выпарная трехкорпусная установка концентрирования раствора NaOH

РЕФЕРАТ

Курсовой проект «Трехкорпусная выпарная установка» состоит из пояснительной записки и графической части. Последняя состоит из двух чертежей формата А1: выпарного аппарата и барометрического конденсатора.
Пояснительная записка состоит из 26 страницы, в которую входят содержание, введение, задание на проектирование, непосредственно сам расчет и список используемой литературы.
В введении описана сущность процесса выпаривания и принципиальная схема трехкорпусной выпарной установки.
Расчет полностью производился по методу, описанному в «Основных процессах и аппаратах химической технологии. Пособию по проектированию». Ю.И. Дытнерского, Москва, Химия, 1991г. с использованием предложенной в пособии литературы.
В 5 пункте пояснительной записки приведен расчет оптимального числа корпусов многокорпусной установки.









ВВЕДЕНИЕ.
В химической и смежной с ней отраслях промышленности жидкие смеси, концентрирование которых осуществляется выпариванием, отличаются большим разнообразием как физических параметров (вязкость, плотность, температура кипения, величина критического теплового потока и др.), так и других характеристик (кристаллизующиеся, пенящиеся, нетермостойкие растворы и др.). Свой¬ства смесей определяют основные требования к условиям проведения процесса (вакуум-выпари¬вание, прямо- и противоточные, одно- и многокорпусные выпарные установки), а также к конструк¬циям выпарных аппаратов.
Такое разнообразие требований вызывает определенные сложности при правильном выборе схемы выпарной установки, типа аппарата, числа студней в многокорпусной выпарной установке. В общем случае такой выбор является задачей оптимального поиска и выполняется технико-экономическим сравнением различных вариантов с использованием ЭВМ.
Принципиальная схема трехкорпусной выпарной установки показана на рис. 1. Исходный разбавленный раствор из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подается в тепло¬обменник 3 (где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения), а затем — в пер¬вый корпус 4 выпарной установки. Предварительный подогрев раствора повышает интенсивность кипения в выпарном аппарате 4.
Первый корпус обогревается свежим водяным паром. Вторичный пар, образующийся приконцентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус 5. Сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из 1-го корпуса. Аналогично третий корпус 6 обогревается вторичным паром второго и в нем производится концентрирование раствора, поступившего из второго корпуса.
Самопроизвольный переток раствора и вторичного пара в следующие корпуса возможен благодаря общему перепаду давлений, возникающему в результате создания вакуума конден¬сацией вторичного пара последнего корпуса в барометрическом конденсаторе смешения 7 (где заданное давление поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующихся газов вакуум-насосом 8). Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи барометрической трубы с гидрозатвором 9. Образующийся в третьем корпусе кон¬центрированный раствор центробежным насосом 10 подается в промежуточную емкость упарен¬ного раствора 11.
Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов выводится с помощью конденсатоотводчиков 12.

Рис. 1. Принципиальная схема трехкорпусной выпарной установки:
1 – емкость исходного раствора; 2, 10 – насосы; 3 – теплообменник-подогреватель; 4-6 – выпарные аппараты; 7 – барометрический конденсатор; 8 – вакуум-насос; 9 – гидрозатвор; 11 – емкость упаренного раствора; 12 - конденсатоотводчик

 
1. Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов.

Поверхность теплопередачи каждого корпуса выпарной установки определяем по основному уравнению теплопередачи:
f=Q/(K∙∆t_п ),

где
Q – тепловая нагрузка;
K – коэффициент теплопередачи;
∆tп – полезная разность температур.

Для определения всех этих параметров требуется знать распределение упариваемой воды, концентраций растворов и их температур кипения по корпусам. Эти величины находим методом последовательных приближений.

Первое приближение.

Производительность установки по выпариваемой воде определяем из уравнения материального баланса:
W=G_н∙(1-x_н⁄x_к ).

Подставив, получим:
W=19,44∙(1-7⁄35)=15,56 кг/с

1.1 Концентрация упариваемого раствора.

Распределение концентраций раствора по корпусам установки зависит от соотношения нагрузок по выпариваемой воде в каждом аппарате. В первом приближении на основании практических данных принимаем, что производительность по выпариваемой воде распределяется между корпусами в соответствии с соотношением
w1:w2:w3=1,0:1,1:1,2.

Тогда:
w1=1,0∙W/(1,0+1,1+1,2)=1,0∙15,56/3,3=4,71 кг/с
w2=1,1∙15,56/(1,0+1,1+1,2)=5,19 кг/с
w3=1,2∙15,56/(1,0+1,1+1,2)=5,66 кг/с

Далее рассчитываем концентрации растворов в корпусах:
x1=Gн∙xн/(Gн-w1)=19,44∙0,07/(19,44-4,71)=0,0924, или 9,24%;
x2=Gн∙xн/(Gн-w1-w2)=19,44∙0,07/(19,44-4,71-5,19)=0,1426, или 14,26%;
x3=Gн∙xн/(Gн-w1-w2-w3)=19,44∙0,07/(19,44-4,71-5,19-5,66)=0,35, или 35%.

Концентрация раствора в последнем корпусе x3 соответствует заданной концентрации упаренного раствора xк.

1.2 Температуры кипения растворов.

Общий перепад давлений в установке равен:
∆Pоб=Pг1-Pбк=0,4-0,03=0,37 МПа
В первом приближении общий перепад давлений распределяют между корпусами поровну. Тогда давления греющих паров в корпусах (в МПа) равны:
Pг1=0,4 (МПа);
Pг2= Pг1-∆Pоб/3=0,4-0,37/3=0,28 МПа;
Pг3= Pг2-∆Pоб/3=0,28-0,37/3=0,153 МПа.

Давление пара в барометрическом конденсаторе
Pбк= Pг3-∆Pоб/3=0,153-0,37/3=0,03 МПа,
что соответствует заданному значению Pб.
По давлениям паров находим их температуры и энтальпии [1]:
P, МПа t, ℃ I, кДж/кг
Pг1=0,4 tг1=151,7 I1=2755,04
Pг2=0,28 tг2=137,8 I2=2736,92
Pг3=0,153 tг3=117,1 I3=2706,94
Pбк=0,03 tбк=61,05 Iбк=2610,23

Температура кипения раствора в корпусе отличается от температуры греющего пара в последующем корпусе на сумму температурных потерь ∑▒∆:
∑▒〖∆=∆^'+∆^''+∆^''' 〗 ,