Рассчитать и запроектировать выпарную установку для выпаривания водного раствора NaNO3.

Введение
Выпариванием называется процесс концентрирования растворов твердых веществ при температуре кипения путем частичного удаления растворителя в парообразном состоянии. В подавляющем большинстве случаев выпариванию подвергают водные растворы твердых веществ, и удаляемый растворитель представляет собой водяной пар, носящий название вторичного пара. Однако закономерности процесса, методы его инженерного расчета и аппаратурного оформления справедливы также и в тех случаях, когда растворителями являются другие жидкости. При этом предполагается, что вторичный пар состоит из чистого растворителя, а растворенное твердое вещество нелетучее; такое предположение практически оправдано.
Концентрирование растворов методом выпаривания – один из наиболее распространенных технологических процессов в химической, пищевой, металлургической и других отраслях промышленности.
В литературе описано множество конструкций выпарных аппаратов, но лишь небольшое число их обусловлено индивидуальными особенностями выпариваемых растворов. Единой классификации этих аппаратов не существует, но представляется целесообразным основывать ее на конструктивном оформлении поверхности нагрева и свойствах используемого теплоносителя. Наибольшее распространение в промышленности получили выпарные аппараты, обогреваемые конденсирующимся водяным паром, реже – топочными газами и высококипящими органическими теплоносителями, очень редко – электрическим током.
Наиболее простыми являются выпарные аппараты в виде вертикальных полых цилиндров или чашеобразные, снабженные нагревательными рубашками или спиральными змеевиками. Эти аппараты отличаются, однако, малой удельной поверхностью нагрева (на единицу рабочего объема), поэтому они громоздки, малопроизводительны и находят применение только в маломасштабных производствах.
Исходные данные






















1. Технологическая схема установки
Технологическая схема однокорпусной вакуум-выпарной установки показана на рисунке 1.
Исходный разбавленный раствор из накопительной емкости Е1 центробежным насосом Н1 или Н2 подается в подогреватель Т1(где нагревается до температуры, близкой к температуре кипения), а затем - в выпарной аппарат ВА. В качестве теплоносителя в подогревателе и выпарном аппарате используется первичный греющий пар. Образующийся конденсат через конденсатоотводчики КО1 и КО2 возвращается в котельную.
Концентрированный раствор выводится из сепаратора выпарного аппарата через холодильник Т2 в емкость Е2, откуда насосом Н3 подается далее по технологической линии. Охлаждение раствора в холодильнике осуществляется водой.
Так как выпарной аппарат работает под вакуумом, емкость Е2 соединена с вакуумной линией для обеспечения вывода раствора из аппарата самотеком. Для создания вакуума используется барометрический конденсатор смешения КБ, в который поступает вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в выпарном аппарате и охлаждающая вода. Смесь конденсата и охлаждающей воды выводится из конденсатора в емкость Е3 самотеком, при помощи барометрической трубы с гидрозатвором. Для поддержания в барометрическом конденсаторе заданного давления используется вакуум- насос НВ.






Рис. 1









2. Конструкция выпарной установки
Выпариванием называется процесс концентрирования растворов твёрдых веществ при температуре кипения путём частичного удаления растворителя в парообразном состоянии. В подавляющем большинстве случаев выпариванию подвергают водные растворы твёрдых веществ, и удаляемый растворитель представляет собой водяной пар, носящий название вторичного пара.
Этот процесс получил широкое распространение в химической и смежных с ней отраслях промышленности при концентрировании растворов кислот, щелочей, минеральных солей, сахарных сиропов, опреснении морской воды и т.д. Иногда выпаривание завершают кристаллизацией веществ (выделение твёрдой фазы) из растворов, у которых удалена часть растворителя. На выпаривание растворов расходуется огромное количество тепла, а на создание выпарных установок - десятки тысяч тонн углеродистых и легированных сталей, никеля и других металлов. Поэтому в каждом конкретном случае необходима рациональная организация процесса выпаривания, что позволяет обеспечить максимальную производительность выпарной установки при минимальных затратах тепла и металла. Способы выпаривания разнообразны.
К ним относятся: простое (однокорпусное) выпаривание; многокорпусное выпаривание; выпаривание с использованием теплового насоса; Выпаривание производят в выпарных аппаратах различных конструкций. Их можно классифицировать по следующим признакам: по расположению поверхности нагрева (на горизонтальные, вертикальные); по способу действия (на периодические и непрерывные); по характеру движения кипящей жидкости (с естественной и принудительной циркуляцией раствора); по кратности циркуляции (с однократной и многократной циркуляцией).
Наибольшее распространение в промышленности получили выпарные аппараты, обогреваемые конденсирующимся водяным паром, реже - топочными газами и высококипящими органическими теплоносителями, очень редко - электрическим током.
Наиболее простыми являются выпарные аппараты в виде вертикальных полых цилиндров или чашеобразные, снабжённые нагревательными рубашками или спиральными змеевиками.
Эти аппараты отличаются, однако, малой удельной поверхностью нагрева (на единицу рабочего объёма), поэтому они громоздки, малопроизводительны и находят применение только в маломасштабных производствах.
Широко используются в химической промышленности выпарные аппараты с внутренними вертикальными нагревательными камерами. Последние представляют собой вертикальный пучок труб, концы которых развальцованы в двух трубных решётках. В межтрубном пространстве конденсируется греющий пар.
Выпариваемый раствор (его верхний уровень расположен несколько выше верхней трубной решётки), закипая внутри нагревательных труб, выбрасывается в виде более лёгкой парожидкостной смеси в сепарационный объём аппарата.
Здесь вторичный пар отделяется и покидает аппарат, освобождаясь по пути от брызг и капель, а раствор опускается вниз по центральной трубе большого диаметра в пространство под нижней трубной решёткой, вновь попадает в нагревательные трубы, снова закипает и т.д. выпарная установка конденсатор барометрический
Скорость циркуляции раствора в нагревательных трубах зависит от его физических свойств, тепловой нагрузки поверхности нагрева и гидравлического сопротивления циркуляционного контура. Пространство аппарата над уровнем кипящей жидкости (высотой 1,5-2,5 м) называется сепарационным и служит для отделения брызг и капель раствора, уносимых потоком вторичного пара. Это пространство обычно оканчивается дополнительным брызгоуловителем.