Выпарные аппараты со свободной циркуляцией



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Выпарные аппараты со свободной циркуляцией



Рис 1 .Схема трехкорпусной выпарной установки с прямоточным питанием

 

Слабый раствор подается в первый корпус, из него поступает во второй, из второго в третий и т. д. Таким образом, раствор и вторичный пар движутся в одном направлении. Раствор переходит из одного корпуса в другой вследствие разности давлений в корпусах. Так как температура кипения в каждом последующем корпусе понижается, то раствор поступает во все корпуса (кроме первого) с температурой более высокой, чем температура кипения. В результате раствор охлаждается и за счет отдаваемого при этом тепла испаряется некоторое количество воды (самоиспарение). Однако при питании первого корпуса холодным раствором значительное количество греющего пара в этом корпусе затрачивается на подогрев раствора. Поэтому при прямоточном питании целесообразно подавать в первый корпус предварительно подогретый раствор (путем установки подогревателей, обогреваемых зкстра-паром или конденсатом).

Недостаток схемы с прямоточным питанием заключается в том, что в последнем корпусе, где температура кипения самая низкая, выпаривается наиболее концентрированный раствор. Одновременное понижение температуры и повышение концентрации раствора приводит к повышению вязкости и снижению коэффициентов теплопередачи; поэтому в данной схеме коэффициенты теплопередачи уменьшаются от первого корпуса к последнему.

 

При схеме с противоточным питанием (рис.2) слабый раствор подается в последний корпус, из него в предпоследний и т. д.; следовательно, раствор и вторичный пар движутся из корпуса в корпус в противоположных направлениях. Так как в этом случае раствор поступает из корпуса с меньшим давлением в корпус с более высоким давлением, то для передачи раствора между корпусами устанавливаются насосы.

 

 

Рис. 2 Схема трехкорпусной выпарной установки с параллельным питанием.

 

При противоточном питании наиболее высокая концентрация раствора достигается в первом корпусе, где и температура кипения наибольшая. Поэтому значительного падения коэффициента теплопередачи в корпусе с наиболее концентрированным раствором не происходит и коэффициенты теплопередачи мало изменяются по корпусам. Это является наиболее существенным преимуществом противоточного питания перед прямоточным. Кроме того, при противоточном питании количество воды, выпариваемой в последнем корпусе, меньше, чем при прямоточном питании, что уменьшает нагрузку на конденсатор (при выпарке в вакууме). В отношении расхода тепла противоточное питание выгоднее прямоточного при питании холодным раствором, но уступает ему при питании горячим раствором.

Основным недостатком противоточной схемы является необходимость в установке насосов между корпусами, что связано с дополнительным расходом электроэнергии, усложняет установку и затрудняет ее регулирование.

При схеме с параллельным питанием (рис. 3) слабый раствор подается одновременно во все корпуса, а упаренный раствор отбирается из всех корпусов.

 

 

Рис. 3. Схема трехкорпусной выпарной установки с параллельным питанием.

 

 

Эта схема применяется редко, главным образом при незначительном повышении концентрации раствора и при выпаривании кристаллизующихся растворов, так как передача их из корпуса в корпус в этом случае затруднительна вследствие возможного закупоривания перепускных трубопроводов и арматуры.

 

 

4. Выпарные аппараты.

 

Общие сведения. Число конструкций выпарных аппаратов очень велико. Впервые однокорпусный вакуум-выпарной аппарат с паровой рубашкой был применен в 1812 г. для выпаривания сахарных растворов. В 1829 г. было осуществлено многократное использование греющего, пара в многокорпусной выпарной установке.

Позднее нагревательные устройства в виде рубашек были заменены горизонтальными паровыми трубами (сундучные выпарные аппараты),

И, наконец, широкое распространение получили аппараты с вертикаль­ной трубчатой паровой камерой (вертикальные выпарные аппараты).

С целью интенсификации процесса были созданы пленочные выпарные аппараты, работающие по принципу «всползания» жидкостной пленки по внутренней поверхности труб, выпарные аппараты с вынос­ными кипятильниками и, наконец, высокопроизводительные

Наибольшее распространение получили выпарные аппараты с паровым обогревом, имеющие поверхность теплообмена, выполненную из труб.

Выпарные аппараты с паровым обогревом состоят из двух основных частей:

  • кипятильник (греющая камера), в котором расположена поверхность теплообмена и происходит выпаривание раствора;
  • сепаратор — пространство, в котором вторичный пар отделяется от раствора.

Необходимость в паровом пространстве (сепараторе) составляет основное конструктивное отличие выпарных аппаратов от теплообменников. В зависимости от характера движения кипящей жидкости в выпарном аппарате различают:

1) выпарные аппараты со свободной циркуляцией;

2) выпарные аппараты с естественной циркуляцией;

3) выпарные аппараты с принудительной циркуляцией;

4) пленочные выпарные аппараты.

 

Рис 5 Выпарной аппарат с выносным кипятильником

Рис 6. Выпарной аппарат для концентрированных растворов

Пленочные выпарные аппараты

В пленочных аппаратах раствор движется вдоль поверхности теплообмена в виде тонкой пленки.

Пленочные аппараты с вертикальными трубами (рис. 8) состоят из пучка кипятильных труб, обогреваемых снаружи паром и присоединенных вверху к сепаратору. Жидкость подается снизу, причем уровень ее поддерживается на 1/4 – 1/5 высоты труб. Остальная часть высоты труб заполнена парожидкостной смесью, расслаивающейся на пленку жидкости (около стенок) и пар (в центре). Трением о струю пара жидкая пленка увлекается вверх; поэтому такие аппараты часто называют аппаратами с поднимающейся пленкой.

 

 

Рис. 8. Пленочный выпарной аппарат:

1 – кипятильник; 2 – сепаратор.

 

Пленочные аппараты обладают высоким коэффициентом теплопередачи. Последний, однако, достигается лишь при определенном уровне жидкости, который устанавливается опытным путем: при повышении уровня коэффициент теплопередачи снижается; при понижении уровня уменьшается содержание жидкости в парожидкостной смеси, что приводит к недостаточному смачиванию верхних концов труб и снижению активной поверхности теплообмена. Ввиду однократного прохождения жидкости через аппарат со значительной скоростью, для получения достаточно концентрированного упаренного раствора требуются длинные трубы (обычно 6 – 9 м).

Недостатками вертикальных пленочных аппаратов являются трудность очистки длинных труб и сложность регулирования процесса при колебаниях давления греющего пара и начальной концентрации раствора. Кроме того, для размещения пленочных аппаратов необходимо строить производственные здания большой высоты.

Эти аппараты применяются для выпаривания пенящихся, а также чувствительных к высокой температуре растворов; при выпаривании очень вязких и кристаллизующихся растворов они малопригодны.

Расчетная часть

Рассчитать трех корпусную выпарную установку для выпаривания 60000кг/ч щелока от начальной концентрации 12% до 55%. Щелок перед поступлением на выпарку нагревается в теплообменнике до температуры кипения. Давление в барометрическом конденсаторе составляет 0.3 кгс/см2 . Греющий пар подается при давление 3,0 кгс/см2.

 

1) Количество выпарной влаги равно:

W = G * ( 1 - )

W = 60000*( )= 4800 кг/ч

2) Задаемся распределением влаги по корпусам:

ω1 : ω2 : ω3 = 1,0 : 1,1 : 1,25

3) Количество испаренной влаги в каждом корпусе будет равно:

W =

 

W1 = = 14328 кг/ч = 3,98 кг/сек

 

W2 = W1 + ω2

 

W2 =143288 * 1,1 = 15761 кг/ч = 4,4 кг/сек

 

 

          ВФ ФГБОУ « ПГТУ»
         
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Разраб. Кривошеина Расчетная часть Лист Масса Масштаб
Провер. Астраханцева
Лист Листов
Н.контр. Астраханцева гр.ЦБ -31
Утвержд.
                       

 

W3 = W1 * ω2

W3 = 14328 * 1,25 = 17911 кг/ч = 4,98 кг/сек

W = W1 + W2 + W3

 

W = 14328 + 15761 +17911 = 48000 кг/ч

 

4) Конечная концентрация щелока по корпусам определяется по уравнениям:

 

а =

 

а = = = 15,8 %

 

а =

 

а= = 24%

 

а =

 

а = = 60%

 

5) Средняя концентрация щелока по корпусам определяется по уравнениям :

 

аср1 =

 

аср1 = 13.9 %

 

аср2 =

 

аср2 = = 19.9 %

 

аср3 =

 

аср3 = = 42 %

 

6) Повешение температуры кипения щелока в зависимости от его средней концентрации при атмосферном давлении равно:

 

Δ |1 = 0,9 оС

 

Δ|2 = 1,6 оС

 

Δ|3 = 5 оС

 

7) Разность между давлением греющего пара и давлением вторичного пара в барометрическом конденсаторе равна:

 

Δ р = ргр.п - рб.и =3,0 – 0,3 = 2,7 кгс/см2

 

8) При распределении перепада давления по корпусам поровну:

 

Δ рi = = = 0,9 кгс/см2

Тогда абсолютное давление по корпусам будет равно:

 

р3 = 0,3 кгс/см2

 

р2 = р3 + Δ рi = 0,3 + 0,9 = 1,2 кгс/см2

 

р1 = р2 + Δ рi = 1,2 + 0,9 = 2,1 кгс/см2

 

9) Поправочный коэффициент для давлений и величины температурной депрессии для каждого корпуса равны (2. Стр 267):

 

Корпус Давление кг/сек Величина поправки, f Температурная депрессия при 1 кгс/см2 , оС Температурная депрессия при рi , оС
2,1 1,15 0,9 1,04
1,2 1,04 1,6 1,7
0,3 0,81 4,05

 

По трем корпусам сумма температурной депрессии равна :

Δm = ∑ Δmi = 1,04 + 1,7 + 4,05 = 6,79 оС

10) Принимаем движение раствора по трубке в виде пленки. В этом случае величина гидростатической депрессии мала и ею можно пренебречь. Температурные потери возникают при движение вторичного пара по паропроводам, примем равным между корпусами 1 оС и их сумма

Δmс = 3оС.

 

11) Сумма всех температурных потерь для установки составляет :

Δ∑ = Δт + Δг + Δс = 6,79 + 0 + 3 = 9,79 оС

 

12) В зависимости от принятого распределения давлений по корпусам выпарной установки температура вторичного пара и теплота парообразования равны [2. Стр. 263]:

Корпус Температура насыщенного пара , оС Теплота парообразования, кДж/кг
120,9 2204,3
103,4
68,7

 

 

13) Температура кипения щелока в каждом корпусе рассчитывается по уравнению:

tкип = vi + Δтi + Δс

14) Температура вторичного пара равна температуре чистого растворителя

 

1 корпус t1 = tнп + рi1 + 1

t1 = 120,9 + 1,04 + 1 = 122,94 OС

2 корпус t2 = tнп + рi2 + 1

t2 = 103,4 +1,7 + 1 = 106,1 оС

 

3 корпус t3 = tнп + рi3 + 1

t3 = 68,7 + 4,05 + 1 = 73,75 оС

 

15) Полезную разность температур находи по уравнению:

tпол = tп + t + Δ∑

tпол = 133 + 68,7 + 9,79 = 54,51 оС

 

Составляем тепловой баланс по корпусам без учета тепловых потерь, пользуясь уравнением (9-16).

 

16) Расход тепла в одном корпусе ( щелок подается подогретым до температуры кипения ):

Q1 = W1 * r 1= 3,98 * 2204,3 = 8773 квт

 

17) В балансе тепла для 2 корпуса учитываем перегрев раствора в 1 корпусе (теплота самоиспарения ):

 

Q2 = W2 * L1 * C2 * ( t1 – t2 )

Q2 =4,4 * 2251 - * 3,8 * (122,94 – 106,1)= 9091,7 квт.

Это количество тепла дает вторичный пар из 1 корпуса при конденсации в межтрубном пространстве 2 корпуса

18) Расход тепла в 3 корпусе

Q3 = W3 * L2 * С3 ( t2 - t 3 )

Q3 =4,98 * 2336 - * 3,26 * (106,1 – 73,75) = 10758 квт

 

19) Теплота парообразования греющего пара при давление 3 кгс/см2

rгр = 2171 кдж/кг . Расход греющего пара для 1 корпуса равен :

 

D = = = 4,04 кг / сек = 14544 кг/сек

Удельный расход пара:

d = = = 0,303 кг/кг

20) Для коэффициента теплопередачи приняты следующие значения:

К1 = 1300 Вт/м2 * град

К2 = 0,8 = 1040 Вт/м2 * град

К3 = 0,6 = 780 Вт/м2 * град

 

21) Распределяем полезную разность температур по корпусам из условия равной поверхности корпусов (9-23) – (9-26)

 

1 корпус - Ɵ1 =

 

Ɵ1 = = 12,56 оС


2 корпус –

Ɵ2 = Ɵ1 * = 12,56 * = 16,3 оС

 

3 корпус - Ɵ3 = Ɵ1* =12,56 * оС

 

Проверка :

 

Ɵпол = 12,56 + 16,3 + 25,6 = 54,5 оС

 

22) Определяем поверхность теплообменника по формулам :

F1 = = = 537 м2

F2 = = 537 м2

F3 = = = 537 м2

 

 

Список литературы.

1. В.А.Бушмелев , Н.С. Вольдман, О.А. Кокошкин «Процессы и аппараты»

2. Ю.Н.Болдырев, А.А. Зорин, В.В. Попов,»Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов ЦБП»

Рис 1 .Схема трехкорпусной выпарной установки с прямоточным питанием

 

Слабый раствор подается в первый корпус, из него поступает во второй, из второго в третий и т. д. Таким образом, раствор и вторичный пар движутся в одном направлении. Раствор переходит из одного корпуса в другой вследствие разности давлений в корпусах. Так как температура кипения в каждом последующем корпусе понижается, то раствор поступает во все корпуса (кроме первого) с температурой более высокой, чем температура кипения. В результате раствор охлаждается и за счет отдаваемого при этом тепла испаряется некоторое количество воды (самоиспарение). Однако при питании первого корпуса холодным раствором значительное количество греющего пара в этом корпусе затрачивается на подогрев раствора. Поэтому при прямоточном питании целесообразно подавать в первый корпус предварительно подогретый раствор (путем установки подогревателей, обогреваемых зкстра-паром или конденсатом).

Недостаток схемы с прямоточным питанием заключается в том, что в последнем корпусе, где температура кипения самая низкая, выпаривается наиболее концентрированный раствор. Одновременное понижение температуры и повышение концентрации раствора приводит к повышению вязкости и снижению коэффициентов теплопередачи; поэтому в данной схеме коэффициенты теплопередачи уменьшаются от первого корпуса к последнему.

 

При схеме с противоточным питанием (рис.2) слабый раствор подается в последний корпус, из него в предпоследний и т. д.; следовательно, раствор и вторичный пар движутся из корпуса в корпус в противоположных направлениях. Так как в этом случае раствор поступает из корпуса с меньшим давлением в корпус с более высоким давлением, то для передачи раствора между корпусами устанавливаются насосы.

 

 

Рис. 2 Схема трехкорпусной выпарной установки с параллельным питанием.

 

При противоточном питании наиболее высокая концентрация раствора достигается в первом корпусе, где и температура кипения наибольшая. Поэтому значительного падения коэффициента теплопередачи в корпусе с наиболее концентрированным раствором не происходит и коэффициенты теплопередачи мало изменяются по корпусам. Это является наиболее существенным преимуществом противоточного питания перед прямоточным. Кроме того, при противоточном питании количество воды, выпариваемой в последнем корпусе, меньше, чем при прямоточном питании, что уменьшает нагрузку на конденсатор (при выпарке в вакууме). В отношении расхода тепла противоточное питание выгоднее прямоточного при питании холодным раствором, но уступает ему при питании горячим раствором.

Основным недостатком противоточной схемы является необходимость в установке насосов между корпусами, что связано с дополнительным расходом электроэнергии, усложняет установку и затрудняет ее регулирование.

При схеме с параллельным питанием (рис. 3) слабый раствор подается одновременно во все корпуса, а упаренный раствор отбирается из всех корпусов.

 

 

Рис. 3. Схема трехкорпусной выпарной установки с параллельным питанием.

 

 

Эта схема применяется редко, главным образом при незначительном повышении концентрации раствора и при выпаривании кристаллизующихся растворов, так как передача их из корпуса в корпус в этом случае затруднительна вследствие возможного закупоривания перепускных трубопроводов и арматуры.

 

 

4. Выпарные аппараты.

 

Общие сведения. Число конструкций выпарных аппаратов очень велико. Впервые однокорпусный вакуум-выпарной аппарат с паровой рубашкой был применен в 1812 г. для выпаривания сахарных растворов. В 1829 г. было осуществлено многократное использование греющего, пара в многокорпусной выпарной установке.

Позднее нагревательные устройства в виде рубашек были заменены горизонтальными паровыми трубами (сундучные выпарные аппараты),

И, наконец, широкое распространение получили аппараты с вертикаль­ной трубчатой паровой камерой (вертикальные выпарные аппараты).

С целью интенсификации процесса были созданы пленочные выпарные аппараты, работающие по принципу «всползания» жидкостной пленки по внутренней поверхности труб, выпарные аппараты с вынос­ными кипятильниками и, наконец, высокопроизводительные

Наибольшее распространение получили выпарные аппараты с паровым обогревом, имеющие поверхность теплообмена, выполненную из труб.

Выпарные аппараты с паровым обогревом состоят из двух основных частей:

  • кипятильник (греющая камера), в котором расположена поверхность теплообмена и происходит выпаривание раствора;
  • сепаратор — пространство, в котором вторичный пар отделяется от раствора.

Необходимость в паровом пространстве (сепараторе) составляет основное конструктивное отличие выпарных аппаратов от теплообменников. В зависимости от характера движения кипящей жидкости в выпарном аппарате различают:

1) выпарные аппараты со свободной циркуляцией;

2) выпарные аппараты с естественной циркуляцией;

3) выпарные аппараты с принудительной циркуляцией;

4) пленочные выпарные аппараты.

 

Выпарные аппараты со свободной циркуляцией

В этих аппаратах неподвижный или медленно движущийся раствор находится снаружи труб. В растворе возникают неупорядоченные конвекционные токи (свободная циркуляция), обусловленные свободной конвекцией. К данной группе относятся аппараты, выполненные в виде чаш или котлов, поверхность теплообмена которых образована стенками аппарата. В настоящее время такие аппараты применяются редко, главным образом при выпаривании очень вязких жидкостей.

Змеевиковые выпарные аппараты аналогичны змеевиковым погружным теплообменникам. Греющий пар проходит по змеевику, а выпариваемая жидкость находится снаружи. Змеевики полностью погружены в жидкость, над уровнем которой остается объем, необходимый для сепарации вторичного пара. Эти аппараты работают неинтенсивно и в настоящее время применяются лишь для выпаривания вязких растворов при небольших масштабах производства, когда не требуется большая поверхность теплообмена. Они могут быть использованы также при применении греющего пара высокого давления и при выпаривании агрессивных жидкостей. В последнем случае змеевики изготовляются из химически стойкого материала, а внутренняя поверхность аппарата снабжается защитным покрытием. Выпарные аппараты с горизонтальными трубами (пар пропускается по трубам, жидкость — снаружи труб) могут быть изготовлены с значительными поверхностями теплообмена — до 800 м2 и более (рис. 1 ). Для компенсации удлинения труб и разборки аппарата с целью очистки крепление труб в трубных решетках делают на сальниках или применяют U-образные трубы.

Рис. 1. Выпарной аппарат с горизонтальными трубами.

 

 

Основным недостатком аппаратов этого типа является трудность очистки межтрубного пространства, вследствие чего они непригодны для выпаривания кристаллизующихся растворов. Кроме того, такие аппараты имеют невысокий коэффициент теплопередачи, громоздки и требуют значительного количества металла для изготовления. В настоящее время они применяются редко и вытесняются более совершенными конструкциями.

 



Последнее изменение этой страницы: 2016-04-23; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 35.170.64.36 (0.047 с.)