Конструирование выпарной установки (стр. 1 из 6)
Содержание
Введение
1.1 Литературный обзор по теории и технологии процесса выпарки
1.2 Обоснование выбора и описание технологической схемы
1.3 Выбор конструкционных материалов аппаратов
2.1Материальный баланс установки
2.2 Тепловой расчёт установки
2.3 Определение расхода греющего пара
2.4 Определение поверхности теплопередачи, выбор типа выпарного аппарата
2.5 Расчёт и выбор вспомогательного оборудования (насос, конденсатоотводчик, барометрический конденсатор)
2.6 Расчёт диаметров трубопроводов и штуцеров
2.7 Расчёт толщины теплоизоляционных покрытий
2.8 Расчёт и выбор теплообменника исходной смеси
3. Основные требования техники безопасности при эксплуатации выпарных установок
Список используемой литературы
Введение
Выпаривание — термический процесс концентрирования растворов твердых веществ, при кипении и частичном удалении жидкого растворителя в виде 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. В технике процесс выпаривания (упаривания) получил широкое распространение, так как многие вещества (сахар, поваренная соль, щелочные металлы, аммиачная селитра и многие другие) получают в виде слабых водных растворов, а в готовом для потребления, хранения или транспорта виде они должны быть полностью или частично обезвожены.Таким образом, выпарная установка является важным элементом оборудования многих предприятий химической, пищевой и других отраслей промышленности. От правильного её расчёта и конструирования нередко зависит нормальная работа цеха или завода в целом. В общем случае выбор схемы выпарной установки является задачей оптимального поиска и выполнятся технико-экономическим сравнением различных вариантов с использованием ЭВМ.Впервые выпаривание, как технологический процесс получило применение в производстве сахара. В России в 1802 г. был построен первый сахарный завод с применением упаривания сахарного сиропа. Глубокое научное обоснование и анализ процессов выпарки дан в 1915 г. русским ученым И. А. Тищенко в монографии "Современные выпарные аппараты и их расчёт".
1.1.Литературный обзор по теории и технологии процесса выпарки
Выпаривание – термический процесс концентрирования растворов твердых нелетучих веществ при кипении и удалении жидкого нелетучего растворителя в виде паров. Выпаривание применяют для концентрирования растворов в производстве минеральных солей, органических полупродуктов и удобрений, белково-витаминных концентратов, кормовых дрожжей и других продуктов, а также для регенерации различных растворов (с целью возврата их в технологический цикл) и термического обезвреживания промышленных стоков.
Растворитель может превращаться в пар при кипении жидкости или при поверхностном её испарении. В выпарных аппаратах применяется более интенсивный из этих способов превращения растворителя в пар, а именно кипение. Впервые выпаривание получило промышленное применение в производстве сахара, а в дальнейшем и в химической промышленности. При концентрировании растворов вода иногда удаляется до 90% первоначального веса.
В элементарном виде процесс выпаривания можно осуществить в простом открытом или закрытом сосуде, наполненном раствором, при подводе к нему тепла для кипения и отводе образующихся паров в атмосферу или в конденсирующее устройство.
Выпарные аппараты по принципу работы и конструктивному оформлению имеют много общего с испарителями, применяемыми на электростанциях. Но процесс выпарки водных растворов в выпарных аппаратах имеет принципиальное отличие от процесса кипения чистой воды в испарителях.
Понижение температуры образующихся из раствора водяных паров по сравнению с температурой кипения раствора называют физико-химической температурной депрессией. Обозначив её через ∆1, можем написать
∆1 = tр – υ
где tр – температура кипения раствора, 0С;
υ – температура образующихся паров воды, 0С.
Физико-химическая температурная депрессия различна для разных растворов. Она больше у растворов веществ с малым молекулярным весом. Для раствора одного и того же вещества физико-химическая температурная депрессия увеличивается с повышением его концентрации.
Под концентрацией раствора понимают отношение массы сухого вещества в растворе к общей массе раствора в процентах
где b – массовая концентрация раствора, %;
W – количество растворителя или воды в растворе, кг;
Gсух. – количество растворённого или сухого вещества в растворе, кг.
При выпарке вес сухого вещества в растворе остаётся постоянным, а количество растворителя (воды) уменьшается, а концентрация раствора увеличивается
На практике выпаривание часто ведут и под вакуумом и под давлением. В таких случаях физико-химическая температурная депрессия может быть вычислена по приближённой формуле И.А. Тищенко
где ∆1 – искомая физико-химическая температурная депрессия при давлении выпаривания;
∆’1 – депрессия, взятая из таблиц, при атмосферном давлении;
Т – температура кипения чистого растворителя, 0К;
r – скрытая теплота парообразования для воды при давлении выпаривания, кДж/кг.
Наличие физико-химической температурной депрессии понижает полезную разность температур между первичным и вторичным паром в выпарном аппарате.
С повышением концентрации раствора увеличиваются его вязкость, плотность и температурная депрессия и понижаются теплоёмкость и теплопроводность.
Удельную теплоёмкость раствора определяют по формуле, кДж/(кг*0С)
где ссух. – удельная теплоёмкость безводного нелетучего вещества, раствор которого выпаривается (определяется по справочнику), кДж/(кг*0С);
св – теплоёмкость воды, св = 4,19 кДж/(кг*0С);
b – процентное содержание вещества в растворе.
Вследствие увеличения вязкости растворов и понижения их теплопроводности и теплоёмкости уменьшается и коэффициент теплоотдачи αр от греющей стенки к кипящему раствору.
1.2 Обоснование выбора и описание технологической схемы производства
В промышленности применяются многокорпусные выпарные установки, обеспечивающие экономию греющего пара. С увеличением числа корпусов уменьшается удельный расход пара, но увеличивается стоимость установки.
Выбор числа ступеней выпарной станции производится на основе технико-экономических расчётов.
Выпарная станция может компоноваться из одной, двух и более параллельно действующих выпарных установок.
Различают следующие схемы выпарных установок:
1. по давлению вторичного пара в последней ступени: а) работающие под разрежением; б) под давлением; в) при ухудшенном вакуумом.
2. в зависимости от технологии обработки раствора при выпарке: а) одностадийные; б) многостадийные. В многостадийных установках сгущённый раствор отбирается из выпарной установки и направляется для дополнительной обработки (отстаивание, фильтрация), а затем вновь поступает в выпарные аппараты для дальнейшего сгущения.
3. по взаимному направлению потоков греющего пара и выпариваемого раствора: а) прямоточные; б) противоточные; в) с параллельным питанием раствора; г) со смешанным током.
По принципу работы выпарные установки разделяются на непрерывно и периодически действующие.
В установках непрерывного действия неконцентрированный (слабый) раствор непрерывно подаётся в аппарат, а упаренный (крепкий) раствор непрерывно отводится из него.
В аппаратах периодического действия жидкость подаётся в аппарат, выпаривается до необходимой, более высокой концентрации, затем упаренный раствор удаляется из аппарата. Опорожнённый аппарат снова заполняется неконцентрированным раствором. Периодическое выпаривание применяется в установках небольшой производительности, когда сгущённая жидкость не поддаётся откачке насосом, либо в тех случаях, когда необходимо выпарить весь растворитель.
Аппараты непрерывного действия более экономичны в тепловом отношении, поскольку в них отсутствуют потери, связанные с расходом теплоты на периодический разогрев аппарата. В большинстве случаев аппараты непрерывного действия компонуются в многокорпусные выпарные установки, представляющие собой несколько соединённых друг с другом аппаратов (корпусов), работающих под давлением, понижающемуся по направлению от первого корпуса к последнему. В каждом последующем корпусе устанавливается большая концентрация раствора, чем в предыдущем.
По давлению внутри аппарата выпарные установки разделяются на работающие при избыточном и атмосферном давлении и вакууме.
Вакуум в выпарных аппаратах применяется в следующих случаях:
1. когда раствор под влиянием температуры разлагается, изменяет цвет, запах.
2. когда раствор при атмосферном давлении имеет высокую температуру кипения, т.е. обладает большой физико-химической температурной депрессией, и требует высоких параметров греющего пара.
3. когда греющий теплоноситель имеет низкую температуру и, следовательно, нужно снижать температуру кипения раствора.