Конструкція апарату та його робота

Завдання 3-2-3

Розрахувати і спроектувати випарну установку з двох корпусів для концентрування розчину сульфату калію з початковою масовою концентрацією х_п=5% до кінцевої х_к=15% при наступних умовах:

1) кількість розчину, G_п = 1,6 кг/с;

2) нагрівання здійснюється насиченою водяною парою. Тиск гріючої пари 1-ого корпусу p_г.п = 0,35МПа;

3) тиск в паровому просторі випарного апарату (барометричному конденсаторі) p_б.к = 0.02 МПа;

4) взаємний напрям пари та розчину – прямоток;

5) випарний апарат - з природньою циркуляцією, співвісною гріючою камерою і солевідділенням типу 1, виконання 3;

6) температура розчину, який поступає в установку t₀=30°C;

7) розчин поступає в перший корпус,нагрітий до температури кипіння;

8) початкова температура охолоджуючої води, яка поступає в барометричний конденсатор t_в.п. = 20 °C;

9) температура суміші охолоджуваної води і конденсату, яка виходить з барометричного конденсатора, нижче температури конденсації на Δt=9°С;

10) відбір екстра пари не проводиться.

Зміст

1. Вступ ……………………………………………………………………………………………………..3

2. Конструкція апарату та його робота……………………………………………………..6

3. Опис технологічної схеми………………………………………………………………………6

4. Основні властивості робочих середовищ………………………………………………7

5. Технологічний розрахунок………………………………………………………..…………13

5.1. Розрахунок концентрацій випарюваного розчину по корпусах…..13

5.2. Визначення температур кипіння розчину по корпусах……………….14

5.3. Визначення теплових навантажень по корпусах…………………………18

5.4. Визначення коефіцієнтів теплопередачі………................................19

6. Конструктивний розрахунок………………………………………………………………….23

6.1. Число труб граючої камери……………………………………………………………24

6.2. Внутрішній діаметр обичайки гріючої камери D_к……………....24

6.3. Розрахунок діаметра обичайки сепаратора……………………...24

6.4. Висота парового простору………………………………………..26

6.5. Діаметр вхідної труби……………………………………………..26

6.6. Розрахунок діаметрів штуцерів…………………………………..26

6.7. Визначення товщини теплової ізоляції…………………………..27

7. Розрахунок допоміжного обладнання………………………………………….……...27

7.1. Розрахунок барометричного конденсатора суміші………….…27

7.2. Розрахунок висоти барометричної труби…………………….…28

7.3. Розрахунок продуктивності вакуум-насосу……………………..29

8. Заходи для охорони довкілля………………………………………………………………31

9. Висновки……………………………………………………………………………………………….33

10. Список використаної літератури…………………………………………………………..34

 

Вступ

Випаровування - це процес концентрації розчинів твердих нелетких речовин шляхом часткового випаровування розчинника при кипінні рідини.

Випаровування застосовують для концентрації розчинів нелетких речовин, виділення з розчинів чистого розчинника (дистиляція) і кристалізації розчинених речовин, тобто нелетких речовин в твердому вигляді. При випаровуванні зазвичай здійснюється часткове видалення розчинника зі всього об'єму розчину при його температурі кипіння. У ряді випадків випарований розчин піддають подальшій кристалізації у випарних апаратах, спеціально пристосованих для цих цілей.

Для нагрівання випаровуваних розчинів до кипіння використовують топкові гази, електрообігрів і високотемпературні теплоносії, але найбільше застосування знаходить водяна пара, що характеризується високою питомою теплотою конденсації і високим коефіцієнтом тепловіддачі.

Процес випаровування проводитися у випарних апаратах. За принципом роботи випарні апарати розділяються на періодичні і такі, що безперервно діють.

Періодічне випаровування застосовується при малій продуктивності установки або для отримання високих концентрацій. При цьому розчин, що подається в апарат, випаровується до необхідної концентрації, зливається і апарат завантажується новою порцією початкового розчину.

У установках безперервної дії початковий розчин безперервно подається в апарат, а упарений розчин безперервно виводиться з нього.

Випаровування може проводитися під вакуумом, надмірним тиском і під атмосферним тиском. При випаровуванні під вакуумом існують декілька переваг:

• Пониження температури кипіння р-ра;

• Збільшується рушійна сила процесу;

• Можливо використання гріючої пари нижчого тиску;

Недоліки випаровування під вакуумом:

•Вакуумна випарна установка повинна містити додаткове устаткування: барометричний конденсатор, вакуум, вакуумзбірники.

Випаровування при атмосферному тиску: вторинний викидається в атмосферу, але найменш економічний спосіб випаровування.

При випаровуванні під підвищеним тиском температура р-ну підвищується (підвищується температура вторинної парі, а його використовують для інших цілей.

У цьому курсовому проекті використовується випарна установка, що працює під вакуумом. Для створення вакууму у випарній установці зазвичай застосовують конденсатори змішення з барометричною трубою. Як агент, що охолоджує, використовують воду, яка подаються найчастіше при температурі середовища, що охолоджує (біля 20°С). Суміш води, що охолоджує і конденсату виливається з конденсатора по барометричній трубі. Для підтримки постійності вакууму в системі з конденсатора за допомогою вакууму відкачують гази, що не конденсуються.

У хімічній промисловості в основному застосовують випарні установки, що безперервно діють, з високою продуктивністю за рахунок великої поверхні нагріву (до 2500 м2 в одиничному апараті).

Найбільше застосування в хімічній технології знайшли випарні апарати поверхневого типу, особливо вертикальні трубчасті випарні апарати з паровим обігрівом безперервної дії.

Від режиму покладу руху киплячої рідини у випарних апаратах їх розділяють на апарати з вільною, природною і примусовою циркуляцією, плівкові випарні апарати, до яких відносяться і апарати роторного типу.

В цій курсовій роботі використовується випарного апарата з природною циркуляцією і співвісною гріючою камерою (тип 1, виконання 1).

 

 

Різноманітні конструкції випарних апаратів вживаних в промисловості, можна класифікувати за типом поверхні нагріву (парові сорочки, змійовики, трубчатки різних видів), по її розташуванню в просторі (апарати з горизонтальною, вертикальною іноді з похилою нагрівальною камерою), по роду теплоносія (водяна пара, високотемпературні теплоносії, електричний струм і ін.), а також поклад від того, чи рухається теплоносій зовні або усередині труб нагрівальної камери. Проте істотнішою ознакою класифікації випарних апаратів, що характеризує інтенсивність їх дії, слід рахувати вигляд і кратність циркуляції розчину.

Розрізняють випарні апарати з неорганізованою або вільною, направленою природною і примусовою циркуляцією.

Випарні апарати ділять також на апарати прямоточні, в яких випаровування розчину відбувається за одного нього прохід через апарат без циркуляції розчину і апарати, що працюють з багатократною циркуляцією розчину.

Поклад від організації процесу розрізняють періодично і апарати, що безперервно діють.

Сфери застосування випарних апаратів.

Конструкція випарного апарату повинна задовольняти ряд загальних вимог, до яких належать: висока продуктивність і інтенсивність теплопередачі при можливо менших об'ємі апарату і витраті металу на його виготовлення, простота прибудую, надійність в експлуатації, легкість очищення поверхні теплообміну, зручність огляду, ремонту і заміни окремих частин.

Разом з тим вибір конструкції і матеріалу випарного апарату визначається у шкірному конкретному випадку физико-хімічними властивостями випаровуваного розчину (в'язкість, температурна депресія, кристаллизуемость, термічна стійкість, хімічна агресивність і ін.)

Як вказувалося, високі коефіцієнти теплопередачі і великі продуктивності досягаються шляхом збільшення швидкості циркуляції розчину. Проте одночасно зростає витрата енергії на випаровування і зменшується корисна різниця температур, оскільки при постійній температурі гріючої парі із зростанням гідравлічного опору збільшується температура кипіння розчину. Суперечливий вплив цих чинників повинний враховуватися при техніко-економічному порівнянні апаратів і виборі оптимальної конструкції.

Нижче приводяться області переважного використання випарних апаратів різних типів.

Для випаровування розчинів невеликої в'язкості ~8-10"³ Па-с, без утворення кристалів найчастіше використовуються вертикальні випарні апарати з багатократною природною циркуляцією. З них найбільш ефективні

апарати з виносною нагрівальною камерою і з виносними циркуляційними трубами, що не обігріваються.

Випаровування розчинів великої в'язкості, що досягає порядку ~0.1 Па-с, що не кристалізуються, проводять в апаратах з примусовою циркуляцією, рідше - в прямоточних апаратах з падаючою плівкою або в роторних прямоточних апаратах.

У роторних прямоточних апаратах, як наголошувалося, забезпечуються сприятливі умови для випаровування розчинів, чутливих до підвищених температур.

Апарати з примусовою циркуляцією широко застосовуються для випаровування розчинів, що кристалізуються або в'язких. Подібні розчини можуть ефективно випаровуватися і у апаратах з винесеною зоною кипіння, що працюють при природній циркуляції. Ці апарати при випаровуванні розчинів, що кристалізуються, можуть конкурувати з випарними апаратами з примусовою циркуляцією.

Для сильно пінистих розчинів рекомендується застосовувати апарати з плівкою, що піднімається.

 

Опис технологічної схеми

Вихідний розбавлений розчин з проміжної ємності 1 центровим насосом 2 подається в теплообмінник 3 (де підігрівається до температури, близької до температури кипіння), а потім – в перший корпус 4 випарної установки. Початковий нагрів розчину підвищує інтенсивність кипіння в випарному апараті 4.

Перший корпус обігрівається свіжою водяною парою. Вторинна пара, яка утворюється при концентруванні розчину в першому корпусі направляється в якості граючої в другий корпус 5. Сюди ж поступає частково сконцентрований розчин з першого корпусу.

Самостійне перетікання розчину і вторинної пари в наступні корпуси можливий завдяки загальному перепаду тисків, що з’являється в результаті утворення вакууму конденсацією вторинної пари останнього корпусу в барометричному конденсаторі суміші 6 (де заданий тиск підтримується подачею охолодженої води і відсосом неконденсуючихся газів вакуум-насосом 7). Суміш охолодженої води і конденсату виводиться з конденсатора за допомогою барометричної труби згідрозатвором 8. Утворений в другому корпусі концентрований розчин центровим насосом 9 подається в проміжну ємність випареного розчину 10.

Конденсат граючої пари із випарних апаратів виводиться з допомогою конденсат відводів 11.

 

 

Технологічний розрахунок

Мета технологічного розрахунку – визначення витрат гріючої пари, необхідної поверхні теплообміну, підбір стандартизованих випарників і визначення їх основних геометричних розмірів

Алгоритм розрахунку:

-витрати гріючої пари визначаємо визначаємо згідно рівняння (3.11)[3] G_г.п = (Wi_в.п.+G_кc_кt_кип- G_пc_вt₁)/(r_г.п · 0.95)

-необхідну поверхню теплообміну визначаємо за основним рівнянням теплопередачі F=Q/(K Δt_кор.)

- підбір стандартизованих випарників і визначення їх основних геометричних розмірів виконуємо по ГОСТ 11971-81 (додаток 3.2 [3])

 

Для визначення теплового навантаження Q, коефіцієнтів теплопередачі К і корисних різниць температур ∆t_кор необхідно знати розприділення випарюваної води, концентрації розчину і їх температур кипіння по корпусах установки. Дані величини надходять методом послідовних наближень.

Розглянемо перше наближення.

Визначаємо згідно рівняння матеріального балансу (3.4) [3] продуктивність установки по випарюваній воді W.

W= G_к-G_п= G_п(1- x_п/x_к)

де G_п- масова витрата вихідного розчину, кг/с;

G_к - масова витрата концентрованого розчину, кг/с;

W - масова витрата випарюваної води, кг/с;

x_п, x_к – масова концентрація розчиненої речовини, %.

 

 

Загальна кількість випареної води в випарній установці:

W = 1,6(1-5/15) =1,067 кг/с.

1 2

Кількість вихідного розчину, кг/с 1,6 1,1

Концентрація вихідного розчину, % 5 7,21

Температура вихідного розчину, °С 130 121,5

Температура випареного розчину, °С 121,5 79,2

Теплоємність вихідного розчину,

Дж/(кг∙К) 4079 4075

Ентальпія вторинної пари, Дж/кг 2709∙10³ 2607∙10³

Теплота пароутворення граючої пари,

Дж/кг 2156∙10³ 2213∙10³

Складаємо теплові баланси по корпусах, згідно (3.38)[3]. Витрату гріючої пари в 1-му корпусі, продуктивність кожного корпуса по випареній воді і теплові навантаження по корпусах визначаємо шляхом спільного вирішення системи рівнянь теплових балансів по корпусах і рівняння балансу по воді для всієї установки:

де 1,05 і 1,03 коефіцієнти, які враховують втрати тепла в навколишнє середовище.

G_г.п. - масова витрата гріючої пари, кг/с;

r_г.п – питома теплота конденсації гріючої пари,

G_п. - масова витрата вихідного розчину, кг/с;

c_п - питома теплоємність вихідного розчину, Дж/(кг·К);t₁ – температура розчину, який поступає в апарат, °С;

W – масова витрата випареної води, кг/с;

і_вт - питома ентальпія вторинної пари на виході з сепараційного простору випарного апарату, Дж/кг (визначають за тиском парів в паровому просторі випарного апарата, або за тиском в барометричному конденсаторі (табл. LVII) [1]);

G_к - масова витрата випареного розчину, кг/с;

c_к - питома теплоємність випареного розчину, Дж/(кг·К);

t_кип - температура кипіння розчину, °С;

 

 

Q₁ = G_г.п.∙2156∙10³ = [1,6∙4079(121,5-130) + W₁(2709∙10³ - 4190∙121,5)]∙1,05;

Q₂=W₁∙2213,6∙10³ = [1,1∙4075(79,2-121,5) + W₂(2607∙10³ – 4190∙79,2)]∙1,03;

1,07= W₁ + W₂.

 

Розв’язок системи рівнянь дає наступні результати:

G_г.п.= 0,5кг/с; W₁ = 0,47 кг/с; W₂ = 0,60 кг/с;

Так як розходження між розрахованими значеннями навантажень по випарюваній воді в кожному корпусі і попередньо прийняті не перевищують 3%, перераховувати параметри процесу не будемо.

Теплові навантаження в корпусах:

Q₁ =2156∙10³∙0,5 = 1078∙10³ Вт;

Q₂ = 2213∙10³∙0,47 = 1040,11∙10³ Вт;

 

Конструктивний розрахунок

Мета конструктивного розрахунку випарного апарату – визначення кількості труб гріючої камери, вибір схеми розміщення труб в трубній решітці, визначення діаметра корпусу, розмірів парового простору та загальної висоти апарату.

Алгоритм розрахунку:

- визначення кількості труб гріючої камери проводимо за рівнянням (3.58) [3]: n=F/(πdL)

- висоту парового простору визначають за формулою(3.67.a)[3]:

- визначення діаметра корпусу проводимо по рівнянню [3]

 

Число труб граючої камери

n=F/(πdL) (3.58)[3]

Довжину L і діаметр d труб вибираємо за стандартами (згідно ГОСТ 11987-81), причому для в’язких розчинів і розчинів здатних до кристалізації приймаємо більші діаметри. Для розрахунку приймаємо діаметр труби з тієї сторони (зовнішній чи внутрішній), де термічний опір більший (r = 1/α_i).

n=40/(3,14∙0,038∙4)=84 (шт.)

 

6.2.Внутрішній діаметр обичайки гріючої камери D_к

при розміщенні труб по вершинах рівносторонніх трикутників, згідно (3.59) [3]:

d_t – діаметр центральної циркуляційної труби, (див. пункт 2.1.) або труби для подачі пари; t – крок між трубами, t=0.048 м; ψ=0.7-0.9 – коефіцієнт використання трубної решітки;

Dк= ² =0,63 м,

Приймаємо Dк=0,8м.

Знайдене значення D_к не менше відповідної величини по ГОСТ 11987-81 (додаток 3.2) [3]

 

6.2.1.Внутрішній діаметр циркуляційної труби, (3.61) [3]:

де d_вн - внутрішній діаметр кип’ятильних труб, м

 

D_ц= =0,21м.

ПриймаємоD_ц=0,2м

 

Заходи для охорони довкілля

Для підігріву розчину, що надходить у перший корпус, до температури, близької до температури кипіння, необхідно встановлювати перед корпусом підігрівники, що обігріваються конденсатом або соковою парою.

Комунікації підігрівників повинні мати запірні пристрої для відключення й обвідні лінії, а також лінії для повернення підігрітого розчину в проміжний бак (для циркуляції розчину через підігрівники) у періоди, коли перший корпус не може безупинно приймати підігрітий розчин.

Для контролю за якістю конденсату на лейкомах повинні бути змонтовані пробоотборники.

Залежно від якості конденсату (по хімічному складі й наявності домішок) він повинен збиратися від всіх випарних апаратів разом або роздільно.

Для забезпечення спостережень за рівнем розчину у випарних апаратах повинні передбачатися оглядові стекла.

Випарні установки повинні бути оснащені наступними контрольно-вимірювальними й регулюючими приладами:

автоматичними регуляторами тиску пари, що надходить у перший корпус; манометром, що реєструє, на лінії подачі пари в цех;

манометрами на камері, що гріє, і в паровому просторі першого корпуса; манометрами, вакуумметрами на камерах, що гріють, і в паровому просторі наступних корпусів;

автоматичними регуляторами рівня розчину; що вказують і сигналізують вакуумметрами на трубопроводах, що йдуть від барометричних або поверхневих конденсаторів;

приладами для виміру температури на всіх випарних апаратах, підігрівниках і барометричному або поверхневому конденсаторі; витратомірами для обліку витрати води, що надходить у цех; витратоміром для обліку розчину, що надходить на випарку; концентратомерами після кожного випарного апарата.

Для забезпечення нормального режиму роботи випарної установки необхідно:

стежити за подачею пари, що гріє, у перший корпус і не допускати падіння або підвищення тиску його в значних межах (припустимі коливання в межах 0,01 Мпа (0,1 кгс/див2);

підтримувати передбачене режимною картою розподіл температур і тисків по корпусах випарної установки;

стежити за безперервністю відводу конденсату з камер, що гріють, випарних апаратів, а також систематично перевіряти якість конденсату;

забезпечувати систематичне харчування випарних апаратів розчином, підігрітим до температури, близької до температури кипіння;

стежити за перепуском розчину з корпуса в корпус систематично виводити з останнього корпуса готовий продукт,

підтримуючи встановлений рівень розчину в апаратах і не допускаючи оголення камер, що гріють;

забезпечувати мінімальні втрати розчину, концентратів і теплоносіїв;

підтримувати розрідження у випарних апаратах, що працюють під розрідженням, на рівні, передбаченому режимною картою, у випадках падіння вакууму негайно виявляти причини й усувати їх строго дотримувати передбаченого графіка й порядок промивання випарних апаратів, а при необхідності робити позачергові промивання випарних апаратів і їхнє очищення;

забезпечувати безперервну й справну роботу автоматичних, регулюючих приладів, арматур, а також допоміжні устаткування випарної установки.

Схема трубопроводів випарної установки повинна виключати можливість змішання потоків первинної й вторинної пари, а також потоків їхнього конденсату.

Висновок

У даній курсовій роботі була розрахована двохкорпусна прямотечій на вакуум-випарна установка з природною циркуляцією, співвісною граючою камерою і солевідділенням для випарювання 1,6 кг/с розчину сульфату калію від 5 до 15 %.

У розрахунковій записці зроблений розрахунок площі теплообміну, що є головним показником. У результаті був обраний випарний апарат за ГОСТ 11987-81 з наступними параметрами:

Поверхня теплообміну, м² F = 40

Довжина труб l = 4000

Діаметр камери, що гріє (не менше) D = 600

Діаметр сепаратора, мм(не менше) D₁ = 1200

Діаметр циркуляційної камери, мм(не менше) D₂ = 400

Висота апарата, м(не більше) H = 15500

Маса апарата, кг(не менше) m = 3000

В результаті конструктивного розрахунку ми визначили: висоту парового простору Н=2,94м, число труб гріючої камери n=84 штук, внутрішній діаметр обичайки D_k = 0,8 м та визначили діаметри штуцерів.

Підібрали барометричний конденсатор з діаметром 600 мм, та насос типу ВВН-3.

 

Додаток 1

Принципова схема апарата (тип 1, виконання 3)

 

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

Завдання 3-2-3

Розрахувати і спроектувати випарну установку з двох корпусів для концентрування розчину сульфату калію з початковою масовою концентрацією х_п=5% до кінцевої х_к=15% при наступних умовах:

1) кількість розчину, G_п = 1,6 кг/с;

2) нагрівання здійснюється насиченою водяною парою. Тиск гріючої пари 1-ого корпусу p_г.п = 0,35МПа;

3) тиск в паровому просторі випарного апарату (барометричному конденсаторі) p_б.к = 0.02 МПа;

4) взаємний напрям пари та розчину – прямоток;

5) випарний апарат - з природньою циркуляцією, співвісною гріючою камерою і солевідділенням типу 1, виконання 3;

6) температура розчину, який поступає в установку t₀=30°C;

7) розчин поступає в перший корпус,нагрітий до температури кипіння;

8) початкова температура охолоджуючої води, яка поступає в барометричний конденсатор t_в.п. = 20 °C;

9) температура суміші охолоджуваної води і конденсату, яка виходить з барометричного конденсатора, нижче температури конденсації на Δt=9°С;

10) відбір екстра пари не проводиться.

Зміст

1. Вступ ……………………………………………………………………………………………………..3

2. Конструкція апарату та його робота……………………………………………………..6

3. Опис технологічної схеми………………………………………………………………………6

4. Основні властивості робочих середовищ………………………………………………7

5. Технологічний розрахунок………………………………………………………..…………13

5.1. Розрахунок концентрацій випарюваного розчину по корпусах…..13

5.2. Визначення температур кипіння розчину по корпусах……………….14

5.3. Визначення теплових навантажень по корпусах…………………………18

5.4. Визначення коефіцієнтів теплопередачі………................................19

6. Конструктивний розрахунок………………………………………………………………….23

6.1. Число труб граючої камери……………………………………………………………24

6.2. Внутрішній діаметр обичайки гріючої камери D_к……………....24

6.3. Розрахунок діаметра обичайки сепаратора……………………...24

6.4. Висота парового простору………………………………………..26

6.5. Діаметр вхідної труби……………………………………………..26

6.6. Розрахунок діаметрів штуцерів…………………………………..26

6.7. Визначення товщини теплової ізоляції…………………………..27

7. Розрахунок допоміжного обладнання………………………………………….……...27

7.1. Розрахунок барометричного конденсатора суміші………….…27

7.2. Розрахунок висоти барометричної труби…………………….…28

7.3. Розрахунок продуктивності вакуум-насосу……………………..29

8. Заходи для охорони довкілля………………………………………………………………31

9. Висновки……………………………………………………………………………………………….33

10. Список використаної літератури…………………………………………………………..34

 

Вступ

Випаровування - це процес концентрації розчинів твердих нелетких речовин шляхом часткового випаровування розчинника при кипінні рідини.

Випаровування застосовують для концентрації розчинів нелетких речовин, виділення з розчинів чистого розчинника (дистиляція) і кристалізації розчинених речовин, тобто нелетких речовин в твердому вигляді. При випаровуванні зазвичай здійснюється часткове видалення розчинника зі всього об'єму розчину при його температурі кипіння. У ряді випадків випарований розчин піддають подальшій кристалізації у випарних апаратах, спеціально пристосованих для цих цілей.

Для нагрівання випаровуваних розчинів до кипіння використовують топкові гази, електрообігрів і високотемпературні теплоносії, але найбільше застосування знаходить водяна пара, що характеризується високою питомою теплотою конденсації і високим коефіцієнтом тепловіддачі.

Процес випаровування проводитися у випарних апаратах. За принципом роботи випарні апарати розділяються на періодичні і такі, що безперервно діють.

Періодічне випаровування застосовується при малій продуктивності установки або для отримання високих концентрацій. При цьому розчин, що подається в апарат, випаровується до необхідної концентрації, зливається і апарат завантажується новою порцією початкового розчину.

У установках безперервної дії початковий розчин безперервно подається в апарат, а упарений розчин безперервно виводиться з нього.

Випаровування може проводитися під вакуумом, надмірним тиском і під атмосферним тиском. При випаровуванні під вакуумом існують декілька переваг:

• Пониження температури кипіння р-ра;

• Збільшується рушійна сила процесу;

• Можливо використання гріючої пари нижчого тиску;

Недоліки випаровування під вакуумом:

•Вакуумна випарна установка повинна містити додаткове устаткування: барометричний конденсатор, вакуум, вакуумзбірники.

Випаровування при атмосферному тиску: вторинний викидається в атмосферу, але найменш економічний спосіб випаровування.

При випаровуванні під підвищеним тиском температура р-ну підвищується (підвищується температура вторинної парі, а його використовують для інших цілей.

У цьому курсовому проекті використовується випарна установка, що працює під вакуумом. Для створення вакууму у випарній установці зазвичай застосовують конденсатори змішення з барометричною трубою. Як агент, що охолоджує, використовують воду, яка подаються найчастіше при температурі середовища, що охолоджує (біля 20°С). Суміш води, що охолоджує і конденсату виливається з конденсатора по барометричній трубі. Для підтримки постійності вакууму в системі з конденсатора за допомогою вакууму відкачують гази, що не конденсуються.

У хімічній промисловості в основному застосовують випарні установки, що безперервно діють, з високою продуктивністю за рахунок великої поверхні нагріву (до 2500 м2 в одиничному апараті).

Найбільше застосування в хімічній технології знайшли випарні апарати поверхневого типу, особливо вертикальні трубчасті випарні апарати з паровим обігрівом безперервної дії.

Від режиму покладу руху киплячої рідини у випарних апаратах їх розділяють на апарати з вільною, природною і примусовою циркуляцією, плівкові випарні апарати, до яких відносяться і апарати роторного типу.

В цій курсовій роботі використовується випарного апарата з природною циркуляцією і співвісною гріючою камерою (тип 1, виконання 1).

 

 

Різноманітні конструкції випарних апаратів вживаних в промисловості, можна класифікувати за типом поверхні нагріву (парові сорочки, змійовики, трубчатки різних видів), по її розташуванню в просторі (апарати з горизонтальною, вертикальною іноді з похилою нагрівальною камерою), по роду теплоносія (водяна пара, високотемпературні теплоносії, електричний струм і ін.), а також поклад від того, чи рухається теплоносій зовні або усередині труб нагрівальної камери. Проте істотнішою ознакою класифікації випарних апаратів, що характеризує інтенсивність їх дії, слід рахувати вигляд і кратність циркуляції розчину.

Розрізняють випарні апарати з неорганізованою або вільною, направленою природною і примусовою циркуляцією.

Випарні апарати ділять також на апарати прямоточні, в яких випаровування розчину відбувається за одного нього прохід через апарат без циркуляції розчину і апарати, що працюють з багатократною циркуляцією розчину.

Поклад від організації процесу розрізняють періодично і апарати, що безперервно діють.

Сфери застосування випарних апаратів.

Конструкція випарного апарату повинна задовольняти ряд загальних вимог, до яких належать: висока продуктивність і інтенсивність теплопередачі при можливо менших об'ємі апарату і витраті металу на його виготовлення, простота прибудую, надійність в експлуатації, легкість очищення поверхні теплообміну, зручність огляду, ремонту і заміни окремих частин.

Разом з тим вибір конструкції і матеріалу випарного апарату визначається у шкірному конкретному випадку физико-хімічними властивостями випаровуваного розчину (в'язкість, температурна депресія, кристаллизуемость, термічна стійкість, хімічна агресивність і ін.)

Як вказувалося, високі коефіцієнти теплопередачі і великі продуктивності досягаються шляхом збільшення швидкості циркуляції розчину. Проте одночасно зростає витрата енергії на випаровування і зменшується корисна різниця температур, оскільки при постійній температурі гріючої парі із зростанням гідравлічного опору збільшується температура кипіння розчину. Суперечливий вплив цих чинників повинний враховуватися при техніко-економічному порівнянні апаратів і виборі оптимальної конструкції.

Нижче приводяться області переважного використання випарних апаратів різних типів.

Для випаровування розчинів невеликої в'язкості ~8-10"³ Па-с, без утворення кристалів найчастіше використовуються вертикальні випарні апарати з багатократною природною циркуляцією. З них найбільш ефективні

апарати з виносною нагрівальною камерою і з виносними циркуляційними трубами, що не обігріваються.

Випаровування розчинів великої в'язкості, що досягає порядку ~0.1 Па-с, що не кристалізуються, проводять в апаратах з примусовою циркуляцією, рідше - в прямоточних апаратах з падаючою плівкою або в роторних прямоточних апаратах.

У роторних прямоточних апаратах, як наголошувалося, забезпечуються сприятливі умови для випаровування розчинів, чутливих до підвищених температур.

Апарати з примусовою циркуляцією широко застосовуються для випаровування розчинів, що кристалізуються або в'язких. Подібні розчини можуть ефективно випаровуватися і у апаратах з винесеною зоною кипіння, що працюють при природній циркуляції. Ці апарати при випаровуванні розчинів, що кристалізуються, можуть конкурувати з випарними апаратами з примусовою циркуляцією.

Для сильно пінистих розчинів рекомендується застосовувати апарати з плівкою, що піднімається.

 

Конструкція апарату та його робота

Випарний трубчастий апарат з природною циркуляцією.

Апарат складається з теплообмінного пристрою - нагрівальної (гріє)камери 1 і сепаратора 2. Камера та сепаратор можуть бути об'єднані в одному апараті (див.дод. 1) або камера може бути винесена і сполучена з сепаратором трубами Камера обігрівається зазвичай водяною насиченою парою, що надходить в її міжтрубний простір. Конденсат відводять знизу камери.

Піднімаючись по трубах, випарює розчин, нагрівається і кипить з утворенням вторинної пари. Відділення пари від рідини відбувається в сепараторі 2. Звільнена від бризок і крапель вторинна пара видаляється в верхній частині сепаратора.

Частина рідини опускається по циркуляційної трубі 3 під нижню трубу гріючої камери. Внаслідок різниці щільності розчину в трубах та паро рідинної емульсії в трубах 3 рідина циркулює по замкнутому контуру, упарений розчин віддаляється через штуцер в днищі апарату.

Якщо випарювання проводиться під вакуумом, то вторинна пара відсмоктується в конденсатор пари, з'єднаний з вакуум-насосом. Упарений розчин видаляється з конічного днища апарату.

 

Опис технологічної схеми

Вихідний розбавлений розчин з проміжної ємності 1 центровим насосом 2 подається в теплообмінник 3 (де підігрівається до температури, близької до температури кипіння), а потім – в перший корпус 4 випарної установки. Початковий нагрів розчину підвищує інтенсивність кипіння в випарному апараті 4.

Перший корпус обігрівається свіжою водяною парою. Вторинна пара, яка утворюється при концентруванні розчину в першому корпусі направляється в якості граючої в другий корпус 5. Сюди ж поступає частково сконцентрований розчин з першого корпусу.

Самостійне перетікання розчину і вторинної пари в наступні корпуси можливий завдяки загальному перепаду тисків, що з’являється в результаті утворення вакууму конденсацією вторинної пари останнього корпусу в барометричному конденсаторі суміші 6 (де заданий тиск підтримується подачею охолодженої води і відсосом неконденсуючихся газів вакуум-насосом 7). Суміш охолодженої води і конденсату виводиться з конденсатора за допомогою барометричної труби згідрозатвором 8. Утворений в другому корпусі концентрований розчин центровим насосом 9 подається в проміжну ємність випареного розчину 10.

Конденсат граючої пари із випарних апаратів виводиться з допомогою конденсат відводів 11.