• RU
  • icon На проверке: 12
Меню

Установка для выпаривания водного раствора Na2CO3

  • Добавлен: 06.05.2019
  • Размер: 639 KB
  • Закачек: 0
Узнать, как скачать этот материал

Описание

Установка для випаривания водного раствора Na2CO3 .Технологическая схема

Состав проекта

icon
icon выпарка 3120.xmcd
icon выпарка 3120.dwg
icon выпарка 3120.DOC
icon 3120-аппарат.pdf
icon выпарка 3120-техн.схема.pdf

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon выпарка 3120.dwg

Техническая характеристика
а) межтрубное пространство - вода
б) трубное пространство - водный раствор соды
а) трубное пространство - 0
б) межтрубное пространство - 0
Поверхность теплообмена - 11
Технические требования
Аппарат подлежит действию "Правил Госгортехнадзора РФ
При изготовлении испытании и поставке аппарата должны
а) ГОСТ 12.2.003-74 "Оборудование производственное.
б) ОСТ 26-291-79 "Сосуды и аппараты стальные сварные.
Материал деталей аппарата Ст3сп5 ГОСТ 380-90
выполняться требования:
Общие требования безопасности";
Технические требования".
Выход исходной смеси
Наименование и марка материала
Крышка эллиптическая
Условное обозначение
Наименование среды в трубопроводе
Вода оборотная (подача)
Вода оборотная (возврат)
Подогреватель исходного раствора
Холодильник упаренного раствора
Барометрический конденсатор
Установка для выпаривания водного раствора Na2CO3 Технологическая схема
Подогреватель исходной смеси

icon выпарка 3120.DOC

Процессы и аппараты Курс
химических производств Группа
Выпаривание раствора Nа2СО3
(Пояснительная записка)
ЗАДАНИЕ ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ7
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА8
РАСЧЕТ ВЫПАРНОГО АППАРАТА9
1.Материальный баланс выпаривания9
2.Тепловой баланс выпаривания10
3.Расчет поверхности испарителя и выбор аппарата11
РАСЧЕТ ПОДОГРЕВАТЕЛЯ ИСХОДНОЙ СМЕСИ15
РАСЧЕТ ХОЛОДИЛЬНИКА УПАРЕННОГО РАСТВОРА22
РАСЧЕТ БАРОМЕТРИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА23
РАСЧЕТ ВАКУУМ-НАСОСА25
Список использованных источников28
В химической и смежной с ней отраслях промышленности жидкие смеси концентрирование которых осуществляется выпариванием отличаются большим разнообразием как физических параметров (вязкость плотность температура кипения и др.) так и других характеристик (кристаллизующиеся пенящиеся нетермостойкие растворы и др.). Свойства смесей определяют основные требования к условиям проведения процесса (вакуум-выпаривание прямо- и противоточные одно- и многокорпусные выпарные установки) а также к конструкции выпарных аппаратов.
При выпаривании обычно осуществляется частичное удаление растворителя из всего объема раствора при его температуре кипения. Поэтому выпаривание принципиально отличается от испарения которое как известно происходит с поверхности раствора при любых температурах ниже температуры кипения. В ряде случаев выпаренный раствор подвергают последующей кристаллизации в выпарных аппаратах специально приспособленных для этих целей.
Получение высококонцентрированных растворов практически сухих и кристаллических продуктов облегчает и удешевляет их перевозку и хранение.
Тепло для выпаривания можно подводить любыми теплоносителями применяемыми при нагревании. Однако в подавляющем большинстве случаев в качестве греющего агента при выпаривании используют водяной пар который называют греющим или первичным. Первичным служит либо пар получаемый из парогенератора либо отработанный пар или пар промежуточного отбора паровых турбин. Пар образующийся при выпаривании кипящего раствора называется вторичным.
Тёпло необходимое для выпаривания раствора обычно подводится через стенку отделяющую теплоноситель от раствора. В некоторых производствах концентрирование растворов осуществляют при непосредственном соприкосновении выпариваемого раствора с топочными газами или другими газообразными теплоносителями.
Процессы выпаривания проводят под вакуумом при повышенном и атмосферном давлениях. Выбор давления связан со свойствами выпариваемого раствора и возможностью использования тепла вторичного пара.
Процессы выпаривания проводят под вакуумом при повышенном и атмосферном давлениях. Выбор давления связан со свойствами выпариваемого раствора и возможностью использования тепла вторичного пара.
При выпаривании под вакуумом становится возможным проводить процесс при более низких температурах что важно в случае концентрирования растворов веществ склонных к разложению при повышенных температурах.
Примёнение вакуума дает возможность использовать в качестве греющего агента кроме первичного пара вторичный пар самой выпарной установки что снижает расход первичного греющего пара. Вместе с тем при применении вакуума удорожается выпарная установка поскольку требуются дополнительные затраты на устройства для создания вакуума (конденсаторы ловушки вакуум-насосы) а также увеличиваются эксплуатационные расходы.
При выпаривании под давлением выше атмосферного также можно использовать вторичный пар как для выпаривания так и для других нужд не связанных с процессом выпаривания.
Вторичный пар отбираемый на сторону называют экстрапаром. Отбор экстрапара при выпаривании под избыточным давлением позволяет лучше использовать тепло чем при выпаривании под вакуумом. Однако выпаривание под избыточным давлением сопряжено с повышением температуры кипения раствора. Поэтому данный способ применяется лишь для выпаривания термически стойких веществ. Кроме того для выпаривания под давлением необходимы греющие агенты с более высокой температурой.
При выпаривании под атмосферным давлением вторичный пар не используется и обычно удаляется в атмосферу. Такой способ выпаривания является наиболее простым но наименее экономичным.
Экономия первичного пара (и соответственно топлива) может быть достигнута также в однокорпусных выпарных установках с тепловым насосом. В таких установках вторичный пар на выходе из аппарата сжимается с помощью теплового насоса (например термокомпрессора) до давления соответствующего температуре первичного пара после чего он вновь возвращается в аппарат для выпаривания раствора.
В химической промышленности применяются в основном непрерывно действующие выпарные установки. Лишь в производствах малого масштаба а также при выпаривании растворов до высоких конечных концентраций иногда используют выпарные аппараты периодического действия.
Конструкция выпарного аппарата должна удовлетворять ряду общих требований к числу которых относятся: высокая производительность и интенсивность теплопередачи при возможно меньших объеме аппарата и расходе металла на его изготовление простота устройства надежность в эксплуатации легкость очистки поверхности теплообмена удобство осмотра ремонта и замены отдельных частей.
Вместе с тем выбор конструкции и материала выпарного аппарата определяется в каждом конкретном случае физико-химическими свойствами выпариваемого раствора (вязкость температурная депрессия кристаллизуемость термическая стойкость химическая агрессивность и др.).
Как указывалось высокие коэффициенты теплопередачи и большие производительности достигаются путем увеличения скорости циркуляции раствора. Однако одновременно возрастает расход энергии на выпаривание и уменьшается полезная разность температур так как при постоянной температуре греющего пара с возрастанием гидравлического сопротивления увеличивается температура кипения раствора. Противоречивое влияние этих факторов должно учитываться при технико-экономическом сравнении аппаратов и выборе оптимальной конструкции.
Для выпаривания растворов небольшой вязкости без образования кристаллов чаще всего используются вертикальные выпарные аппараты с многократной естественной циркуляцией. Из них наиболее эффективны аппараты с выносной нагревательной камерой и с выносными необогреваемыми циркуляционными трубами.
Выпаривание некристаллизующихся растворов большой вязкости производят в аппаратах с принудительной циркуляцией реже в прямоточных аппаратах с падающей пленкой или в роторных прямоточных аппаратах.
В роторных прямоточных аппаратах обеспечиваются благоприятные условия для выпаривания растворов чувствительных к повышенным температурам.
Аппараты с принудительной циркуляцией широко применяются также для выпаривания кристаллизующихся или вязких растворов. Подобные растворы могут эффективно выпариваться и в аппаратах с вынесенной зоной кипения работающих при естественной циркуляции. Эти аппараты при выпаривании кристаллизующихся растворов могут конкурировать с выпарными аппаратами с принудительной циркуляцией.
Для сильно пенящихся растворов рекомендуются прямоточные аппараты с поднимающейся пленкой.
ЗАДАНИЕ ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ
Тема: выпаривание раствора Na2CO3.
Перечень инженерных расчетов:
Расчет и выбор по каталогу выпарного аппарата барометрического конденсатора с барометрической трубой вакуум-насоса.
Подробный тепловой расчет в нескольких вариантах и выбор по каталогу холодильника.
Ориентировочный расчет и выбор по каталогу подогревателя
Перечень работ выполняемых на ЭВМ:
Состав и объем графической части:
Технологическая схема установки
Чертеж общего вида холодильника
Производительность по исходному раствору - 29 тч
Начальная концентрация раствора (массовая)-500%
Конечная концентрация раствора (массовая)-1700%
Давление греющего пара (избыточное)-004 МПа
Температура раствора-17°С
Температура воды-13°С
Температура упаренного раствора после охлаждения-40°С
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА
Схема выпарной установки исполнена в виде чертежа формата А2 (см. граф. часть проекта).
Исходный раствор подается насосом Н-1 в подогреватель Т-1 где за счет тепла греющего пара нагревается и поступает в выпарной аппарат АВ в котором упаривается до концентрации 18% (масс.) и поступает в холодильник где охлаждается водой до температуры 35°С и собирается в сборник упаренного раствора Е-1. В качестве греющего агента в выпарном аппарате используется греющий пар. Вторичный пар конденсируется в барометрическом конденсаторе БК вакуум в котором создается при помощи вакуум-насоса ВН.
РАСЧЕТ ВЫПАРНОГО АППАРАТА
1.Материальный баланс выпаривания
1.1. Массовый расход исходного раствора
1.2. Массовый расход конечного раствора
1.3. Массовый расход выпариваемой воды
1.4. Массовый расход упаренного раствора
2.Тепловой баланс выпаривания
Физические свойства расвора КСl
2.1. Давление в паровой камере аппарата
2.2. Температура в паровой камере
2.3. Температурная депрессия
2.4. Температура на выходе из аппарата
2.5. Плотность раствора конечной концентрации
2.6. Плотность воды при температуре кипения раствора
2.7. Примем рабочую поверхность труб в аппарате
2.8. Оптимальная высота уровня раствора при естественной циркуляции
2.9. Давление в трубах аппарата
2.10. Температура кипения раствора в трубках
2.11. Депрессия от гидростатического эффекта
2.12. Гидравлическая депрессия
2.13. Теплоемкость начального раствора
2.14. Теплоемкость конечного раствора
2.15. Температура при входе в аппарат
2.16. Расход теплоты на нагревание раствора (теплота самоиспарения)
2.17. Удельная энтальпия вторичного пара на выходе из аппарата при
2.18. Теплоемкость при
2.19. Расход теплоты на испарение
2.20. Расход теплоты на потери в окружающую среду
2.21. Расход теплоты на выпаривание
2.22. Сумма температурных потерь
3Расчет поверхности испарителя и выбор аппарата
3.1. Примем температуру греющего пара
3.2. Теплота конденсации греющего пара
3.3. При влажности 5% расход греющего пара
3.4. Ориентировочно примем коэффициент передачи от конденсирующегося пара ккипящему раствору равным:
3.5. Общая разность температур
3.6. Полезная разность температур
3.7. Требуемая поверхность теплообмена
3.8. Выбираем аппарат с поверхностью теплообмена на 15-20% больше
3.9. значение вспомогательного коэффициента для расчета коэффициента теплоотдачи от пара конденсирующегося на вертикальной поверхности пучка труб к стенке
3.10. Примем в первом приближении температуру наружной поверхности труб равной
3.11. Коэффициент теплоотдачи в первом приближении
3.12. Плотность раствора в трубах при средней температуре
3.13. Вязкость раствора в трубах при средней температуре
3.14. Теплопроводность раствора в трубах при средней температуре
3.15. Плотность пара при
3.16. Коэффициент поверхностного натяжения
3.17. Значение вспомогательной функции
3.18. Примем в первом приближении температуру внутренней поверхности труб равной
3.19. Коэффициент теплоотдачи в первом приближении
3.20. Коэффициент теплопроводности материала труб
3.21. ТОлщина стенки трубы
3.22. Термическое сопротивление стенки трубы и загрязнений
3.23. Определение температуры наружной стенки трубы
3.24. Коэффициент теплопередачи
3.25. Требуемая поверхность теплообмена
3.26. Выбираем по каталогу по требуемой поверхности нагрева выпарной аппарат типа 1 исполнение 2 ГОСТ 11987-81 с длиной труб 3 м поверхностью 250 м2 диаметром 1400-3200 мм вес не более 15000 кг
РАСЧЕТ ПОДОГРЕВАТЕЛЯ ИСХОДНОЙ СМЕСИ
1. Температура раствора на входе в подогреватель
2. Температура раствора на выходе из подогревателя
3. Температура вторичного пара на входе в подогреватель
4. Средняя температура раствора
5. Средняя разность температур
6. Теплоемкость раствора при средней температуре
7. Теплота подводимая к раствору
8. Теплота конденсации вторичного пара
9. требуемое количество вторичного пара
10. Коэффициент теплопередачи при нагревании раствора в трубах при конденсации пара в межтрубном пространстве
11. Требуемая поверхнгость теплообмена
12. Вариант 1. Выбираем теплообменник с поверхностью 110 кв.м. диаметр кожуха 325 мм тубы 20х2 мм длина труб 2 м двухходовой число труб 90
Площадь прохода по трубам
Площадь прохода в межтрубном пространстве
13.Коэффициент теплопередачи определяется по формуле:
14. Коэффициент теплопроводности материала труб
15. Термическое сопротивление стенки трубы и загрязнений
16. Плотность раствора в трубах при средней температуре
17. Вязкость раствора в трубах при средней температуре
18. Теплопроводность раствора в трубах при средней температуре
19. Коэффициент объемного расширения раствора при температурах близких к средним
20. Скорость жидкости в трубах
21. Критерий Рейнольдса
22. Критерий Прандтля
23. Критерий Грасгофа. Примем разность температур стенки и раствора
25. При полученных значениях критериев
рекомендуется применять следующую зависимость для определения критерия Нуссельта
26. Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к раствору
28. Плотность воды при средней температуре пленки конденсата
29. Вязкость воды при средней температуре пленки конденсата
30. Теплопроводность воды при средней температуре конденсата
31. Поправочная функция
32. Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке трубы
33. Определение температуры внутренней стенки трубы
34. Коэффициент теплопередачи
35. Требуемая поверхность теплообмена
то есть имеем запас поверхности
36. Вариант 2. Выбираем теплообменник с поверхностью 115кв.м. диаметр кожуха 273 мм тубы 20х2 мм длина труб 3 м одноходовой число труб 61
37.Коэффициент теплопередачи определяется по формуле:
38. Коэффициент теплопроводности материала труб
39. Термическое сопротивление стенки трубы и загрязнений
40. Плотность раствора в трубах при средней температуре
41. Вязкость раствора в трубах при средней температуре
42. Теплопроводность раствора в трубах при средней температуре
43. Коэффициент объемного расширения раствора при температурах близких к средним
44. Скорость жидкости в трубах
45. Критерий Рейнольдса
46. Критерий Прандтля
47. Критерий Грасгофа. Примем разность температур стенки и раствора
49. При полученных значениях критериев
50. Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к раствору
52. Плотность воды при средней температуре пленки конденсата
53. Вязкость воды при средней температуре пленки конденсата
54. Теплопроводность воды при средней температуре конденсата
55. Поправочная функция
56. Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке трубы
57. Определение температуры внутренней стенки трубы
58. Коэффициент теплопередачи
59. Требуемая поверхность теплообмена
РАСЧЕТ ХОЛОДИЛЬНИКА УПАРЕННОГО РАСТВОРА
1. Температура воды на входе в холодильник
2. Температура воды на выходе из холодильника
3. Температура упаренного раствора на входе в холодильник
4. Температура упаренного раствора на выходе из холодильника
5. Теплоемкость воды при начальной температуре
6. Теплоемкость воды при конечной температуте
7. Теплоемкость упаренного раствора при начальной температуре
8. Теплоемкость упаренного раствора при конечной температуре
9. Теплота отводимая от упаренного раствора
10. Средняя разность температур
11. Коэффициент теплопередачи при нагревании воды в трубах при охлаждении раствора в межтрубном пространстве
12. Требуемая поверхность теплообмена
13. Выбираем холодильник типа К по ГОСТ 15122-79 горизонтальный с линзовым компенсатором с поверхностью 90 кв.м диаметр кожуха 273 мм трубы 25х2 мм длина труб 3 м одноходовой
РАСЧЕТ БАРОМЕТРИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА
1. Температура конденсации пара
2. Температура охлаждающей воды на входе в конденсатор
3. Температура охлаждающей воды на выходе из конденсатора
4. Теплоемкость охлаждающей воды
5. Расход охлаждающей воды
8. Диаметр конденсатора смешения
9. Скорость пара в паропроводе от выпарного аппарата к конденсатору
10. Примем длину паропровода
11. Сумма коэффициентов местных сопротивлений: вход в трубу - 0.5 три поворота 3х0.2=0.6 выход из трубы - 1.0
12. Коэффициент гидравлического трения
13. Потери давления в паропроводе
14. Давление в конденсаторе смешения
15. Диаметр барометрической трубы
16. Скорость воды в барометрической трубе
17. Критерий Рейнольдса
18. Коэффициент местных сопртивлений: вход в трубу - 0.5 выход из трубы - 1.0
19. Коэффициент гидравлического трения
20 Высота барометрической трубы
21. Потери давления в трубе
22. Давление на выходе из трубы
РАСЧЕТ ВАКУУМ-НАСОСА
1. Количество воздуха удаляемого из конденсатора
2. Температура воздуха
3. Молярная масса воздуха
4. Давление насыщенного пара при
6. Производительность насоса
7. Принимаем вакуум-насос ВВН-3: призводительность 3 куб.ммин
В курсовом проекте на основании технического задания на проектирование произведен технологический расчет установки для упаривания раствора Nа2СО3
- произведен расчет выпарного аппарата в результате выбран: выпарной аппарат с естественной циркуляцией с выносной греющей камерой (тип1 исполнение2) ГОСТ 11987-81: длина труб 3 м поверхностью 250 м2 диаметр 1400 мм масса не более 150 т.
- проведен подробный расчет подогревателя исходного раствора в результате которого выбран стандартный кожухо-трубчатый теплообменник
3 ТКВ-1-10-М120Г-2 ГОСТ 15122-79 с поверхностью 115 м2 диаметр кожуха - 273 мм трубы – 20×2мм длина – 3 м одноходовой число труб – 61;
- Графическая часть проекта включает в себя чертеж технологической схемы установки на формате А2 и чертеж общего вида подогревателя исходного раствора на формате А1.
Список использованных источников
Павлов К.Ф. Романков П.Г. Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов Под ред.чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова. -10-е изд. перераб. и доп. – Л.: Химия 1987. – 576 с. ил.
Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию Под ред. Ю.И.Дытнерского 2-е изд. перераб. и дополн. - М.: «Химия» 1991. – 496с.
Яблонский П.А. Озерова Н.В. Проектирование тепло- и массообменной аппаратуры химической промышленности: Учебное пособие II-е изд. перераб. и доп. С-Пб. Технолог. ин-т. СПб. 1993. – 92 с. – JSBN 5-230-096II-X
Плановский А.Н. Рамм В.М. Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. изд-е пятое стереотипное – М.: Химия 1987. – 576 с. ил.
up Наверх