Расчет и подбор выпарной установки

Оглавление 1. Введение. 2. Описание технологической схемы выпарной установки. 3. Теплотехнический расчёт выпарных аппаратов. 1. Расчёт общего количества выпаренной воды. 2. Расчет депрессий. 1. Гидравлические депрессии между корпусами. 2. Температурные депрессии. 3. Суммарная полезная разность температур. 4. Заполнение предварительной таблицы. 5. Уточнение значений W1, W2, W3 . 6. Расчёт предварительных значений тепловых потоков: 7. Расчёт комплексов А1, А2, А3, Во1, Во2, Во1. Расчёт A-комплексов. 2. Расчёт Во. 8. Выбор конструкционного материала для выпарного аппарата. 9. Расчёт поверхности теплообмена. 1. Расчёт комплексов для нахождения поверхности нагрева корпусов. 9.2 Расчёт поверхности теплообмена. 10. Заполнение окончательного варианта таблицы. 11. Уточнение значений W1, W2, W3 . 12. Расчёт окончательных значений тепловых потоков: 13. Оценка погрешности определения. 14. Расход греющего пара в первом корпусе. 15. Выбор стандартного выпарного аппарата. 16. Расчёт тепловой изоляции аппарата. 1. Теплоперенос при конденсации греющего пара. 2. Теплоперенос через стенку греющей камеры и слой изоляционного материала. 3. Теплоперенос от наружной поверхности изоляции в окружающую среду. 4. Расчёт толщины изоляции. 4. Механический расчёт аппаратов выпарных установок. 1. Греющая камера. 1. Расчёт толщины стенки греющей камеры. 2. Расположение труб в греющей камере. 4.1.3. Крепление кипятильных труб в трубной решетке. 4.Расчёт толщины трубной решетки. 2. Сепаратор. 1. Высота и диаметр сепаратора. 2. Брызгоотделитель. 3.Днища и крышки. 1. Расчёт эллиптической крышки сепаратора. 2. Подбор эллиптического днища сепаратора. 3. Подбор конического днища сепаратора. 4.3.4. Подбор конической крышки. 4. Основные штуцера выпарного аппарата. 5. Узел подогрева исходного раствора. 1. Тепловая нагрузка аппарата. 2. Движущая сила процесса. 3. Расход греющего пара. 4. Выбор конструкционного материала теплообменника. 5. Ориентировочный выбор теплообменника. 6. Расчёт коэффициента теплопередачи К. 1.Расчёт коэффициента теплоотдачи от поверхности трубки к раствору. 3. Расчёт коэффициента теплопередачи К. 7. Расчёт поверхности теплообмена. 8. Подбор теплообменника по каталогу. 9. Расчёт толщины тепловой изоляции. 6. Блок создания и поддержания вакуума. 1. Расчёт барометрического конденсатора смешения. 1. Расход охлаждающей воды Gв. 2. Диаметр конденсатора. 3. Высота барометрической трубы. 4. Барометрический ящик. 2. Расчёт производительности вакуум-насоса. 1. Конденсатоотводчик для отвода конденсата из теплообменника, обогревающего исходный раствор до температуры кипения. 2. Конденсатоотводчик для отвода конденсата из первого корпуса выпарной установки. 3. Конденсатоотводчик для отвода конденсата из второго корпуса выпарной установки. 4. Конденсатоотводчик для отвода конденсата из третьего корпуса выпарной установки. 2. Ёмкости. 1. Ёмкость для исходного раствора. 2. Ёмкость для исходного раствора. 8. Список литературы. 1. Введение. Выпаривание - это процесс концентрирования растворов твёрдых веществ при температуре кипения путём частичного удаления растворителя в парообразном состоянии. Выпариванию подвергают водные растворы твёрдых веществ, и удаляемый растворитель представляет собой водяной пар, так называемый вторичный пар. Концентрирование растворов методом выпаривания – один из наиболее распространённых технологических процессов в химической, пищевой, металлургической и других отраслях промышленности.

Число действующих выпарных установок исчисляется многими сотнями.

Единой классификации выпарных аппаратов не существует, но целесообразными являются классификации по поверхности нагрева и свойствам используемых теплоносителей.

Наибольшее распространение получили аппараты, обогреваемые конденсирующимся водяным паром, реже – топочными газами и высокотемпературными органическими теплоносителями, очень редко – электрическим током.

Наиболее простыми являются выпарные аппараты в виде вертикальных полых цилиндров или чашеобразные.

Аппараты бывают: • С внутренними вертикальными нагревательными камерами; • С наружными циркуляционными трубами; • С подвесной нагревательной камерой; • С соосными и выносными нагревательными камерами; • Плёночные аппараты.

Также бывают аппараты с естественной и принудительной циркуляцией.

Движущей силой естественной циркуляции является разность гидростатических давлений жидкости в циркуляционной трубе или кольцевом канале и парожидкостной смеси. В данном курсовом проекте мной рассмотрен выпарной аппарат с выносной греющей камерой и кипением в трубках.

Выпариваемым раствором является сульфат аммония.

Место постройки проектируемой установки - город Ижевск.

Последний корпус этой трёхкорпусной выпарной установки работает под разряжением.

Преимуществами такой выпарной установки являются: 1. благодаря вакууму может быть создана большая полезная разность температур, что и даёт возможность осуществить многократное использование тепла и этим снизить расход пара на выпаривание; 2. низкая температура кипения в последних корпусах служит большей гарантией от пригорания и разложения продукта в случае упаривания растворов органических веществ; 3. большая гибкость выпарной установки в работе и приспособляемость к колебаниям нагрузки, так как конденсатор служит буфером, воспринимающим эти колебания.

Недостатки этой установки: 1. несколько более сложное оборудование, так как необходимо иметь барометрический конденсатор смешения для создания вакуума; 2. несколько большая площадь здания для установки под разряжением; 3. потеря вторичного пара из последнего корпуса, используемого лишь частично в виде тепла охлаждающей воды в смеси с конденсатом при температуре около 500С; 4. пониженная температура вторичного пара последних корпусов, это требует увеличения поверхности нагрева теплообменной аппаратуры, обогреваемой экстра-паром из выпарной установки. 2.

Описание технологической схемы выпарной установки

Во второй корпус АВ2 направляется частично сконцентрированный раствор ... Конденсат греющего пара из выпарных аппаратов выводится с помощью конд... . Тип всех корпусов выпарной установки – выпарной аппарат с выносной гре... д.

Теплотехнический расчёт выпарных аппаратов

Теплотехнический расчёт выпарных аппаратов . 3.1.

Расчёт общего количества выпаренной воды

Расчёт общего количества выпаренной воды. W = S0*(1-a0/a3) = 12000*(1-7/49) = 10285,7кг/ч Предположим, что с учётом отвода экстра-пара в первом корпусе выпаренная вода между корпусами распределилась следующим образом: W2 = W3 = (W-E1)/3 = (10285,7-300)/3 = 3328,5 кг/ч W1 = W2+E1 =3328,5 +300 = 3628,5 кг/ч Найдём концентрации а1 и а2: W1 = S0*(1-a0/a1) a1 = a0/(1-W1/S0)=7/(1-3628,5/12000) = 10,04% масс. W1+W2 = S0*(1-a0/a2) a2 = a0/(1-(W1+W2)/S0)=7/(1-6957/12000)=16,67 % масс. 3.2.

Расчет депрессий

Расчет депрессий . 3.2.1.

Гидравлические депрессии между корпусами

Гидравлические депрессии между корпусами принимаем равными 1.50С. 3.2.2.

Температурные депрессии

37) а2=16,67%масс. 510) Рsст = 1,294 бар=1,294*105 Па (2, стр. здесь точно известны концентрация а3 и давление Р3: по правилу Бабо, е... Согласно правилу Бабо, отношения давления паров растворителя над раств... .

Суммарная полезная разность температур

Принимаем г = 1С где давление грею... amp;#61508;с Т13& ... 3.4. с&am p;#61489;&... .

Заполнение предварительной таблицы

Уточнение значений W1, W2, W3 . Заполнение предварительной таблицы. Значения давлений и энтальпий взят... 1к 2к 3к 1к 2к 3к 1 Темп. . Пара Т 0С 147,1 118,8 83,6 150,0 127,0 92,0 2 Полезн.разность темп.

Расчёт комплексов А

Расчёт комплексов А. 3.7.1. A-комплекс, включающий теплофизические величины и зависящие от темпера... Ускорение свободного падения g = 9,82 м/с2. Во – коэффициенты отражающие свойства кипящего раствора и зависящие от...

Выбор конструкционного материала для выпарного аппарата

Выбор конструкционного материала для выпарного аппарата.

Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора хлорида натрия в интервале изменения концентраций от 10 до 25%(5, стр. 309). В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х18Н10Т. Скорость коррозии её менее 0,1мм/год (точечная коррозия). Коэффициент теплопроводности = 16,4 Вт/м*К (5, стр. 101). 3.9. Расчёт поверхности теплообмена. 3.9.1.

Расчёт комплексов для нахождения поверхности нагрева корпусов

Расчёт комплексов для нахождения поверхности нагрева корпусов. В случа... 3.10. . Тогда 1 = 18,60С 2 = 29,00С &#...

Заполнение окончательного варианта таблицы

. 17). Уточнение значений W1, W2, W3 на основе величин, содержащихся в оконча... Заполнение окончательного варианта таблицы. Таблица сошлась.

Оценка погрешности определения

Оценка погрешности определения.

Для Q1 : |(Q1 - Q1ут)/ Q1ут|=|(13,3-13,7)/13,7|=2,9% Q2 : |(Q2 - Q2ут)/ Q2ут|=| (5,17-5,05)/5,05|= 2,4% Q3 : |(Q3 - Q3ут)/ Q3ут|=|(6,95-6,79)/6,79|=2,4% Погрешность менее 5%, следовательно, считаем, что приближения сошлись. 3.14.

Расход греющего пара в первом корпусе

Fраб = 100,7/0,75=134,3 м2. • Завод изготовитель УзХимМаш. Расход греющего пара в первом корпусе. D1 = Q1/(h1-ck1T1) = 13699720/2... Выбор стандартного выпарного аппарата. Fраб = F/, Где &... .

Расчёт тепловой изоляции аппарата

Расчёт тепловой изоляции аппарата. Тепловая изоляция аппарата применяе... . ql = 0,05*3,81*106/4 = 4,76*104Дж/(с*м). Тогда ql = 0,05Q1/l, где l = 4м – высота кипятильных труб, Q1 = 13,7*1... 3.16.1.

Теплоперенос при конденсации греющего пара

Теплоперенос при конденсации греющего пара. В межтрубном пространстве имеет место конденсация греющего пара, поэто... rгп = 2120 кДж/кг - теплота парообразования греющего пара при температ... Т.о А=10,8*103 Dвн=1м – внутренний диаметр стенок греющей камеры. 3.16.2.

Теплоперенос через стенку греющей камеры и слой изоляционного материала

ст, из- теплопроводность стенки греющей камеры... Теплоперенос через стенку греющей камеры и слой изоляционного материал... Dн =1,020 м– наружный диаметр стенок греющей камеры Dиз – наружный диа... . 3.16.3.

Теплоперенос от наружной поверхности изоляции в окружающую среду

. Тогда критерий Грасгофа Gr = 9,81*(1,020)3*0,0033*(40-20,3)/&#614 ... Однако для рачёта не требуется точного значения произведения Gr*Pr и д... Теплоперенос от наружной поверхности изоляции в окружающую среду. Произведение критериев Прандтля и Грасгофа Gr*Pr = 2,4*109.

Расчёт толщины изоляции

Расчёт толщины изоляции. Толщину тепловой изоляции находят из равенств... 4. Тогда  из из&a mp;... .

Механический расчёт аппаратов выпарных установок

Механический расчёт аппаратов выпарных установок. Механический расчёт выполняется для первого корпуса (корпус, представленный в графической части проекта). 4.1. Греющая камера. 4.1.1.

Расчёт толщины стенки греющей камеры

Расчётная толщина стенки равна ст ... . Таким образом, толщина стенки должна быть не менее 3мм, принимаем &... Со = 1 - прибавка на округление размера. Тогда ст&#615... D = 1000мм – диаметр греющей камеры. Тогда ст’...

Расположение труб в греющей камере

Расположение труб в греющей камере. При размещении кипятильных труб ст... Число шестиугольников для расположения труб: К = ((12n-3)½-3)... Число труб по диагоналям шестиугольника b = 2К+1=23. Диаметр ограничительной окружности Dо = Dн – 2(ст+15)&... 4.1.3.

Крепление кипятильных труб в трубной решетке

Расчёт закрепления труб в трубной решетке выпарного аппарата заключает... . Крепление кипятильных труб в трубной решетке. Наиболее распространённым способом закрепления труб в трубных решетках... 4.1.4.

Расчёт толщины трубной решетки

Расчёт толщины трубной решетки. Трубная решетка - Тип 1. Номинальная расчетная высота трубной решетки снаружи: h1= kD(p/&#6... h1= 17 мм. h = 78 мм. Сепаратор.

Высота и диаметр сепаратора

Высота и диаметр сепаратора. Сепарационное пространство в выпарном аппарате служит для предотвращен... Пусть высота сепаратора Hсеп = 3м. Выберем брызгоотделитель инерционно-центробежного типа. 4.3.

Днища и крышки

Днища и крышки . 4.3.1.

Расчёт эллиптической крышки сепаратора

р= 0,476 МПа = 4,85 ат. Dвн = 1800 мм – диаметр сепаратора. Тогда ст’&... проницаемость данного материала не более 0,1 мм/год (5, стр. 409). Подбираем эллиптическую крышку (8, стр.55): Dвн = 1800мм; h = 40мм; hв...

Подбор эллиптического днища сепаратора

Подбор эллиптического днища сепаратора.

Толщина стенки 10мм. Центральный штуцер для слива из аппарата d = 50мм. Подбираем эллиптическое днище (8, стр.55): Dвн = 1000мм; h = 25мм; hв = 250мм. 4.3.3.

Подбор конического днища сепаратора

Подбор конического днища сепаратора.

Толщина стенки 10мм. Подбираем коническое днище (8, стр.58): Dвн = 1800мм; h = 50мм; H = 1631мм. 4.3.4.

Подбор конической крышки

Подбор конической крышки.

Толщина стенки 10мм. Подбираем коническую крышку (8, стр.58): Dвн = 1000мм; h = 50мм; H = 906мм. 4.4.

Основные штуцера выпарного аппарата

Основные штуцера выпарного аппарата.

Подбор произведен по кафедральному стенду ПАХТа исходя их диаметра греющей камеры. 4.4.1. Штуцер для подачи исходного раствора.

Диаметр d1 = 80 мм. 4.4.2. Штуцер для вывода упаренного раствора.

Диаметр d2 = 80 мм. 4.4.3. Штуцер для вывода вторичного пара. Диаметр d3 = 500 мм. 4.4.4. Штуцер для ввода греющего пара. Диаметр d4 = 500 мм. 4.4.5. Штуцер для вывода конденсата греющего пара. Диаметр d5 = 65 мм. 5.

Узел подогрева исходного раствора

5.1. Стерлитамак, средне июльская температура (3, стр. . Т.о Gпар =6,06*106/2116,0 = 2774 кг/ч. 5.2.

Выбор конструкционного материала теплообменника

Выбор конструкционного материала теплообменника. Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора хлорида натрия при концентрации 10 (5, стр. 309). В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х28. Скорость коррозии её менее 1мм/год. Коэффициент теплопроводности  = 16,8 Вт/м*К (5, стр. 101). 5.5.

Ориентировочный выбор теплообменника

Ориентировочный выбор теплообменника. В качестве парожидкостных подогр... Для оценки зададимся ожидаемым значением коэффициента теплопередачи Ко... Пусть Кор = 1800Вт/м2К. Fор = 6,06*106/1800*56,8 = 59м2. Т о на один ход 0,271/6=0,045 м2 5.6.

Расчёт коэффициента теплоотдачи от поверхности трубки к раствору

Расчёт  производят по критериальным уравнениям... 61). Воспользуемся итерационным расчётом: К(ст&... Реальное значение коэффициента теплопередачи в работающем теплообменни... 5.8.

Подбор теплообменника по каталогу

Подбор теплообменника по каталогу.

Подбираем по (7, стр.51) теплообменник: • Поверхность теплообмена 79 м2; • Длина труб 4м; • Диаметр труб d = 20*2; • Число ходов z = 6; • Общее число труб 316. 6.

Блок создания и поддержания вакуума

Блок создания и поддержания вакуума.

Для создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой.

В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подаётся в конденсатор при температуре окружающей среды (г. Стерлитамак t = 200C). Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе.

Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуум- насоса откачивают неконденсирующиеся газы. 6.1.

Расчёт барометрического конденсатора смешения

Расчёт барометрического конденсатора смешения . 6.1.1.

Расход охлаждающей воды Gв

23) tбк = 38,7 0С и hбк = 2572,2 кДж/кг. Gв определяют из теплового баланса конденсатора: Gв=W3(hбк-cвtк)/cв(tk... Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора ... . 6.1.2.

Диаметр конденсатора

6.1.3. Высота барометрической трубы: Нбт=В/вg + (1+&a... 512). 6.1.4. Барометрический ящик.

Расчёт производительности вакуум-насоса

Конденсатоотводчик для отвода конденсата из теплообменника, обогревающ... .  Давление пара перед конденсатоотводчиком: Р1 = 0,95*Р = 1... 7.1.2. 188) подбираем вакуум-насос типа ВВН-3 с мощностью на валу N = 6,5 кВт.

Конденсатоотводчик для отвода конденсата из первого корпуса выпарной установки

 Расчётное количество конденсата после теплообменника: Рас...  Давление пара перед конденсатоотводчиком: Р1 = 0,95*Р = 3...  Подбор конденсатоотводчика типа 45ч12нж по (11, стр. 7): Установим 2 одинаковых конденсатоотводчика с условной пропускной с... 7.1.3.

Конденсатоотводчик для отвода конденсата из второго корпуса выпарной установки

 Расчётное количество конденсата после теплообменника: Рас...  Давление пара перед конденсатоотводчиком: Р1 = 0,95*Р = 1...  Давление пара после конденсотоотводчика: Р2 = 0,5* Р1 = 0... 7): Установим 2 одинаковых конденсатоотводчика с условной пропускной с... При KVy = 2,5 диаметр условного прохода равен 50мм; размеры L=200мм, L...

Конденсатоотводчик для отвода конденсата из третьего корпуса выпарной установки

Конденсатоотводчик для отвода конденсата из третьего корпуса выпарной ... При данном давлении устойчиво работает конденсатороотводчик поплавкрвы...  Расчётное количество конденсата после теплообменника: Рас...  Давление пара после конденсотоотводчика: Р2 = 0,5* Р1 = 0... 23) tк = 75,420С - температура конденсата (2, стр.23) т.к.