Вибір та обгрунтування схеми установки

Обгрунтування прийнятої до проектування технологічної схеми установки виконується на основі аналізу випарних установок за ознаками кратності використання тепла гріючої пари, тиску вторинної пари в останньому корпусі, їх переваг та недоліків.

В хімічній промисловості використовують наступні основні схеми випарювання:

- просте випарювання – випарювання, яке здійснюють під атмосферним тиском, а іноді і під вакуумом, здійснюють в одиночних випарних апаратах (однокорпусних випарних установках), як безперервним, так і періодичним методом, характеризується великою витратою теплової енергії, і застосовується переважно, коли економія тепла не має великого значення;

- багаторазове випарювання – випарювання, яке здійснюють в багатокорпусній випарній установці; установка складається із послідовно сполучених між собою випарних апаратів безперервної дії, так званих корпусів, що дає можливість багаторазово використовувати тепло первинної пари за рахунок того, що вторинна пара, яка утворюється в попередніх корпусах, використовується в наступних як гріюча, або як екстра-пара;

- випарювання з тепловим насосом – випарювання здійснюється безперервно в однокорпусних випарних установках, в яких вторинна пара на виході з апарата стикується за допомогою теплового насоса до тиску, який відпровідає температурі гріючої пари, після чого знову повертається в апарат як гріюча.

Випарні установки [3] складаються з основних елементів – випарних апаратів (випарників) і допоміжного устаткування – конденсаторів, теплообмінників, насосів і ін.

Згідно завдання продуктивність установки досить висока і складає 2,2 кг/с, то доцільно вибрати установку безперервної дії. З урахуванням наведеного вище, для даного процесу вибираємо однокорпусну прямоточну випарну установку безперервної дії, із випарним апаратом з природною циркуляцією, та винесеною гріючою камерою, яка обігрівається водяною насиченою парою.

 

Принципова схема однокорпусної випарної установки і опис її роботи.

Принципова схема однокорпусної випарної установки показана на рис.2.1. Початковий розбавлений розчин із ємності 4 насосом 6 подається в підігрівач 2, в якому підігрівається до температури близької до температури кипіння. Далі підігрітий розчин надходить в випарний апарат 1, де випарюється до кінцевої концентрації. Для підігрівання розчину в підігрівачі 2 використовується тепло вторинної пари, яка утворюється при випарюванні розчину в випарному апараті 1. Випарений концентрований розчин виходить із сепаратора і збирається в ємність випареного розчину 5. В випарному апараті випарювання здійснюється за рахунок тепла первинної гріючої пари, яка подається в нагрівальну камеру випарного апарата. Вторинна пара, що утворилася в випарному апараті, виходить із сепаратора і надходить частково на нагрівання початкового розчину в підігрівач 2 як гріюча, а частково у барометричний конденсатор 3, де конденсується за рахунок охолодження її водою.

Принципова схема двокорпусної випарної установки

 

 

1 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

5

 

 

 

 

 

6

7 8 7

 

 

 

 

Рис.2.1.

1, 2, – випарні апарати; 3 – барометричний конденсатор; 4 – підігрівач початкового розчину; 5 – конденсатовідбійник; 6 – ємність початкового розчину; 7 – насос подачі розчину; 8 – ємність випареного розчину

Вибір конструкції та принцип дії випарного апарата

 

Випарні апарати можна класифікувати в такий спосіб:

1. За принципом дії – на апарати періодичної і безперервної. Періодично діючі апарати мають ряд переваг перед безперервними: при одній і тій же початковій і кінцевій концентраціях розчину в них досягаються більш високі коефіцієнти теплопередачі; полегшується перекачування концентрованого в'язкого розчину. Однак ці апарати можуть використовуватися лише при невеликих продуктивностях.

За первинним теплоносієм – на апарати з паровими, газовими і рідинними теплоносіями, а також з електрообігрівом. Для даного процесу найбільше підходить апарат з паровим обігрівом, тому що при цьому забезпечується високе значення коефіцієнта теплопередачі поряд із простотою регулювання параметрів процесу та невисокою вартістю.

3. За сполученням стадій нагрівання і пароутворення – на апарати, у яких ці стадії сполучені та апарати з винесеною зоною пароутворення або з винесеною гріючою камерою. Для даного випадку застосуємо останній тип – апарат з винесеною гріючою камерою, для запобігання відкладень на поверхні нагрівання.

4. За способом організації руху розчину – на апарати з природною і примусовою циркуляцією. Природна циркуляція може здійснюватися в об'ємі апарата, або забезпечуватися спеціальними циркуляційними трубами. Примусова циркуляція організується за допомогою насосів, мішалок або подачі пари (газу). У даному випадку найбільше підходить природна циркуляція, тому що розчин не утворює кристалів і має невелику в'язкість.

5. За напрямком руху пари і рідини – на апарати, у яких рідина рухається знизу нагору, або ж зверху вниз. Остання обставина сприятливо позначається на режимі теплообміну, тому що рух пари і плівки в одному напрямку сприяє збільшенню швидкості руху плівки і турбулізацій.

На основі аналізу, враховуючи середню продуктивність установки, достатньо значне значення концентрації та в’язкості випарюваного розчину, з метою інтенсифікації процесу випарювання приймаємо випарний апарат безперервної дії з винесеною гріючою камерою та солевідділенням.

Ескіз випарного апарата показано на рис.2.2. В апараті такої конструкції при розміщенні гріючої камери за межами корпусу створюється можливість підвищити інтенсивність випарювання як за рахунок різниці густин парорідинної емульсії в циркуляційній трубі і кип’ятильних трубках, так і за рахунок збільшення висоти самих кип’ятильних труб, довжина яких часто досягає 7 м. Він працює при більш інтенсивній природній циркуляції завдяки тому, що циркуляційна труба не обігрівається, а підіймальні та спускові ділянки циркуляційного контуру мають значну висоту.

Розбавлений розчин надходить під нижню трубну решітку гріючої камери 1 і, піднімаючись по кип’ятильним трубкам і випарюється. Гріюча пара подається в міжтрубний простір гріючої камери 1, конденсується і віддає тепло стінкам кип’ятильних трубок. За рахунок цього тепла розчин кипить в кип’ятильних трубках. Утворена парорідинна емульсія надходить в сепаратор 2, в якому вторинна пара відділяється від киплячого розчину і виводиться із сепаратора. Звільнений від вторинної пари киплячий розчин опускається по циркуляційній трубі 3, яка не обігрівається, змішується з початковим розбавленим розчином, і циркуляція повторюється знову.

При концентруванні розчинів хлориду натрію від початкової концентрації 10 до 25% мас. до установки приймаємо випарний апарат із природною циркуляцією і винесеною гріючою камерою, тип 1, виконання 2. Апарат складається з гріючої камери з кип'ятильними трубками з d = 38x2 мм і висотою Н = 4 м [5], та парового (сепараційного) простору.

 

 

Випарний апарат з природною циркуляцією та винесеною граючою камнрою

Рис. 2.2.

1 - гріюча камера, 2 - сепаратор, 3 - циркуляційна труба;

Матеріал корпусу і деталей випарного апарата знаходиться в лужному середовищі киплячого розчину хлориду натрію. Для апаратів, що працюють в такому середовищі рекомендована в посібнику [6] сталь таких марок: 1Х13, 2Х13, Х17, Х28, Х18Н10Т.

Приймаємо низьколеговану сталь 2Х13, стійку в агресивному середовищі.

ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗРАХУНОК