Трёхкорпусная вакуум-выпарная установка

Все листы.dwg

КубГТУ ФМА ТОиСЖ Гр. 14-МБ-ТМ1
Установка выпарная трехкорпусная Технологическая схема
Конденсатор барометрический
Условное обозначение
Наименование среды в трубопроводе
Вода оборотная (подача)
Вода оборотная (возврат)
Аппарат выпарной Вид общий
Технические требования 1. При изготовлении аппарата руководствоваться ОСТ 26 01-112-87. ГОСТ 12.2.003-91 2. Корпус аппарата и детали соприкасающиеся с упариваемым раствором изготовить из стали 12Х17 ГОСТ 5949-75
остальные детали из стали Ст3 ГОСТ 380-2005. Аппарат испытывать на прочность и плотность в горизонтальном положении пробным гидравлическим давлением 0
МПа 4. Сварные соединения контролировать рентгенопросвечиванием в объеме 100% по ОСТ 26 291-94. Сварные соединения нержавеющих сталей контролировать на стойкость против межкристаллитной коррозии по ГОСТ 6032-84. 5. Прокладки из паронита ПОН-1 ГОСТ 481-80.
Техническая характеристика 1. Аппарат предназначен для упаривания раствора NaCl с начальной концентрацией 7
% и конечной 27% 2. Производительность по исходному раствору 4
кгс. 3. Поверхность теплообмена 182 м² q*;4. Давление в сепараторе 0
2 МПа 5. Давление в греющей камере 0
МПа 6. Среда в аппарате и в трубном пространстве - водяной раствор NaCl
в межтрубном пространстве - насыщенный водяной пар и его конденсат.
Проход услов- ный Dy
Сдувка неконденсирующихся газов
Вход воды для промывки
Вход воды для промывки и опресовки межтрубн. пр-ва
Смотровое окно на крышке сепаратора
Смотровое окно на сепараторе
Слив из межтрубного пространства
Люк на греющей камере
Для указателя уровня конденсата
Циркуляционная труба
Крышка сепарационнай камеры

курсовая ПиАпп.docx

Курсовой проект 30 с. 3 табл. 3 источника.
Иллюстративная часть курсового проекта 2 листа формата А1
АППАРАТ ВЫПАРНОЙ БАРОМЕТРИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР ВАКУУМ–НАСОС ГРЕЮЩИЙ ПАР ВТОРИЧНЫЙ ПАР.
Объектом проекта является трехкорпусная вакуум-выпарная установка.
Цель работы – разработать трёхкорпусную вакуум-выпарную установку определить производительность выпарной установки.
В процессе работы проводились расчет основных параметров выпарной установки: определение концентрации раствора по корпусам; определение температур кипения по корпусам; определение температурных потерь по корпусам; определение общей полезной разности температур; распределение полезной разности температур по корпусам; определение температурного режима установки; определение расхода греющего пара; определение коэффициентов теплопередачи; определение поверхностей нагрева корпусов выпарной установки; расчет тепловой изоляции выпарного корпуса; определение толщины стенки аппарата.
Определение концентрации раствора по корпусам9
Определение температур кипения по корпусам11
Определение температурных потерь по корпусам14
Определение общей полезной разности температур17
Распределение полезной разности температур по корпусам17
Температурный режим установки19
Расход греющего пара21
Определение коэффициентов теплопередачи24
Определение поверхностей нагрева корпусов выпарной установки27
Расчет тепловой изоляции выпарного корпуса28
Список использованной литературы30
Иллюстративная часть:
ВВУ 00.00.00.00 ТС. Установка выпарная трехкорпусная. Чертеж технологической схемы на одном листе формата А2.
ВВУ 00.01.00.00 ВО. Аппарат с естественной циркуляцией соосной греющей камерой и кипением раствора в трубах. Чертеж общего вида на одном листе формата А1.
ВВУ 00.01.00.01. Фланец. Рабочий чертеж детали на одном листе формата А3.
ВВУ 00.01.00.02. Переходник угловой. Рабочий чертеж детали на одном листе формата А4.
ВВУ 00.01.00.03. Отбойник. Рабочий чертеж детали на одном листе формата А4.
Приложение А – Технологическая схема.
Приложение Б – Аппарат выпарной.
Приложение В – Фланец.
Приложение Г – Отбойник.
Приложение Д – Переходник угловой.
Разнообразные конструкции выпарных аппаратов применяемых в промышленности. Существенным признаком классификации выпарных аппаратов характеризующим интенсивность их действия следует считать вид и кратность циркуляции раствора.
Различают выпарные аппараты с неорганизованной или свободной направленной естественной и принудительной циркуляцией.
В зависимости от организации процесса различают периодически и непрерывно действующие аппараты.
Схемы многокорпусных установок различают по давлению вторичного пара в последнем корпусе. В соответствии с этим признаком установки делятся на работающие под разрежением и под избыточным давлением. Наиболее распространены выпарные установки первой группы [3 стр 355].
Многокорпусные выпарные установки различаются также по взаимному направлению движения греющего пара и выпариваемого раствора. Кроме наиболее широко распространенных установок с прямоточным движением пара и раствора применяются также противоточные выпарные установки.
Многокорпусная вакуум – выпарная установка состоит из нескольких корпусов. Исходный раствор обычно предварительно нагретый до температуры кипения поступает в первый корпус обогреваемый свежим паром. Вторичный пар из этого корпуса направляется в качестве греющего во второй корпус где вследствие пониженного давления раствор кипит при более низкой температуре чем в первой.
Ввиду более низкого давления во втором корпусе раствор упаренный в первом корпусе перемещается самотеком во второй корпус и здесь охлаждается до температуры кипения в этом корпусе. За счет выделяющегося при этом тепла образуется дополнительно некоторое количество вторичного пара.
Аналогично упаренный раствор из второго корпуса перетекает самотеком в третий корпус который обогревается вторичным паром из второго корпуса.
Вторичный пар из последнего корпуса отводится в барометрический конденсатор в котором при конденсации пара создается требуемое разрежение. Воздух и неконденсирующиеся газы попадающие в установку главным образом с охлаждающей водой . а также через неплотности трубопроводов и резко ухудшающие теплопередачу отсасываются через ловушку – брызгоулавливатель вакуум – насосом.
С помощью вакуум насоса поддерживается также устойчивый вакуум. так как остаточное давление в конденсаторе может изменяться с колебанием температуры воды поступающей в конденсатор.
Необходимым условием передачи тепла в каждом корпусе должно быть наличие некоторой полезной разности температур определяемой разностью температур греющего пара и кипящего раствора. Вместе с тем давление вторичного пара в каждом предыдущем корпусе должно быть большего давления в последующем. Эти разности давлений создаются при избыточном давлении в первом корпусе или вакууме в последнем корпусе или же при том и другом одновременно [3 стр 356].
В настоящем курсовом проекте использованы ссылки на следующие нормативные документы:
ГОСТ 11987 – 81. Аппараты выпарные трубчатые.
ГОСТ 15.588-70 Теплоизоляционные материалы.
ГОСТ 8734-75 Трубы стальные бесшовные холоднокатаные.
Определение концентрации раствора по корпусам
Производительность выпарной установки по выпариваемой воде определяется из материального баланса [1 стр 5]:
– концентрация водяного раствора
Xo – начальная концентрация;
XK – конечная концентрация.
Принимаем что производительность каждого корпуса по выпариваемой воде определяется соотношением W1:W2:W3 = 10 : 11 : 12 (такое распределение на основании практических данных).
Рассчитываем концентрации раствора по корпусам:
X3 соответствует заданной концентрации упаренного раствора XК.
Определение температур кипения по корпусам
В первом приближении общий перепад давлений в установке распределяют по корпусам поровну. Общий перепад давлений равен:
PН – давление греющего насыщенного водяного пара;
PК – давление в барометрическом конденсаторе.
Тогда давления греющих паров в корпусах равны:
Давление пара в барометрическом конденсаторе:
Это соответствует заданной величине PК.
По давлению паров находим их температуры:
Таблица 1 – Таблица значений термодинамических свойств воды и водяного пара [2стр 15]:
Общая разность температур в установке:
температуры греющего пара поступающего в первый корпус;
температуры конденсации в барометрическом конденсаторе.
Гидродинамическая депрессия вызвана потерей давления паром на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчётах Dд принимают равной 10 15 градуса на корпус. Примем Dд для каждого корпуса по 10 тогда температуры вторичных паров в корпусах будут равны [1 стр 7]:
По температурам вторичных паров определим их давления.
Таблица 2 – Таблица значений термодинамических свойств для вторичных паров.
Определение температурных потерь по корпусам
Определение гидростатической депрессии. Давление в среднем слое кипящего раствора каждого корпуса определяется по уравнению:
где Р1 Р2 Р3 - давление в среднем слое в данном корпусе МПа;
ρ1 ρ1 ρ1 - плотность кипящего раствора при концентрации и температуре в данном корпусе;
h - высота кипятильных труб в аппарате м;
- паронаполнение (объёмная доля пара в парожидкостной смеси м3м3) при пузырьковом кипении величина коэффициента паронаполнения может быть принята равной 05.
При определении плотности раствора в корпусах пренебрегаем изменением её с повышением температуры от 200С до температуры кипения в связи с малым значением коэффициента объёмного расширения и ориентировочным значением величины e.
r1 = 10643кгм3; r2 = 10958 кгм3; r3 = 1197кгм3 [1 стр 19].
По найденным значениям давлений в среднем слое определим значения температур из таблицы значений термодинамических свойств воды и водяного пара.
Гидростатическая депрессия по корпусам равна:
Физико-химическая депрессия определяется по формулам:
где - физико-химическая депрессия в корпусах выпарной установки;
- нормальная депрессия при атмосферном давлении 0С;
Суммарная гидродинамическая депрессия равна:
Суммарная гидростатическая депрессия Δг равна:
Суммарная физико-химическая депрессия Δф равна:
Суммарные температурные потери во всей установке:
Определение общей полезной разности температур
Для много корпусной выпарной установки общая полезная разность температур равна разности между температурой Т1 свежего пара греющего первый корпус и температурой Тк насыщения пара в конденсаторе за вычетом суммы температурных потерь во всех корпусах установки.
Распределение полезной разности температур по корпусам
Полезные разности температур по корпусам определяются по формулам:
где: Q1 Q2 Q3 – тепловые нагрузки корпусов определяемые по формулам:
где D1 – расход греющего пара в первом корпусе равное W1
D2 – расход греющего пара во втором корпусе равное W1
D3 – расход греющего пара в третьем корпусе равное W2
r1 r2 r3 – удельная теплота парообразования Джкг [2 стр 16]
r1=20965*103; r2=20965*103; r3=21402*103
k1 k2 k3 – коэффициенты теплопередачи в корпусах Вт(м2К) [1 стр 10].
Для растворов щелочей и солей это соотношение принимается равным: k1: k2: k3=1:07:04
Тепловые нагрузки корпусов:
Тогда для данного раствора солей NaCl величины полезной разности по корпусам будут иметь вид:
Температурный режим установки
На основе полученных данных рассчитаем температуры кипения растворов и температуры вторичных паров.
Температуры кипения растворов:
Температуры кипения вторичных паров:
Таблица 3 – Параметры растворов и паров по корпусам.
Гидравлическая депрессия
Температура греющего пара Тi
Полезная разность температур
Температура кипения раствора t
Физико-химическая депрессия
Гидростатическая депрессия
Температура вторичного пара
Расход греющего пара
Расход пара в первом корпусе определяется по формуле:
где с - теплоемкость исходного раствора поступающего в установку Дж(кгК) [2 стр 15].
коэффициенты х и у определяются по формулам:
– коэффициенты самоиспарения.
св1 св2 св3 – теплоемкость воды Дж(кгК) св1=4290; св2=4250; св3=4200 [2 стр 16].
i3=26253* 103 [2 стр 16].
Количество выпаренной воды по корпусам.
где – количество выпаренной воды по корпусам
D2 – расход греющего пара во втором корпусе
D3 – расход греющего пара в третьем корпусе
– коэффициенты испарения:
Расхождение значений суммарного количества выпаренной воды и производительности выпарной установки W= не превышает 5% поэтому в дальнейших расчётах не производим пересчёт концентраций и температур кипения растворов по корпусам.
Определение коэффициентов теплопередачи
Коэффициент теплопередачи определяется по уравнению:
где - коэффициент теплоотдачи от пара к стенке трубы ;
- коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к жидкости ;
- толщина стенки трубы можно принять 2 мм;
– толщина слоя загрязнения в трубе можно принять 10 мм;
– теплопроводность материала стенки трубы определяется в зависимости от выбранного материала для нержавеющей стали - 17 [1 стр 14];
- теплопроводность загрязнений теплопроводность котельной накипи можно принять - 2 .
Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке трубы определяется из уравнения:
где A1 – расчетный коэффициент определяемый по температуре греющего пара [1 стр 17];
q – удельный тепловой поток ;
h – высота кипятильных труб соответствует по ГОСТ 11987 – 81.
Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к кипящей жидкости определяется по уравнению:
где А2 – коэффициент зависящий от концентрации и температуры раствора.
Полезная разность температур:
По найденному значению удельного теплового потока вычисляем коэффициент теплопередачи в первом корпусе:
Коэффициенты теплопередачи для второго и третьего корпусов:
Определение поверхностей нагрева корпусов выпарной установки.
Поверхности нагрева определяются по уравнениям:
где Q1 Q2 Q3 – тепловые нагрузки корпусов выпарной установки:
Расчет тепловой изоляции выпарного корпуса
Расчет тепловой изоляции выпарного аппарата заключается в определении ее толщины. Учитывая что корпуса одинаковые определяется толщина теплоизоляции для 1-го корпуса с наиболее высокой температурой греющего пара:
Тогда толщина теплоизоляции будет равна:
где – коэффициент теплопроводности теплоизоляции
- температура наружной поверхности теплоизоляции можно принять равной 40 0С.
- коэффициент теплоотдачи от поверхности теплоизоляции к воздуху
– температура окружающего воздуха можно принять равной 20 0С.
Принимаем толщину тепловой изоляции 0044 м и для других корпусов.
В данном курсовом проекте описан процесс выпаривания раствора NaCl.
В результате проведенных расчетов был выбран по каталогу следующий выпарной аппарат:
Тип 1. Исполнение А. Аппарат с естественной циркуляцией соосной греющей камерой и кипением раствора в трубах с площадью теплообмена 200 м2 и длиной труб 3 м.
Список использованной литературы
Процессы и аппараты пищевых производств: методические указания по практическим занятиям для студентов всех форм обучения направления 15.03.02 Технологические машины и оборудование Кубан. гос. технол. ун-т; сост. О.И. Никонов. – Краснодар 2015. -33 с.
Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. Рек. Гос. службой стандартных справочных данных. ГСССД Р-776-98 – М.: Издательство МЭИ. 1999. – 168 с.; ил.
А. Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. М. «Химия» 1973. – 752 с.; ил.