Міністерство освіти і науки України
Національний Технічний Університет
В«Харківський Політехнічний Інститут В»
Кафедра Загальною хімічної технології, процесів і апаратів
Курсовий проект
Тема проекту:
Розрахунок трьохкорпусне випарної установки безперервної дії
Проектував студент
Шорін В. В..
гр. Н-48
Керівник проекту
Новікова Г. С.
Харків 2010
Введення
Технологічна схема випарної установки
У хімічній промисловості для концентрування розчинів нелетких і мало летких речовин широко застосовується процес випарювання. Найбільш доцільно для цього використовувати багатокорпусні випарні установки безперервної дії (МВУ). МВУ складаються з кількох корпусів, в яких вторинний пар попереднього корпусу використовується в якості пари, що гріє для подальшого корпусу. У цих установках первинним парою обігрівається тільки перший корпус. У багатокорпусних випарних установках досягається значна економія пари, що гріє по порівнянні з однокорпусні установками тієї ж продуктивності.
Принципова технологічна схема трьохкорпусне вакуум-випарної установки безперервного дії представлена ​​на рис.1.1.
Вихідний розчин подається з ємності 1 відцентровим насосом 2 через теплообмінник 3 в перший корпус випарної установки 4 . В теплообміннику 3 вихідний розчин нагрівається до температури близької до температури кипіння розчину в першому корпусі випарної установки.
Перший корпус установки обігрівається свіжим (первинним) парою. Вторинний пар, що утворюється при кипінні розчину в першому корпусі, спрямовується як гріє пара в другій корпус 5 ; сюди ж надходить частково сконцентрований розчин з першого корпусу. Аналогічно упаренний розчин з другого корпусу подається в третій корпус 6 , обігрівається вторинним пором другого корпусу. Упаренний до кінцевої концентрації в третьому корпусі готовий продукт надходить з нього в ємність 10 . У міру проходження з корпуса в корпус тиск і температура пари знижуються, і з останнього (третього) корпуса пар з низьким тиском відводиться в барометричний конденсатор змішання 7 , в якому при конденсації пари створюється вакуум. Розчин і вторинний пар переміщаються з корпуса в корпус самопливом завдяки загальному перепаду тиску, що виникає в Внаслідок надлишкового тиску в першому корпусі і вакууму в останньому. Повітря і неконденсірующаяся гази, що надходять в установку з охолоджуючою водою (в конденсаторі) і через не щільності трубопроводів, відсмоктуються через пастку 8 вакуум-насосом.
Суміш охолоджуючої води і конденсату зливається самопливом через барометрическую трубу в бак-гідрозатвор 9 . Конденсат гріючих пари з випарних апаратів і теплообмінника виводиться за допомогою конденсатовідвідників.
Вибір випарних апаратів
Конструкція випарного апарату повинна задовольняти ряду загальних вимог, до числа яких відносяться: висока продуктивність і інтенсивність теплопередачі при можливо менших обсязі апарату і витраті металу на його виготовлення, простота пристрою, надійність в експлуатації, легкість чищення поверхні теплообміну, огляду і ремонту.
Разом з тим вибір конструкції і матеріалу випарного апарату визначається в кожному конкретному випадку фізико-хімічними властивостями розчину.
Для випарювання розчинів невеликий в'язкості (до 8 мПа в€™ с) без утворення кристалів, найчастіше використовують випарні апарати з природною циркуляцією. Високов'язкі і ікристалізується розчини випарюють в апаратах з примусовою циркуляцією.
Розчини чутливі до підвищених температур рекомендується випарювати в роторно-плівкових випарних апаратах, а розчини схильні до піноутворення - в прямоточних апаратах з висхідною плівкою.
Типи і основні розміри випарних апаратів представлені у ГОСТ 11987-81, і каталогах УкрНДІхіммаш [11,12].
Завдання на розрахунок випарної установки
Мета розрахунку випарної установки - розрахунок матеріальних потоків, витрат тепла і енергії, розмірів основного апарату, розрахунок і вибір допоміжного устаткування, що входить в технологічну схему установки.
Завдання на курсове проектування
Розрахувати і спроектувати трьохкорпусне випарну установку безперервної дії для концентрування водного розчину за наступними даними:
1. Продуктивність установки по вихідного розчину -8000 кг/год;
2. Концентрація розчину: початкова - 5% мас.; кінцева - 15% мас.;
3. Тиск пари, що гріє-Р = 0,4 МПа;
4. Тиск в барометричний конденсаторі -, Р = 0,0147 МПа;
5. Розчин подається в перший корпус підігрітим до температури кипіння;
6. Схема випарювання - прямоточна; циркуляція природна
1. Визначення поверхні теплопередачі випарних апаратів
Технологічний розрахунок випарних апаратів полягає у визначенні поверхні теплопередачі. Поверхня теплопередачі випарного апарату визначається за основним рівнянню теплопередачі
, (1.1)
де - поверхня теплопередачі, м 2 ;
- теплове навантаження, Вт;
- коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м 2 в€™ К);
- корисна різниця температур, К.
Для визначення теплових навантажень, коефіцієнтів теплопередачі і корисних різниць температур необхідно знати розподіл упарюють води, концентрації розчинів за корпусам і їх температури кипіння. Спочатку визначимо ці величини за матеріального балансу, надалі уточнимо їх по тепловому балансу.
1.1 Розрахунок концентрацій випарює розчину
Продуктивність установки по випарюють воді визначаємо за формулою:
, (1.2)
де - продуктивність по випарованої воді, кг/с;
- продуктивність по вихідного розчину, кг/с;
- відповідно початкова і кінцева концентрація розчину, мас. частки,
кг/с.
На підставі практичних даних приймаємо, що випарюють вода розподіляється між корпусами в співвідношенні
Тоді:
Перевірка:
W 1 + W 2 + W 3 = W = 0,45 +0,49 +0,54 = 1,76 кг /с.
Розраховуємо концентрації розчинів в корпусах:
Концентрація розчину в третьому корпусі відповідає заданій концентрації упаренного розчину.
1.2 Визначення температур кипіння розчину
Температура кипіння розчину в корпусі визначається як сума температур гріє пара подальшого корпусу і температурних втрат
, (1.3)
де - відповідно температурна, гідростатична і гідравлічна депресії, К.
Для визначення температур гріє пара приймемо, що перепад тисків в установці О” P розподіляється між корпусами порівну:
, (1.4)
де P Г1 - тиск пари, що гріє в першому корпусі, МПа;
P бк - тиск в барометричний конденсаторі, МПа.
Тоді тиск гріючих парів, МПа, в корпусах складає:
P Г1 = 0,4 МПа
P Г2 = P Г1 - О” P = 0 , 4 - 0,1284 = 0,2716 МПа
P Г3 = P Г2 - О” P = 0 , 2716 - 0,1284 = 0,1432 МПа
P бк = P Г3 - О” P = 0 , 1432 - 0,1284 = 0,0148 МПа
