях.

2. За первинним теплоносієм - на апарати з паровими, газовими і рідинними теплоносіями, а також з електрообігрівом. Для даного процесу найбільше підходить апарат з паровим обігрівом, тому що при цьому забезпечується високе значення коефіцієнта теплопередачі поряд із простотою регулювання параметрів процесу та невисокою вартістю.

3. За сполученням стадій нагрівання і пароутворення - на апарати, у яких ці стадії сполучені та апарати з винесеною зоною пароутворення або з винесеною гріючою камерою. Для даного випадку застосуємо останній тип - апарат з винесеною гріючою камерою, для запобігання відкладень на поверхні нагрівання.

4. За способом організації руху розчину - на апарати з природною і примусовою циркуляцією. Природна циркуляція може здійснюватися в об'ємі апарата, або забезпечуватися спеціальними циркуляційними трубами. Примусова циркуляція організується за допомогою насосів, мішалок або подачі пари (газу). Циркуляція (переміщення) розчину може створюватися також шляхом обертання або вібрацій поверхні нагрівання. У даному випадку найбільше підходить природна циркуляція, тому що розчин не утворює кристалів і має невелику в'язкість.

За напрямком руху пари і рідини - на апарати, у яких рідина рухається знизу нагору, або ж зверху вниз. Остання обставина сприятливо позначається на режимі теплообміну, тому що рух пари і плівки в одному напрямку сприяє збільшенню швидкості руху плівки і турбулізацій.

На основі аналізу, враховуючи середню продуктивність установки, достатньо значне значення концентрації та в'язкості випарюваного розчину, з метою інтенсифікації процесу випарювання приймаємо випарний апарат безперервної дії з винесеною гріючою камерою та солевідділенням.

Ескіз випарного апарата показано на рис.2.2. В апараті такої конструкції при розміщенні гріючої камери за межами корпусу створюється можливість підвищити інтенсивність випарювання як за рахунок різниці густин парорідинної емульсії в циркуляційній трубі і кип'ятильних трубках, так і за рахунок збільшення висоти самих кип'ятильних труб, довжина яких часто досягає 7 м. Він працює при більш інтенсивній природній циркуляції завдяки тому, що циркуляційна труба не обігрівається, а підіймальні та спускові ділянки циркуляційного контуру мають значну висоту .

Розбавлений розчин надходить під нижню трубну решітку гріючої камери 1 і, піднімаючись по кип'ятильним трубкам 5, випарюється. Інколи розбавлений розчин підводиться в циркуляційну трубу, як показано на рис 2.2. Гріюча пара подається в міжтрубний простір гріючої камери 1, конденсується і віддає тепло стінкам кип'ятильних трубок. За рахунок цього тепла розчин кипить в кип'ятильних трубках. Утворена парорідинна емульсія надходить в сепаратор 2, в якому вторинна пара відділяється від киплячого розчину і виводиться із сепаратора через каплевідбійник 4. Звільнений від вторинної пари киплячий розчин опускається по циркуляційній трубі 3, яка не обігрівається, змішується з початковим розбавленим розчином, і циркуляція повторюється знову.

Швидкість циркуляції розчину в апаратах такої конструкції досягає 3,5 м/с, забезпечуючи більш інтенсивне проведення процесу, і дає можливість випарювання в них концентрованих та здатних до кристалізації розчинів. Завдяки універсальності, зручності та інтенсивній теплопередачі ці апарати мають досить широке застосування в промисловості.

2.1 Вибір конструкційного матеріалу

При виборі конструкційних матеріалів необхідно враховувати його теплостійкість, корозійну стійкість, характеристику на міцність та вартість.

Конструкційні матеріали повинні мати високу корозійну стійкість не тільки для забезпечення довговічності апаратів, але й для запобігання забруднення середовища в апараті продуктами корозії, що призводить до порушення технологічного режиму та погіршення якості продуктів.

Основними конструкційними матеріалами для випарних апаратів і допоміжного обладнання є чавун та сталь.

Чавун використовують до тиску 0,6 МПа і діаметром апаратів до 2 м, чавун має полімерну і хімічну стійкість проти агресивних середовищ. Стійкими проти розчинів лугів є спеціальні чавуни СЧЩ - 1 та СЧЩ - 2, а також чавуни, леговані нікелем або міддю; чавун з вмістом хрому до 30 % стійкий проти дії хлористих сполук, сірки та її сполук, недоліком чавунів є їх невисока механічна міцність.

Сталі в порівнянні з чавунами мають більш високі міцнісні характеристики; вуглецеві сталь Ст.20, застосовуються в апаратах, які працюють при температурі до 450єС і тиску до 6,4 МПа. Стійкими в пароводяному середовищі є низьколеговані молібденові сталі 15М та 20М, хромомолібденові сталі 12МХ та 15МХ.

Матеріал корпусу і деталей випарного апарата знаходиться в лужному середовищі киплячого розчину сульфату натрію. Для апаратів, що працюють в такому середовищі, хімічно стійкою є сталь марки Х17, швидкість її корозії не менше 0,1 мм/год. Деталі, які не контактують з сульфатом натрію виготовити із сталі Ст3. [6]

При концентруванні розчинів сульфату натрію від початкової концентрації 8 до 20% мас. до установки приймаємо за Держстандартом 11987-81 випарний апарат із природною циркуляцією і винесеною гріючою камерою, тип 1, виконання 2. Апарат складається з гріючої камери з кип'ятильними трубками з d = 38x2 мм і висотою Н = 4 м [5], та парового (сепараційного) простору.



3. Технологічний розрахунок

Метою розрахунку є знаходження витрати концентрованого розчину, гріючої пари, визначення температурного режиму установки, витрати вторинної пари на підігрівання початкового розчину в підігрівачі, витрати охолоджуючої води в конденсаторі.

3.1 Загальну кількість випареного розчинника знаходимо з рівняння матеріального балансу випарної установки

кг/с,

де W - кількість випареного розчинника, кг/с;

Gп - продуктивність установки за вихідним розчином, кг/с; Gп= 5,5 т/год;

Xп і Xк - початкова і кінцева концентрації розчину, % мас.

.

Кількість утвореного концентрованого розчину складе:

,

3.2 Вибір тиску вторинної пари

У вибраній схемі вторинна пара температурою Tвт.п. = 55 єС використовується для підігрівання розчину, кінцева температура нагрівання якого повинна бути на 8 10є нижче температури вторинної пари [4]:



,

Відповідно до температури пари за таблицею LVII [4] знаходимо її тиск,

,

3.3 Визначення температурного режиму випарного апарата

Температура кипіння розчину у випарному апараті:

,

де температурна депресія;

гідростатична депресія.

Температурна депресія залежить від концентрації розчину, тиску, природи розчиненої речовини і наводиться в посібниках [4,5] при атмосферному тиску. При визначенні температури кипіння розчину приймаються наступні допущення [5]: 1) Розподіл концентрацій розчину у випарному апараті відповідає моделі ідеального перемішування. Тому концентрацію киплячого розчину приймають рівною кінцевій в даному корпусі. 2) Зміна температури кипіння розчину по висоті кип'ятильних труб відбувається внаслідок зміни гідростатичного тиску стовпа рідини. Температуру кипіння розчину в корпусі приймають при відповідній температурі кипіння в середньому шарі рідини.

Температурну депресію розчину сульфату натрію визначаємо при кінцевій концентрації Хк = 20%, яка становить ?'атм = 1,8єС при атмосферному тиску [5]. Температурну депресію при будь-якому тиску знаходимо за формулою [8]



,

де Твт - абсолютна температура вторинної пари, Твт =273 + 55 = 328 К;

- температурна депресія при атмосферному тиску,єС;

r -теплота пароутворення вторинної пари при Твт =55єС,[4] ,

r = 2368,2 кДж/кг.

Тоді температура кипіння розчину в сепараторі складе:

,

Гідростатична депресія обумовлена різницею тисків у середньому шарі киплячого розчину і на його поверхні.

Тиск у середньому шарі киплячого розчину Рср кожного корпуса визначається за рівнянням [4]:

,

де -- густина киплячого розчину, при Хк = 20%, =1191,5 кг/м3, [3];

- висота рівня розчину в кип'ятильних трубках в апараті, визначається по водомірному склу, в залежності від висоти кип'ятильних трубок Нтр, м.

Для вибору значення Нтр необхідно орієнтовно оцінити поверхню теплопередачі випарного апарата Fор. При кипінні водних розчинів можна прийняти питоме теплове навантаження апаратів із природною циркуляцією q = 20000-50000 Вт/м2, з вимушеною циркуляцією q = 40000-80000 Вт/м2 [9], тоді орієнтовна поверхня теплопередачі першого корпуса дорівнює:

,

За ГОСТ 11987 - 81 (Аппараты выпарные, трубчатые) найближча поверхня складе F = 63 м2, при висоті труб Нтр = 4 м (тип 1, виконання 2).

Оптимальний рівень розчину при випарюванні водних розчинів в апаратах з природнью циркуляцією розраховується за формулою [4].

,

де ,густина розчину і води при температурі кипіння, ),

(при середній концентрації розчину Na2SO4 20%) [3],

Для води

Тоді

,

Такому тискові відповідає температура tср = 68,8єС [4].

Гідростатична депресія за рахунок гідростатичного стовпа рідини складе:

,

Звідси, середня температура кипіння розчину у корпусі складе:



,

Визначення корисної різниці температур в установці

Загальна різниця температур в установці [8]:

,

де Тг.п - температура гріючої пари при тиску Рг.п.= 0,4 МПа; Тг.п. = 142,9 єС [4].

Тб.к. - температура конденсації вторинної пари, що надходить в барометричний конденсатор:

,

де ?''' - гідравлічна депресія, яку приймаємо в межах 1 1,50єС [8].

Загальна різниця температур в установці складе:

,

Корисна різниця температур: [8]

,

де сума температурних втрат:

,

Перевірка корисної різниці температур в апараті:



,

3.4 Тепловий баланс випарного апарата

Надходження тепла в апарат:

з гріючою парою:

з початковим розчином:

Витрати тепла в апараті:

з вторинною парою:

з концентрованим розчином

з конденсатом гріючої пари

теплота концентрування розчину

втрати тепла в навколишнє середовище

де D втрати гріючої пари, кг/с;

Іг.п. - тепловміст гріючої пари при Рг.п. = 0,4 МПа, Іг.п. = 2744 кДж/кг [4]; Cр - теплоємність розбавленого розчину (при Х < 20%), знаходимо за формулою [4]:

,

tп - початкова температура розчину, tп = 45;

Івт - тепловміст вторинної пари при Твт = 55;, Івт = 2605 кДж/кг,[4];

Ск - теплоємність концентрованого розчину при (Х=20%) [4]:

,

де С1 - питома теплоємність твердої розчиненої речовини Nа2SО4, знаходимо на основі питомих теплоємностей елементів за формулою [2]



,

де , та - атомні теплоємності складових елементів;

- мольна маса Na2SO4 = 142 кг/кмоль;

tк - температура кипіння розчину апараті, tкип = ;

- теплоємність води, = 4190 Дж/кг*К;

- температура конденсату,

,

Теплота концентрування сульфату натрію складає кДж/моль, або = 81210/142 =572 Дж/кг [3], і в перерахунку на суху речовину становить:, що складає досить незначну величину в порівнянні з тепловим навантаженням випарного апарата:

де W - кількість вторинної пари;

- теплота пароутворення вторинної пари, тому можна знехтувати і не враховувати.

Втрати тепла в навколишнє середовище приймаємо 3% від загальної кількості надходження тепла: Qвт = 0,03Qг.п..

Підставивши необхідні величини в наведені вище рівняння знаходимо статті надходження та витрати тепла:

,

,

,

,

,



,

,

Складаємо тепловий баланс і зводимо в таблицю 3.1.:

,

Звідки знаходимо витрату гріючої пари D = 1,032 кг/с

Таблиця 3.1 - Зведений тепловий баланс випарної установки

Надходження тепла	Вт	%	Витрати тепла	Вт	%
З гріючою парою	2831808	91,43	З вторинною парою	2388785	77,13
З розбавленим розчином	265416	8,57	З концентрованим розчином	131642	4,25
			З паровим конденсатом	483905	15,86
			Теплові втрати	92916	3
УСЬОГО	3097208	100,0		3097421	100,0

Розходження балансу:

, що не перевищує 5%

3.5 Визначення витрати гріючої пари у підігрівачі вихідної суміші

Складаємо тепловий баланс підігрівача, з якого знаходимо теплове навантаження Qп:

,

де - витрата початкового розбавленого розчину, =1,53 кг/с;

- теплоємність початкового розчину, = 3855 Дж/кг·К;[3]

, - температури розчину на вході та виході з підігрівача, = 22, = 45.

В якості гріючої пари використовуємо вторинну пару випарного апарата, яка має наступні параметри:

; ;

; теплоємність розчину

Витрата гріючої пари на підігрівання розчину складе:

,

3.6 Визначення витрати охолоджуючої води в барометричному конденсаторі

Витрату води в барометричному конденсаторі визначаємо з рівняння теплового балансу конденсатора:

де - кількість вторинної пари, що надходить на конденсацію,

;



Iбк = 2605 - ентальпія вторинної пари кДж/кг;

, - кінцева та початкова температури охолоджуючої води,;

- приймаємо на 3 - 5 нижче від температури конденсації пари,

= ;

= 4,19 кДж/кг - теплоємність охолоджуючої води.



4. Конструктивний розрахунок випарного апарата

Вихідні дані для розрахунку:

Витрата початкового розбавленого розчину, Gп = 1,53 кг/с;

Температура кипіння розчину ;

Корисна різниця температур ;

Температура гріючої пари, ;

Температура вторинної пари, .

4.1 Визначення коефіцієнта теплопередачі в випарному апараті

Коефіцієнт теплопередачі визначаємо за формулою [8]

,

де коефіцієнт тепловіддачі від пари, що конденсується, до стінки кип'ятильної труби,;

коефіцієнт тепловіддачі від стінки труби до киплячого розчину, ; випарювання температурний барометричний конденсатор

- сума термічних опорів стінки і забруднень, ;

4.1.1 Визначення коефіцієнта тепловіддачі від гріючої пари до стінки

Коефіцієнт тепловіддачі при конденсації водяної пари на пучку вертикальних труб визначаємо за формулою [4]

,

де - висота труб гріючої камери, м;

q - питоме теплове навантаження апарата, Вт/м2;

Всі параметри фізичних величин прийняті при температурі конденсації гріючої пари ;

- теплота пароутворення гріючої пари, ;

теплопровідність, густина і в'язкість конденсату, табл. ХХХІХ [4].

,

,

4.1.2 Визначення коефіцієнта тепловіддачі від стінки до киплячого розчину

Коефіцієнт тепловіддачі знаходимо за формулою [3]:

,

де теплопровідність, густина, в'язкість і поверхневий натяг розчину знаходимо при температурі кипіння і кінцевій концентрації розчину Хк=20,0 %, за таблицями [3].

b - безрозмірна величина, яку знаходимо згідно виразу:

,



Густина пари:

де Р - тиск пари в апараті; ; - мольна маса водяної пари; ;

- поверхневий натяг: приймаємо для води (ця величина для розчину Na2SO4 в довідковій літературі відсутня).

, [4].

Тоді:

4.1.3 Визначення суми термічних опорів стінки та забруднень

Суму термічних опорів визначаємо за формулою [4]:

,

де - товщина стінки труби, ;

- коефіцієнт теплопровідності матеріалу стінки труби: для сталі [4];

та - термічний опір забруднень зі сторони пари та розчину, визначаємо за [4]:

, ,тоді:

,

Коефіцієнт теплопередачі складе:

,



Питоме теплове навантаження в апараті:

,

де - корисна різниця температур.

Звідси отримуємо рівняння:

,

Це рівняння розв'язуємо графічно, приймаючи різні значення q. Результати розрахунку зводимо в таблицю 3.1 і будуємо залежність функції У від питомого навантаження, рис.3.1.

Таблиця 3.1 - Залежність функції У від питомого навантаження

	8,0	8,5	9,0	9,5	10,0
У	-9,752	-6,262	-2,763	0,747	4,266

Рис.4.1 - Графічне визначення питомого теплового навантаження q у випарному апараті



При у = 0 знаходимо q = 94000 Вт/м2 і коефіцієнт теплопередачі в випарному апараті складе:

.

4.2 Визначення поверхні теплопередачі випарного апарата

Поверхню теплопередачі (нагрівання) випарного апарата визначаємо із основного рівняння теплопередачі за формулою:

,

де Q - теплове навантаження випарного апарата, Вт, визначаємо за формулою:

,

де . = 2744 кДж/кг, та = 601,1 кДж/кг - тепловміст гріючої пари та парового конденсату при Р = 0,4 МПа, [4].

Тоді:

,

Приймаємо стандартний випарний апарат за ГОСТ 11987-81 [5], тип 1, виконання 2, з такою характеристикою:

Поверхня теплопередачі - F =40,0 м2;

Висота трубок гріючої камери - Н = 4 м;

Діаметр гріючої камери - D = 600 мм;

Діаметр сепаратора - D1 = 1200 мм;

Діаметр циркуляційної труби - D2 = 400 мм;

Висота сепаратора - Нс = 12500 мм;

Маса апарата - М = 4700 кг.

Запас поверхні складе:

,

4.3 Визначення діаметрів штуцерів

Діаметри штуцерів для підведення та відведення теплоносіїв визначаємо з рівняння витрати за формулою [4]

,

де V - об'ємна витрата теплоносія, м3/c;

швидкість руху теплоносія в штуцері, м/с,

приймаємо для рідин, -3 м/с, для газів = 20 - 50 м/с [4].

4.3.1 Діаметр штуцера для підведення гріючої пари, складе

,

де витрата гріючої пари Dп = 0,868 кг/с; швидкість руху гріючої пари у штуцері приймаємо = 35 м/с; густина гріючої пари при Тг.п = 142,9, , за табл. LVII [4].

Приймаємо стандартний діаметр dу = 150 мм.



4.3.2 Діаметр штуцера для виходу конденсату гріючої пари

,

де витрата конденсату гріючої пари Dк = 1,268 кг/с; швидкість руху конденсату гріючої пари у штуцері приймаємо = 1,5 м/с; густина конденсату гріючої пари при Тг.п =142,9; = 924 кг/м3, за табл. LVII [4].

Приймаємо стандартний діаметр dу = 40 мм.

4.3.3 Діаметр штуцера підведення розчину на випарювання

,

де витрата початкового розчину Gк = 1,53 кг/с; швидкість подачі початкового розчину приймаємо = 1,5 м/с; густина початкового розчину = 1048 кг/м3, при Хп = 8% [3].

Приймаємо стандартний діаметр dу = 40 мм.

4.3.4 Діаметр штуцера виходу концентрованого розчину

,

де витрата концентрованого розчину Gк = 1,197 кг/с; швидкість руху концентрованого розчину у штуцері приймаємо = 1,5 м/с; густина концентрованого розчину при температурі кипіння і концентрації Хк = 20% , [3].

Приймаємо стандартний діаметр dу = 32 мм.



4.3.5 Діаметр штуцера для виходу вторинної пари складе

,

де витрата вторинної пари W = 1,1 кг/с; швидкість руху вторинної пари у штуцері приймаємо = 40 м/с; густина вторинної пари при Твт.п =55, за табл. LVII [4].

Приймаємо стандартний діаметр dу = 600 мм.

4.4 Вибір фланцевих з'єднань до штуцерів

За умовними діаметрами штуцерів за Держстандартом 1255-67 підбираються до них фланці сталеві плоскі, тип І, приварні встик з гладкою поверхнею ущільнення для труб та трубопровідної арматури [6] і їх з'єднувальні розміри заносимо в таблицю 4.1. Ескіз фланця наведений на рис. 4.2., а з'єднувальні розміри в таблиці 4.1.

Рис. 4.2 - Ескіз штуцера з фланцем



Таблиця 4.1 - Технічна характеристика штуцерів і фланців до них

Py, МПа	Розміри, мм	Z, шт	Маса, кг
	Dy	Dн	Dф	Dб	D1	h	h1	H	dб
0,6	32	38	120	90	70	10	2	150	М12	4	0,79
0,6	40	45	130	100	80	10	3	150	М12	4	1,21
0,6	150	152	260	225	202	15	3	150	М16	6	4,63
0,6	600	630	755	705	670	22	5	150	М24	6	26,24

4.5 Вибір фланцевого з'єднання для гріючої камери

Гріючу камеру випарного апарата приймаємо розбірною, із зйомними кришкою та днищем. З'єднання фланцеве, згідно з ОСТ 26-426-79, тип 2, (шип - паз) [6]. Ескіз з'єднання наведений на рис.4.3., а розміри наведені в таблиці 4.2.

Рис. 4.3 - Ескіз фланцевого з'єднання кришки (днища) та корпусу.

Фланці, стальні, приварні, зі сполучним виступом



Таблиця 4.2 - Характеристики фланців, сталевих, плоских, приварних, зі сполучним виступом

Py, МПа	Розміри, мм	Z, шт	Маса, кг
	Dв	Dф	Dб	h	dб
0,6	800	930	890	32	М20	32	33,7

4.6 Вибір кришки та днища випарного апарата

Як видно із рис.2.2., випарні апарати складаються із двох частин - гріючої камери і сепараційного простору. Кришка гріючої камери конічна, а днище еліптичне. В сепараторі днище конічне, а кришка еліптична [6]. Ескізи кришок та днищ наведені на рис 4.4 та 4.5., а розміри в таблиці 4.3.

Рис. 4.4 - Ескіз конічного днища (кришки), ГОСТ 12621-87

Таблиця 4.3 - Характеристика конічної кришки (днища) по ГОСТ 12621 - 87

Розміри, мм	F, м2	V, м3	Маса, кг
Dв	Нв	h	S
600	336	40	4	0,94	0,11	23,2
1200	896	50	6	3,61	0,809	169



Рис. 4.5 - Ескіз кришки (днища) еліптичного відбортованого ГОСТ 6533 - 87

Таблиця 4.4. Характеристика еліптичної кришки (днища) за ГОСТ 12621 - 87

Розміри, мм	F, м2	V, м3	Маса, кг
Dв	Нв	h	S
600	150	25	4	0,44	0,0352	21
1200	300	60	6	1,79	0,2704	115



5. Гідравлічний розрахунок

Розрахунок гідравлічного опору необхідний для визначення витрат енергії на переміщення рідини або пари і вибір машин для цього.

Загальні втрати тиску у випарному апараті складають:

,

де тиск, необхідний для подолання сил поверхневого натягу, Па; - гідростатичний тиск стовпа рідини, Па;

втрата напору за рахунок тертя і місцевих опорів у трубному просторі, Па

визначаємо згідно виразу:

,

де поверхневий натяг розчину, = 0,0609 Н/м, [3];

dв - внутрішній діаметр кип'ятильної трубки dв= 0,034 м;

- гідростатичний тиск стовпа рідини:

,

де - густина 20% розчину Na2SO4; = 1168 кг/м3;

Н - висота труб гріючої камери, Н = 4 м;

- втрата напору за рахунок тертя і місцевих опорів у трубному просторі, визначаємо згідно виразу:

,



де коефіцієнт гідравлічного тертя визначається в залежності від режиму руху;

сума коефіцієнтів місцевих опорів.

Режим руху розчину в трубках визначаємо за критерієм Рейнольдса:

,

де - швидкість підйому бульбашок, м/с;

- діаметр бульбашки киплячої рідини, м, приймаємо = 0,005 м,

густина розчину, кг/м3;

в'язкість розчину, Па*с,

Швидкість підйому бульбашок визначаємо за формулою:

,

Тоді значення критерію Рейнольдса в трубках складе:

,

Режим руху ламінарний, отже визначаємо за формулою, що рекомендується для ламінарного режиму

Сума коефіцієнтів місцевих опорів складе:

,

де сума коефіцієнтів місцевих опорів при вході розчину в труби, для одної труби = 0,2 [4]

сума коефіцієнтів місцевих опорів при виході розчину із труби, для одної труби = 1 [4]

Число труб гріючої камери:

,

де - середній діаметр труби, = (38+43)/2 = 36 мм;

- висота труб.

Тоді:

,

,

,

,

Загальний гідравлічний опір випарного апарата складе:

,



6. Механічний розрахунок

Випарний апарат складається з двох частин: гріючої камери та сепаратора. Оболонка гріючої пари знаходиться під тиском Рг.п. = 0,4 МПа, на кришки та на днище діє тиск вторинної пари .

Розрахунковий тиск буде максимальним в нижній частині з урахуванням тиску гідростатичного стовпа рідини.

6.1 Розрахунок товщини стінки оболонки гріючої камери.

Товщину циліндричної оболонки знаходимо за формулою:

,

де - розрахунковий тиск в нижній частині оболонки апарату

,

- густина конденсату гріючої пари при температурі Тг.п = 142,9,

= 926 кг/м3 [2];

Н - висота оболонки, Н = 6 м;

- внутріщній діаметр оболонки гріючої камери, Dв =600 мм;

-допустима напруга матеріалу оболонки, знаходимо по рис.14.1 [6]в залежності від температури. При температурі Тг.п. = 142,90С = 155 МН/м2 (для нержавіючої сталі);

- коефіцієнт міцності зварювального шва, залежить від типу шва. Наприклад для одностороннього стикового шва = 0,8, двостороннього - = 0,95;

С - величина сумарної добавки, С = Ск + Се + Сд, де Ск - добавка на корозію, або інший вид хімічної дії робочого середовища на матеріал; при відсутності даних при проникливість приймаємо Ск=1 мм/рік; Се - добавка на ерозію, рекомендовано приймати тоді, коли має місце рух агресивних частинок в апараті з великою швидкістю, для випарного апарату Се=0;

Сд - додаткова добавка по технологічним, монтажним та іншим міркуванням.

Приведеними добавками товщина стінки оболонки округляється до розмірів сортаменту.

Перевіримо відношення визначальних параметрів

(межі застосування формули ).

Підставивши необхідні величини знаходимо:

,

По таблиці [6] приймаємо товщину оболонки:

,

Допустимий тиск в оболонці:

,

що більше



Таблиця 6.1 - Рекомендована мінімальна товщина стінки оболонки в залежності від діаметру оболонки [6]

D, мм	<400	>400 до 1000	>1000 до 2000	>2000 до 4000
S, мм	2	3	4	6

6.2 Розрахунок товщини стінки днища гріючої камери

Знаходимо коефіцієнт ослаблення днища отвором (вихід розчину)

,

де d - діаметр отвору виходу упареного розчину, d = 32 мм.

Робочий тиск на днище складе:

,

де - густина розчину в корпусі, =1163 кг/м3.

Товщина стінки днища:

,

,

де Сд - додаткова добавка.

6.3 Розрахунок товщини трубної решітки гріючої камери

Для закріплення труб використовуються трубні решітки, тип ІІ [6] ескіз якої показаний на рис.6.1. Розрахункова товщина решітки зовні [6]:



,

Коефійцієнт ослаблення решітки отворами:

,

де - сума отворів по діаметру трубної решітки; при діаметрі труб 38х2мм, їх кількість становить 13 шт.

Розрахункова висота решітки посередині:

,

З урaхуванням добавок на корозію та округлення розміру приймаємо:

= 0,01 м, h = 0,04 м.

Рис. 6.1 - Ескіз трубної решітки гріючої камери

6.4 Розрахунок товщини стінки оболонки сепаратора

Товщину циліндричної оболонки знаходимо за формулою:



,

де - розрахунковий тиск в нижній частині оболонки апарату

,

- густина конденсату гріючої пари при температурі Тг.п = 142,9,

= 926 кг/м3 [2];

Н - висота оболонки, Н = 12,5 м;

- внутріщній діаметр оболонки гріючої камери, Dв =1200 мм;

-допустима напруга матеріалу оболонки, знаходимо по рис.14.1 [6]в залежності від температури. При температурі , = 155 МН/м2 (для нержавіючої сталі);

- коефіцієнт міцності зварювального шва, залежить від типу шва. Наприклад для одностороннього стикового шва = 0,8, двостороннього - = 0,95; С - величина сумарної добавки, С = Ск + Се + Сд, де Ск - добавка на корозію, або інший вид хімічної дії робочого середовища на матеріал; при відсутності даних при проникливість приймаємо Ск=1 мм/рік; Се - добавка на ерозію, рекомендовано приймати тоді, коли має місце рух агресивних частинок в апараті з великою швидкістю, для випарного апарату Се=0;

Сд - додаткова добавка по технологічним, монтажним та іншим міркуванням.

Приведеними добавками товщина стінки оболонки округляється до розмірів сортаменту.

Перевіримо відношення визначальних параметрів (межі застосування формули ).

Підставивши необхідні величини знаходимо:



,

По таблиці [6] приймаємо товщину оболонки:

,

Допустимий тиск в оболонці:

,

що більше

Таблиця 6.1 - Рекомендована мінімальна товщина стінки оболонки в залежності від діаметру оболонки [6]

D, мм	<400	>400 до 1000	>1000 до 2000	>2000 до 4000
S, мм	2	3	4	6

6.5 Розрахунок товщини стінки конічного днища сепаратора

Розрахунковий тиск:

,

де - висота рівня розчину в сепараційному просторі (Рис.2.2.); розраховуємо приблизно з розмірів, приведених в [5] урахуванням висоти днища:

,



Тоді:

,

де - коефіцієнт форми днища знаходимо по графіку [6] при і відношенні ( - радіус згину відбортованої частини днища), = 1,7.

Доводимо отриману товщину стінки до стандартної:

,

6.6 Вибір опори апарату

Визначення маси апарату

Розрахуємо масу апарата в робочому стані, тобто заповненому водою при гідравлічному випробуванні.

Визначимо об'єм гріючої камери і сепаратора:

,

,

Маса води в гріючій камері складе:

,

Маса води в сепараторі:

,

де - густина води, = 1000 кг/м3.

Маса самого апарату складає Ма = 4700 кг.

Так як сепаратор обпирається на опорне кільце, то опори гріючої камери приймаємо по ОСТ 26 - 665 - 79, ескіз яких показано на Рис.6.2, основні розміри приведені в таблиці 6.2.

Таблиця 6.2 - Основні розміри опорного кільця

Q	d	a1	b	c	c1	h	h1	S1	k	k1	db
10,0	90	115	115	20	85	170	14	6	20	30	М20

Рис.6.2 - Ескіз опори

Навантаження на одну опору становить Q = 10 кН, або 10000 кг. Тоді кількість опор складе:

,



Висновок

Випарні апарати з виносною гріючою камерою широко застосовуються для випарювання розчинів, що кристалізуються і піняться.

Апарат має виносний кип'ятильник 1 і сепаратор 2. В кип'ятильнику, який складається з жмутка труб, які обігріваються зовні паром, утворюється парорідинна суміш, що надходить до сепаратора по трубі 4. В сепараторі відбувається відділення вторинної пари від рідини, яка по циркуляційній трубі 3 повертається до кип'ятильнику. Труби кип'ятильника можуть досягати значимих довжин (до 7 метрів), що сприяє інтенсивній циркуляції. Зі збільшенням довжини труби зростає різниця ваг парорідинної суміші в них і рідини в циркуляційній трубі. Розташування кип'ятильника окремо від зручно для ремонта і очистки труб. Часто до сепаратора приєднують два і більше кип'ятильника, з яких один можна вимкнути для ремонта чи очистки, не зупиняючи всього апарата.

Випарний апарат за ГОСТ 11987-81 [5], тип 1, виконання 2, з такою характеристикою:

Поверхня теплопередачі - F =40,0 м2; Висота трубок гріючої камери - Н = 4 м; Діаметр гріючої камери - D = 600 мм;

Діаметр сепаратора - D1 = 1200 мм; Висота сепаратора - Нс = 12500 мм;

Діаметр циркуляційної труби - D2 = 400 мм;

Висота сепаратора - Нс = 12500 мм; Маса апарата - М = 4700 кг.



Список використаної літератури

1. Кнунянц И.Л. и др. Химический энциклопедический словарь. М.:Советская Энциклопедия

2. Краткая химическая энциклопедия/Под редакцией И.Л. Кнунянца. М.: "Советская Энциклопедия",1967. - 1182 с.

3. Зайцев И.Д., Асеев Т.Г. Физико - химические свойства бинарных и многокомпонентных неорганических веществ. - М: Химия, 1988. - 416 с.

4. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия. 1987. 576 с.

5. Основные процессы и аппараты химической технологии/Под ред. Дытнерского Ю.И., М.Химия 1991, 496 с.

6. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов. Справочник -Л.: Машиностроение. 1981. 381 с.

7. Гжиров Р.И. Краткий справочник конструктора: Справочник - Л: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1983 - 464 с.

8. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. -М., Химия, 1971.783 с.

Размещено на Allbest.ru

...