Курсовая с практикой на тему Выпаренные аппараты

Содержание:

Введение 3

1. Тепловой расчёт выпарной установки 5

2. Расчет барометрического конденсатора 24

Литература 27

Введение:

Процессы выпаривания получили широкое распространение во многих отраслях промышленности. Выпарные установки в большинстве случаев размещаются в отдельных зданиях и оснащены многочисленными приборами контроля и средствами автоматизации с весьма сложной схемой регулирования параметров режима работы установки.

На современных крупных предприятиях выпарные процессы ведут преимущественно в многоступенчатых (многокорпусных) установках непрерывного действия с аппаратами поверхностного типа с использованием образующегося над раствором так называемого «вторичного пара» каждой ступени в последующих ступенях с более низким давлением или с передачей части вторичного пара (экстрапара) другим тепловым потребителям. часто встречаются термины «многокорпусные» или «многоступенчатые» выпарные установки. «Ступени» отличаются одна от другой по параметрам раствора в аппаратах (давлению, температуре, концентрации раствора) и могут состоять из одного, двух и более корпусов с одинаковыми параметрами, т. е. если одна или несколько ступеней выполнены из двух параллельно включенных корпусов (аппаратов), то выпарная установка может иметь четыре корпуса, а должна называться трехступенчатой.

Для производства веществ с резко выраженными агрессивными свойствами используют выпарные установки контактного типа, работающие по принципу непосредственного соприкосновения выпариваемого раствора с продуктами сгорания топлива или горячими газами, или погружного горения. Корпуса таких аппаратов изготовляют из углеродистой стали, а для избежания коррозии их внутри футеруют кислотоупорными материалами. Внутренние элементы аппарата — вытяжные трубы, сепараторы, сливные трубы — изготовляют из коррозионно-стойких материалов.

Современные выпарные установки включают 6-9 аппаратов при пяти или шестиступенчатой схеме выпаривания. Питание корпусов раствором, как правило, осуществляется по смешанной схеме. При этом в первых корпусах установки может быть применено выпаривание с тепловым насосом, а отдельные корпуса могут работать при параллельном питании аппаратов раствором.

Целью данной курсовой работы является расчет трёхступенчатой выпарной установки для концентрирования водного раствора щелочи натрия.

Для достижения цели необходимо решить ряд задач:

— выполнить тепловой расчёт выпарной установки, исходя условия равных поверхностей нагрева всех трёх аппаратов, выбрать типоразмеры аппаратов по нормалям.

— рассчитать на прочность толщину корпуса.

— выполнить расчет смешивающего конденсатора и подобрать его типоразмер по нормалям.

— составить принципиальную схему установки и нанести на неё заданные параметры; дать общий вид и узлы выпарного аппарата; общий вид конденсатора и технологическую схему установки.

Эффективность выпарных аппаратов заключается в обеспечении равномерного прогрева продукта по всей длине труб греющей камеры и в минимизации тепловых потерь в окружающую среду [8].

Основным параметром выпарных аппаратов является площадь теплопередачи, которая определяется путем сложных трудоемких расчетов, базирующихся не только на рутинных вычислениях основных параметров выпарных аппаратов, но и на использовании справочных и табличных значений термодинамических параметров.

Фрагмент текста работы:

1. Тепловой расчёт выпарной установки

Вначале составляем технологическую схему и проведём расчёт трёхкорпусной выпарной установки. Для проведения процесса упаривания раствора принимаем к установке трёхкорпусную прямоточную станцию. Технологическая схема выпарной установки приведена на рис. 1.

1 — подогреватель; 2 — выпарные аппараты; 3 — конденсатор; 5 — барометрическая труба.

Рисунок 1. Схема прямоточной многокорпусной выпарной установки

Раствор, предназначенный для упаривания, подаётся насосом из промежуточной ёмкости в подогреватель, где доводится до температуры кипения греющим паром из котельной. Из подогревателя раствор поступает в первый корпус, обогрев которого осуществляется также паром из котельной.

Из первого корпуса раствор поступает для концентрирования в последующие корпуса. Конечный продукт с концентрацией 37% выводится из третьего корпуса в один из сборников, работающих попеременно.

Сборник присоединён к вакуумной линии, поскольку последний корпус находится под вакуумом и вместе с тем нужно, чтобы готовый продукт поступал в сборник самотёком. Во время откачки готового продукта сборник отключают от вакуума и соединяют с атмосферой.

В представленной схеме предусмотрена установка конденсатора с барометрической трубой для поддержания вакуума в последнем корпусе.

Для откачки воздуха, который, будучи растворённым в воде, выделяется из неё при нагревании и понижении давления, в схеме предусмотрена установка вакуум-насоса.

Соединение выпарных аппаратов осуществляется таким образом, что установка может работать с разным числом корпусов, что позволяет производить текущий и капитальный ремонт любого корпуса, не останавливая технологический процесс.

В данной технологической схеме конденсат пара из подогревателя и первого корпуса возвращается в котельную, а конденсат вторичного пара 2-го и 3-го корпусов идёт на технологические нужды.

Согласно заданию подбираем по справочным данным [1-4] значения всех теплофизических параметров, выпариваемого вещества, в данном случае NaОН Δ, с, ρ, qR, k=f(b) и эти данные сводим в таблицы 1-4.

Таблица 1 — Теплоёмкости водных растворов NaОН с, кДж/(кг-К), при 18 °С

Производим тепловой расчёт в первом приближении. Определим количество воды, выпариваемое всей установкой:

W=7∙(1-11/37)=4,91 кг/ч

где Gн- количество исходного раствора, кг/час;

bн и bк — начальная и конечная концентрации раствора, %.

Количество воды выпариваемой по корпусам, предварительно принимаем равным:

W1=W2=W3 =4,91/3=1,64 кг/ч

Находим соответствующие концентрации на выходе раствора из каждого корпуса:

в первом корпусе

b_k1=(7∙11)/(7-1,64)=14,36%

во втором корпусе

b_k2=(7∙11)/(7-1,64-1,64)=20,69%

в третьем корпусе

b_k3=(7∙11)/(7-4,91)=36,84%

Полная разность температур для всей установки

где tгп — температура греющего пара в 1-м корпусе при давлении pгп

ϑ3- температура пара в конденсаторе при давлении ркд (кПа).

Δt’=147,7-22,9=124,8

Потери общей разности температур определим как сумму потерь от гидростатического эффекта, депрессионных физико-химических потерь и гидравлических потерь в трубопроводах.

Потери от гидростатического эффекта

где tксв — температура кипения воды при давлении рс = рвт + Δрг

tкв -температура кипения воды при давлении рвт;

рвт — давление вторичного пара над раствором;

Δрг — гидростатическое давление раствора у середины греющих труб.

где ;

р — плотность раствора;

h — расстояние от верхнего уровня раствора до середины греющих труб;

hизб — расстояние от верхнего уровня раствора до трубной доски;

hтр — высота греющих труб.

Принимаем hтp= 5м; hизб = 0,25м

h = 0,25 + 0,5*5 = 2,75 м.

Плотности раствора находим в зависимости от концентрации раствора NaОН и тогда гидростатическое давление у середины греющих труб будет соответственно:

в 1-м корпусе

〖∆р〗_г^I=2,75∙1153∙9,81=31105

во 2-м корпусе

〖∆р〗_г^II=2,75∙1219∙9,81=32885

в 3-м корпусе

〖∆р〗_г^III=2,75∙1390∙9,81=37498

Предварительно принимаем давление по корпусам, исходя из одинаковых перепадов давлений пара для каждого корпуса, равных:

∆р_п=(0,45-0,03)/3=0,14

Давление вторичного пара:

в первом корпусе

р_вт^I=0,45-0,14=0,31

во 2-м корпусе

в 3-м корпусе