Трехкорпусная выпарная установка

Задание на проектирование.

Спроектировать трехкорпусную  выпарную установку для концентрирования сливок с начальной концентрацией сухих веществ СВ_н=25% до конечная концентрация сухих веществ  CB_к=75% в сгущенных сливках при следующих условиях:

1. Производительность по выпаренному веществу: W=800 кг/ч=0,222 кг/с.
2. Остаточное давление в конденсаторе: P_б.к=0,005 Мпа;

3. Давление греющего пара: P_г.п=0, 11 Мпа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Нижегородский государственный  технический университет

им. Р.Е.Алексеева

Дзержинский политехнический  институт

 

Кафедра «Процессы и аппараты химической и пищевой технологии»

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К  КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ»

 «ТРЕХКОРПУСНАЯ ВЫПАРНАЯ УСТАНОВКА»

 

 

 

 

 

Выполнил: студентка Логинова П. В.

Группа: 09-ПИМП

Проверил: преподаватель  Жаринов И. В.

 

 

 

 

 

г.Дзержинск 2012 

Содержание:

Задание………………………………………..……………………………………….……..3

1.Введение ………………………………………………………………………….…….…4

2. Описание технологической схемы выпарной установки………………….………..…4

3. Выбор выпарного аппарата………………………………………………………....…....6

4 Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов…………….................8

4.1 Концентрация упариваемого раствора…………………………………………….……8

4.2 Температуры кипения  растворов…………………………………………………….…..9

4.3 Полезная разность температур………………………………………………………..…12

4.4 Определение тепловых  нагрузок……………………………………………………...…13

4.5 Выбор конструкционного  материала……………………………………………...…….14

4.6 Расчет коэффициентов  теплопередачи……………………………………………..……15

4.7 Распределение полезной  разности температур…………………………………….……18

5 Определение толщины  тепловой изоляции……………………………………………..…19

6 Расчет барометрического  конденсатора…………………………………………………....19

6.1 Расход охлаждающей  воды……………………………………………………………..…19

6.2 Диаметр конденсатора…………………………………………………………………..…20

6.3 Высота барометрической  трубы………………………………………………………..…20

7.Расчет производительности  вакуум-насоса………………………………….………..……21

8.Расчет вспомогательного  оборудования………………………………………………...….22

9.Заключение…………………………………………………………………………………...23

10.Список используемых источников……..………………………………………………….24

 

 

 

 

1.Введение

В химической и смежной  с ней отраслях промышленности жидкие смеси, концентрирования которых осуществляется выпариванием, отличаются большим разнообразием как физических параметров (вязкость, плотность, температура кипения, величина критического теплового потока), так и других характеристик ( кристаллизующиеся, пенящиеся, нетермостойкие растворы и др.). Свойства смесей определяют основные требования к условиям проведения процессе (вакуум-выпаривание, прямо- и противоточные, одно- и многокорпусные выпарные установки), а также к конструкциям выпарных аппаратов.

Такое разнообразие требований вызывает определенные сложности при  правильном выборе схемы выпарной установки, типа аппарата, числа ступеней в  многокорпусной выпарной установке. В  общем случае такой выбор является задачей оптимального поиска и выполняется  технико-экономическим сравнением различных вариантов с помощью  ЭВМ.

2. Описание технологической схемы установки.

Принципиальная схема  трехкорпусной выпарной установки  показана на рисунке. Исходный разбавленный раствор из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подается в  теплообменник 3( где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения), а затем - в первый корпус 4 выпарной установки. Предварительный подогрев раствора повышает интенсивность кипения в выпарном аппарате 4.

Первый корпус обогревается свежим водяным паром. Вторичный  пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус 5. Сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из 1-ого корпуса. Аналогично третий корпус 6 обогревается вторичным паром второго и в нем производится концентрирование раствора, поступившего из второго корпуса.

Самопроизвольный переток раствора и вторичного пара в следующие корпуса возможен благодаря общему перепаду давлений, возникающему в результате созданиям вакуума

конденсацией вторичного пара последнего корпуса в барометрическом  конденсаторе смешения 7 ( где заданное давление поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующихся газов вакуум-насосом 8). Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора при помощью барометрической трубы с гидрозатвором 9. Образующийся в третьем корпусе концентрированный раствор центробежным насосом 10 подается в промежуточную емкость упаренного раствора 11.

Конденсат греющих паров  из выпарных аппаратов выводится  с помощью конденсатоотводчиков 12.

3. Выбор выпарного аппарата.

Конструкция выпарных аппаратов.

В литературе описано большое количество конструкций аппаратов, применяемых  как ранее, так и сейчас в химической, пищевой и других отраслях промышленности. Строгой и общепринятой классификации  выпарных аппаратов нет, однако их можно  классифицировать по ряду признаков:

1. по расположению поверхности  нагрева — на горизонтальные, вертикальные и реже наклонные;

2. по роду теплоносителя  — с паровым обогревом, газовым  обогревом, обогревом высокотемпературными  теплоносителями (масло, даутерм, вода под высоким давлением), с электрообогревом (чаще всего применяют паровой обогрев, поэтому в дальнейшем внимание будет уделено аппаратам с паровым обогревом);

3. по способу подвода  теплоносителя — с подачей  теплоносителя внутрь трубок (кипение  в большом объеме) или в межтрубное  пространство (кипение внутри кипятильных  труб);

4. по режиму циркуляции  — с естественной и искусственной  (принудительной) циркуляцией;

5. по кратности циркуляции  — с однократной и многократной  циркуляцией;

6. по типу поверхности  нагрева — с паровой рубашкой, змеевиковые и, наиболее распространенные, с трубчатой поверхностью различной  конфигурации.

К конструкции выпарных аппаратов  должны быть предъявлены следующие  требования:

- простота, компактность, надежность, технологичность изготовления, монтажа  и ремонта;

- стандартизация узлов  и деталей;

- соблюдение требуемого  режима (температура, давление, время  пребывания раствора в аппарате), получение полупродукта или продукта  необходимого качества и требуемой  концентрации, устойчивость в работе, по возможности более длительная  работа аппарата между чистками  при минимальных отложениях осадков  на теплообменной поверхности,  удобство обслуживания, регулирования  и контроля за работой;

- высокая интенсивность  теплопередачи, малый вес и невысокая стоимость одного квадратного метра поверхности нагрева.

    В промышленности наиболее часто применяют вертикальные выпарные аппараты. Их достоинства: компактность, естественная циркуляция (благодаря наличию циркуляционной трубы), значительная кратность циркуляции, малая занимаемая площадь, большое паровое пространство, удобство обслуживания и ремонта. Для большей компактности эти аппараты в последнее время изготовляют с удлиненными трубками (3-3,5 м).

 

 

 

 

 

 

 

 

Пленочные выпарные аппараты с восходящей пленкой.

Пленочные аппараты - устройства, в которых жидкость стекает в виде тонкой пленки по стенкам труб или каналов, соприкасаясь с потоком газа, пара или др. несмешивающейся жидкости либо участвуя в передаче теплоты др. потоку жидкости или газа через твердую стенку.

Аппарат состоит из греющей  камеры, сепаратора с отбойником и  брызгоотделителем и нижней камеры. В верхней части аппарата расположен брызгоотделитель. Из нижней камеры раствор поступает в греющие трубы, где вскипает под действием тепла греющего пара. Образующийся вторичный пар, подгимаясь вверх, постепенно занимает все центральное пространство трубки и увлекает раствор в виде тонкого слоя по периметру. Раствор, захваченный снизу, благодаря поверхностному трению проходит с большой скоростью по всей длине трубки, выпаривается и выбрасывается в сепаратор. Упаренный раствор отводится из аппарата через штуцер Г. Уровень заполнения труб греющей камеры составляет 25-30%.

Несмотря на большую высоту труб греющей камеры, потери полезной разности температур за счет гидростатического  столба невелики и их можно не учитывать при расчете аппарата. Греющий пар через штуцер А поступает в межтрубное пространство аппарата. Конденсат удаляется через штуцер Д.

Вторичный пар из сепаратора выводится через штуцер Б.

Для наблюдения за работой  аппарата предусмотрены смотровые  окна, для установки манометров и  термометров - бобышки.

Аппарат рассчитан на непрерывную  работу.

 

 

 

4 Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов

Поверхность теплопередачи  каждого корпуса выпарной установки  определяют по основному уравнению теплопередачи:

 

Для определения тепловых нагрузок Q, коэффициент теплопередачи К и полезных разностей температур необходимо знать распределение упариваемой воды, концентрацией растворов и их температур кипения по корпусам. Эти величины находят методом последовательных приближений.

Определение производительности по исходному раствору:

G_н=W/(1- СВ_н/ CBк)=0,222кг/с/(1-25%/75%)=0,333 кг/c.

 

4.1Концентрация упариваемого раствора

Распределение концентраций раствора по корпусам установки зависит  от соотношения нагрузок по выпариваемой воде в каждом аппарате. В первом приближении на основании практических данных принимают, что производительность по выпариваемой воде распределяется между корпусами в соответствии с соотношением:

W₁:W₂:W₃=1,0: 1,1 : 1,2

Тогда:

W₁=1,0*W/(1,0+1,1+1,2)=0,222/3,3=0,067 кг/с

 

W₂=1,1*W/(1,0+1,1+1,2)=1,1*0,222/3,3=0,074 кг/с

 

W₃=1,2*W/(1,0+1,1+1,2)=1,2*0,222/3,3=0,081 кг/с

 

Тогда концентрации растворов в корпусах составят:

X₁=Gн*X_н/(G_н-W₁)=0,333 кг/с*0,25/(0,333кг/с-0,067 кг/с) = 0,313

X₂=Gн*X_н/(G_н-W₁-W₂)=0,333 кг/с*0,25/(0,333кг/с-0,067 кг/с-0,074 кг/с) = 0,434

X₃=Gн*X_н/(G_н-W₁-W₂-W₃)=0,333 кг/с*0,25/(0,333кг/с-0,067 кг/с-0,074 кг/с-0,081 кг/с) = 0,75

4.2 Температуры кипения растворов

Общий перепад  давлений в установке равен

P_об=P_г1-Р_бк=0,11-0,005=0,105 Мпа

В 1-м приближении  общий перепад давлений распределим  между корпусами поровну. Тогда  давление греющих паров в корпусах составят:

Р_г1=0,11 Мпа,

P_г2=P_г1- P_об/3=0,11-0,105/3=0,075 Мпа,

P_г3=P_г2- P_об/3=0,075-0,105/3=0,04 Мпа.

Давление  пара в барометрическом конденсаторе

Р_б.к= P_г3-P_об/3=0,04-0,105/3=0,005 Мпа, что соответствует заданной величине Р_б.к.

По давлениям  паров находим их температуры  и энтальпии [2]:

Давление,Мпа	Температура	Энтальпия пара, кДж/кг	Энтальпия конденсата,кДж/кг
Рг1=0,11	102,2	2683	477
Pг2=0,075	91,7	2661	384
Pг3=0,04	75,8	2633	318
Рб.к=0,005	32,8	2557	137

 

Распределение концентраций раствора в выпарном аппарате с интенсивной  циркуляцией практически соответствует  модели идеального перемешивания. Поэтому концентрацию кипящего раствора принимают равной конечной в данном корпусе и, следовательно, температуру кипения раствора определяют при конечной концентрации.

Температура кипения раствора в корпусе отличается от температуры греющего пара на сумму температурных потерь от температурной , гидростатической и гидродинамической депрессий.

Гидродинамическая депрессия  обусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений  трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчетах принимают =1,0-1,5 град. На корпус. Примем для каждого корпуса =1град. Тогда температуры вторичных паров в корпусах (в ) будут равны:

t_в.п1=t_г2+ =91,7+1,0=92,7;

t_в.п2=t_г3+=75,8+1,0=76,8;

t_в.п3=t_бк+=32,8+1,0=33,8;

Сумма гидродинамических  депрессий:

 

 

По температурам вторичных  паров определим их давление. Они  равны соответственно (в Мпа): Р_в.п1=0,0799Мпа; Р_в.п2=0,041718Мпа; Р_в.п3=0,00529Мпа.