Расчет трехкорпусной выпарной установки

ОГЛАВЛЕНИЕ
ЗАДАНИЕ. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 2
ВВЕДЕНИЕ 4
1.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ 2
1.1.Расчёт концентраций упариваемого раствора 2
1.2.Определение температур кипения растворов 3
1.3.Расчёт полезной разности температур 7
1.4.Определение тепловых нагрузок 7
1.5.Расчёт коэффициентов теплопередачи 9
1.6.Распределение полезной разности температур 13
2.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ 2
3.РАСЧЁТ БАРОМЕТРИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА 2
3.1.Определение расхода охлаждающей воды 2
3.2.Расчёт диаметра барометрического конденсатора 2
3.3.Расчёт высоты барометрической трубы 3
4.РАСЧЁТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВАКУУМ – НАСОСА 2
5.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ПОДОГРЕВАТЕЛЯ 2
6.РАСЧЁТ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА 2
7.РАСЧЁТ ОБЪЁМА И РАЗМЕРА ЁМКОСТЕЙ 2
8.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА ШТУЦЕРОВ 2
9.ПОДБОР КОНДЕНСАТООТВОДЧИКОВ 2
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 4
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 5

ВВЕДЕНИЕ
Выпариванием называется концентрирование растворов практически нелетучих или малолетучих 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. Выпаривание иногда применяют также для выделения растворителя в чистом виде: при опреснении морской воды выпариванием образующийся из нее водяной нар конденсируют и воду используют для питьевых или техническихцелей.
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, называетсявторичным.
Тепло, необходимое для выпаривания раствора, обычно подводится через стенку, отделяющую теплоноситель от раствора. В некоторых про-изводствах концентрирование растворов осуществляют при непосредст-венном соприкосновении выпариваемого раствора с топочными газами или другими газообразными теплоносителями.
Процессы выпаривания проводят под вакуумом, при повышенном и атмосферном давлениях. Выбор давления связан со свойствами выпари-ваемого раствора и возможностью использования тепла вторичного пара.
При выпаривании под атмосферным давлением вторичный пар не ис-пользуется и обычно удаляется в атмосферу. Такой способ выпаривания является наиболее простым, но наименее экономичным.
Выпаривание под атмосферным давлением, а иногда и выпаривание под вакуумом 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 эко-номия первичного пара по сравнению с однокорпусными установками той же производительности.
В химической промышленности применяются в основном непрерывно действующие выпарные установки. Лишь в производствах малого масштаба, а также при выпаривании растворов до высоких конечных концентраций иногда используют выпарные аппараты периодического действия. Концентрация раствора в таком аппарате приближается к конечной лишь в конечный период процесса. Поэтому средний коэффициент теплопередачи здесь может быть несколько выше, чем в непрерывно действующем аппарате, где концентрация раствора ближе к конечной в течение всего процесса выпаривания.
Современные выпарные установки имеют очень большие поверхности нагрева (иногда превышающие 2000 м2в каждом корпусе) и являются крупными потребителями тепла.
В современных выпарных установках выпариваются очень большие количества воды. Выше было показано, что в однокорпусном аппарате на выпаривание 1 кг воды требуется более 1 кг греющего пара. Это привело бы к чрезмерно большим расходам его. Однако расход пара на выпарива-ние можно значительно снизить, если проводить процесс в многокорпус-ной выпарной установке. Как указывалось, принцип действия ее сводится к многократному использованию тепла греющего пара, поступающего в первый корпус установки, путем обогрева каждого последующего корпуса (кроме первого) вторичным паром из предыдущего корпуса.

Рис. 1. Многокорпусная прямоточная выпарная установка:
1-3 — корпуса установки;4 — подогреватель исходного раствора; 5 — барометри-ческий конденсатор; 6 — ловушка; 7 — вакуум-насос.

Установка состоит из нескольких (в данном случае трех) корпусов. Исходный раствор, обычно предварительно нагретый до температуры кипения, поступает в первый корпус, обогреваемый свежим (первичным) паром. Вторичный пар из этого корпуса направляется в качестве греюще-го во второй корпус, где вследствие пониженного давления раствор кипит при более низкой температуре, чем в первом.
Ввиду более низкого давления во втором корпусе раствор, упаренный в первом корпусе, перемещается самотеком во второй корпус и здесь охлаждается до температуры кипения в этом корпусе. За счет выделяющегося при этом тепла образуется дополнительно некоторое количество вторичного пара. Такое явление, происходящее во всех корпусах установки, кроме первого, носит название самоиспаренияраствора.
Аналогично упаренный раствор из второго корпуса перетекает само-теком в третий корпус, который обогревается вторичным паром. Из второго корпуса.
Предварительный нагрев исходного раствора до температуры кипения в первом корпусе производится в отдельном подогревателе 4, что позволяет избежать увеличения поверхности нагрева в первом корпусе.
Вторичный пар из последнего корпуса (в данном случае из третьего) отводится в барометрический конденсатор 5, в котором при конденсации пара создается требуемое разрежение. Воздух и неконденсирующиеся газы, попадающие в установку с паром и охлаждающей водой (в конден-саторе), а также через неплотности трубопроводов и резко ухудшающие теплопередачу, отсасываются через ловушку – брызгоулавливатель6 вакуум-насосом 7.
С помощью вакуум-насоса поддерживается также устойчивый вакуум, так как остаточное давление в конденсаторе может изменяться с колебанием температуры воды, поступающей в конденсатор.
Необходимым условием передачи тепла в каждом корпусе должно быть наличие некоторой полезной разности температур, определяемой разностью температур греющего пара и кипящего раствора. Вместе с тем, давление вторичного пара в каждом предыдущем корпусе должно быть больше его давления в последующем. Эти разности давлений создаются при избыточном давлении в первом корпусе, или вакууме в последнем корпусе, или же при том и другом одновременно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной курсовой работе представлен расчет процесса выпаривания раствора NaNO3 по следующим исходным данным:
Производительность по сырью – 3,33 кг/с
Концентрация раствора: начальная – 18%, конечная – 65%
Число корпусов – 3
Давление греющего пара – 5,8 атм
Давление в последнем корпусе – 3,9 атм
Температура воды на входе в конденсатор – 20оС
Начальная температура раствора – tн45оС
В результате проведенных расчетов были выбраны по каталогу сле-дующие аппараты:
Выпарной аппарат с естественной циркуляцией, выносной греющей камерой.
Номинальная поверхность теплообмена Fн100 м2,
Общая высота аппарата На13000 мм,
Масса аппарата Ма7500 кг
Барометрический конденсато:
• Диаметром D1 м
• Высота трубы Н13м.
• Расход охлаждающей воды G24,81кг/ч
Вакуум-насос типа ВВН-3 мощностью на валу N20 кВт.