Фгбоу впо сибирский государственный технологический университет

• Название: Фгбоу впо сибирский государственный технологический университет
• Дата: 18.06.2021
• Размер: 437.5 Kb.
• Имя файла: kursovoy_pakht_Yana.doc
• Тип: Реферат; #218841
• страница: 1 из 5

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет переработки природных соединений

Кафедра промышленной экологии, процессов и аппаратов

химических производств

Проект выпарной установки для выпарки раствора КCI
Пояснительная записка

(ПЭ,ПАХП.00.00.00.105.ПЗ)

Руководитель:

__________________ Левин Б. Д.

^{(подпись)}

_____________________________

^{(оценка, дата)}

Разработал:

Студент группы 53-3
__________________ Куртеева Я. Я.

^{(подпись)}

_____________________________

^(дата)

Красноярск 2015

Р еферат
В данной работе приведены результаты разработки выпарной установки для выпарки раствора КCI. Аппараты с соосной греющей камерой и естественной циркуляцией раствора. При размещении нагревательной камеры вне корпуса аппарата имеется возможность повысить интенсивность выпаривания не только за счет увеличения разности плотностей жидкости и парожидкостной смеси в циркуляционном контуре, но и за счет увеличения длины кипятильных труб.

Курсовой проект содержит расчетно-пояснительную записку из 36 страниц текста, 7 таблиц, 2 рисунков, 3 литературных источников и графическую часть из двух листов форматом А1.

С одержание

Факультет переработки природных соединений 2

Проект выпарной установки для выпарки раствора КCI 2

Пояснительная записка 2

Реферат 3

Введение 7

Подставив значения приведенные в задании, в формулу (2), получим 9

W = 8,4^.(1 – 9/21,5) = 4,83 кг/с. 9

2.1 Расчет концентраций упариваемого раствора по корпусам 9

Тогда количество выпаренной воды находим по формуле 9

Концентрация растворов в корпусах определяется по формуле 10

Что соответствует заданию. 10

2.2 Определение температур кипения раствора по корпусам 10

2.2.1 Распределений давлений по корпусам установки 10

Общий перепад давлений,  Р_общ, ат, в установке находим по формуле 10

Подставив значения в формулу (8), получим 11

Тогда абсолютные давления греющих паров по корпусам будут равны 11

Что соответствует заданию. 11

Таблица 1 – Исходные данные для определения температуры кипения 11

2.2.2 Определение гидродинамической депрессии 11

Таблица 2 – Температуры вторичных паров 12

2.2.3 Определение гидростатической депрессии 12

Е – паронаполнение (объемная доля пара в кипящем растворе), м³/м³, при 12

F_ор. = = 313,37 м2^. 13

Таблица 3 - Исходные данные для определения гидростатической депрессии 13

Определяем гидростатическую депрессию, ``_I, ⁰С, по корпусам 13

Подставив значения в формулу (15), получим 14

Сумма гидростатических депрессий,  ``, ⁰С, находим по формуле 14

2.2.4 Определение температурной депрессии 14

Подставив значения в формулу (17) получим 14

Сумма температурных депрессий,  `, ⁰С, находим по формуле 14

2.2.5 Определение полезной разности температур 15

Подставив значения в формулу (21), получим 15

2.3 Определение тепловых нагрузок по корпусам 15

Решение системы уравнений дает следующие результаты 16

Тепловые нагрузки по корпусам 16

Результаты расчета приведены в таблице 4 16

Таблица 4 – Параметры растворов и паров по корпусам 16

2.4 Выбор конструкционного материала 16

2.5 Определение коэффициентов теплопередачи 17

Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение 18

Отсюда 18

Таблица 5 – Физические свойства кипящих растворов КОН и их паров. 18

Подставляем значения в формулу (30), получаем 19

Как видим, q₁ ≠ q₂. 19

Для второго приближения примем t₁ = 3,0 град. 19

Получим 19

Затем определяем ₂ 19

Очевидно, что q₁ ≠ q₂. 19

Рисунок 2 – зависимостьq от t₁ 20

Подставим значение t₁ =1,75 ⁰С в соотношение и определим _{1 20}

Затем определяем ₂, Вт/(м^2.К) 20

По формуле (27), находим К_{1 20}

К₁ = = 1704 Вт/(м2^.К). 20

Подставив значения в формулу (28), получаем 21

Получим t 21

Затем определяем ₂ 21

Как видим, q₁ = q₂. 21

По формуле (27) находим К_{2 21}

К₂ = = 1682 Вт/(м2^.К). 21

2.6 Распределение полезной разности температур 21

F₁ = = 114,98 м2^; 22

F₂ = = 115,03 м2^. 22

2.7 Определение толщины тепловой изоляции 23

Принимаем толщину тепловой изоляции 0,045 м и для другого корпуса. 24

3 Расчет барометрического конденсатора 25

3.1 Расход охлаждающей воды 25

G_в = = 11,94 ^кг/ч. 25

3.2 Диаметр конденсатора 25

3.3 Высота барометрической трубы 26

Для гладких труб при Re = 160370 коэффициент трения  = 0,012. 27

Н_бт = 27

Отсюда находим Н_бт = 7,56 м. 27

4 Расчет производительности вакуум-насоса 28

G_возд = 2,5^.10^-5(1,017+11,94)+0,01 = 3,24^.10^-3 кг/с. 28

Р_возд = 2,94 ^.10⁴ – 0,392 ^.10⁴ = 2,56 ^.10⁴ Па. 28

V_возд = = 0,0109 м3^/с = 1,81 м3^/мин. 29

5 Расчет диаметра штуцеров 30

По ГОСТу принимаем стандартный штуцер диаметром 57 ^х 2,5 мм. 30

Аналогично находим диаметры штуцеров по формулам (43), (44). 30

V₂ = =0,895 м3^/с; 30

По ГОСТу принимаем стандартный штуцер диаметром 194 ^х 6 мм. 30

V₃==0,0011 м3^/с; 31

По ГОСТу принимаем стандартный штуцер диаметром 38 ^х 2 мм. 31

По ГОСТу принимаем стандартный штуцер диаметром 48 ^х 3 мм. 31

По ГОСТу принимаем стандартный штуцер диаметром 245 ^х 7 мм. 31

6 Расчет кожухотрубчатого подогревателя 32

Q = 7,85 ^.3854,8 ^.(115,05-20) = 2876230,1 Вт. 32

Pr = = 1,93. 33

Nu = 0,021 ^. 72870^0,8.1,93^0,43.1=216,8. 33

К = = 996 Вт/м2^.К. 34

F_р = = 12,91 м2^. 34

Заключение 35

Список использованных источников 36

Введение




Выпариванием называют процесс концентрирования жидких растворов практически нелетучих веществ путем частичного удаления растворителя испарением при кипении жидкости.

В химической промышленности выпариванию подвергают растворы твердых веществ (главным образом растворы щелочей, солей и др.), а также растворы высококипящих жидкостей. Иногда выпаривание применяют для выделения растворителя в чистом виде: при опреснении морской воды выпариванием образующийся из нее водяной пар конденсируют и полученную воду используют для питьевых и технических целей.

Концентрированные растворы и твердые вещества, получаемые в результате выпаривания, легче и дешевле перерабатывать, хранить и транспортировать.

Тепло для выпаривания можно подводить любыми теплоносителями, применяемыми при нагревании. Однако, в большинстве случаев в качестве греющего агента используют водяной пар, который называют греющим или первичным. Пар, образующийся при выпаривании кипящего раствора, называется соковым или вторичным.

Тепло, необходимое для процесса, обычно подводится через стенку, отделяющую теплоноситель от раствора.

Выпаривание проводят под вакуумом, при повышенном и атмосферном давлении. Выбор давления связан со свойствами выпариваемого раствора и возможностью использования тепла вторичного пара.

Выпаривание можно проводить в одну или несколько ступеней, количество которых определяется требованиями конечного продукта.

В химической промышленности применяются в основном непрерывно действующие многокорпусные выпарные установки.

1 Описание технологической схемы
Исходный разбавленный раствор из промежуточной емкости (Е1) центробежным насосом (Н1) подается в теплообменник (Т), где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения. Затем раствор поступает в первый корпус (АВ1) выпарной установки. Предварительный подогрев раствора повышает интенсивность кипения в выпарном аппарате.

Первый корпус обогревается свежим водяным паром. Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус (АВ2). Сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из первого корпуса.

Самопроизвольный перетек раствора и вторичного пара в следующие корпуса возможен благодаря общему перепаду давлений, возникающих в результате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса в барометрическом конденсаторе смешения (КБ), где заданное давление поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующихся газов вакуум-насосом (НВ).

Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи барометрической трубы с гидрозатвором (ВР1).

Образующийся во втором корпусе концентрированный раствор поступает в промежуточную емкость упаренного раствора (Е2).

Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов и теплообменника выводится с помощью конденсатоотводчиков (КО1).

Принципиальная схема двухкорпусной выпарной установки показана на листе формата А1.


2 Определение поверхности теплопередачи выпарного аппарата

Поверхность теплопередачи, F, м², каждого корпуса выпарной установки определяют по основному уравнению теплопередачи

F= , (1)
где Q – тепловая нагрузка, кВт;

К – коэффициент теплопередачи, Вт/м^2.К;

Δt – полезная разность температур, ^оС.
Для определение тепловых нагрузок Q, коэффициента теплопередачи К, и полезных разностей температур Δt, необходимо знать распределение упариваемой воды, концентраций растворов и их температуры кипения по корпусам. Эти величины находят методом последовательных приближений.
Первое приближение
Производительность установки по выпариваемой воде, W, кг/с, определяется из уравнения материального баланса
W = G_н^.(1 – ) , (2)
где х_н – начальная концентрация, %;

х_к – конечная концентрация, %;

G_н – производительность, кг/с.
Подставив значения приведенные в задании, в формулу (2), получим
W = 8,4^.(1 – 9/21,5) = 4,83 кг/с.

2.1 Расчет концентраций упариваемого раствора по корпусам
Распределение концентраций раствора по корпусам установки зависит от соотношения нагрузок по выпариваемой воде в каждом корпусе. На основании практических данных производительность по выпариваемой воде распределяется между корпусами в соответствии с соотношением
w₁ : w₂ = 1,0 : 1,1 (3)
Тогда количество выпаренной воды находим по формуле
В 1 – м корпусе w₁ = , (4)
w₁ = = 2,3 кг/с.
Во 2 – м корпусе w₂ = , (5)
w₂ = = 2,53 кг/с.
Концентрация растворов в корпусах определяется по формуле
В 1–м корпусе х₁= , (6)
х₁= .

Во 2–м корпусе

х₂= , (7)
х₂= .
Что соответствует заданию.
2.2 Определение температур кипения раствора по корпусам
2.2.1 Распределений давлений по корпусам установки
Общий перепад давлений,  Р_общ, ат, в установке находим по формуле
 Р_общ= Р_г.п. – Р_б.к , (8)
где Р_г.п – давление пара в первом корпусе, ат;

Р_б.к – давление в барометрическом конденсаторе, который мы можем найти

как разницу между атмосферным давлением при нормальных

условиях и вакуумом в соковом пространстве последнего

корпуса, ат.
Р_б.к= , (9)

где – атмосферное давление, ат;

– вакуум в барометрическом конденсаторе, ат.
Р_б.к= ,
Подставив значения в формулу (8), получим
 Р_общ = 2,75-0,16 = 2,59 ат.

Тогда абсолютные давления греющих паров по корпусам будут равны
Р_{г п 1}=2,75 ат;
Р_{г п 2} = 2,75-2,59/2 = 1,455 ат;
Давление пара в барометрическом конденсаторе
Р_{б к} = 1,455-2,59/2 = 0,16 ат.
Что соответствует заданию.
По давлениям паров находим их температуры и энтальпии, по таблице LVII, [1], результаты приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Исходные данные для определения температуры кипения

вторичных паров

Давление, ат	Температура, 0С	Удельная энтальпия пара, кДж/кг
Рг п 1=2,75	tг п 1=129,6	iг п 1=2725
Рг п 2= 1,455	tг п 2=108,92	iг п 2=2693,55
Рб к = 0,16	tб к =54,82	iб к =2598,2

2.2.2 Определение гидродинамической депрессии
На основании практических рекомендаций принимаем гидродинамическую депрессию для каждого корпуса ```=1 град, тогда температуры вторичных паров, t<sub>в. п.</sub>, <sup>0</sup>С, давления и теплоты парообразования их в корпусах будут равны
t<sub>в п1</sub>= t<sub>г п2</sub> + ```₁, (10)

t_{в п1}= 108,92+1,0=109,92 ⁰С.



t_{в п2}= t_бк + ```₂, (11)
t_{в п2}=54,82+1,0=55,82⁰С.
По температурам вторичных паров находим их давления. Результаты приведены в таблице 2.
Таблица 2 – Температуры вторичных паров

Температура tв п , 0С	Давление рв п , ат
tв п1= 109,92	Рв п1= 1,457
tв п2=55,82	Рв п2= 0,167

Сумма гидродинамических депрессий,  ```, град, определяется по формуле
 ``` =```<sub>1</sub>+```₂, (12)
 ``` = 1+1 = 2 град.
2.2.3 Определение гидростатической депрессии
Гидростатическая депрессия обусловлена разностью давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности. Давление в среднем слое кипящего раствора р_ср., МПа, каждого корпуса определяется по уравнению
р_срi = , (13)
где р_{в п i} – давление вторичных паров, МПа, таблица 2;

Н – высота кипятильных труб в аппарате, м;

ρ_i - плотность кипящего раствора, при начальной и конечной концентрации, ρ₁ = 1045; ρ₂ = 1188 кг/м³, с. 186 [2].

Е – паронаполнение (объемная доля пара в кипящем растворе), м³/м³, при

пузырьковом (ядерном) режиме кипения составляет 0,4-0,6, принимаем значение 0,5.
Для выбора высоты трубы Н, мм, необходимо ориентировочно определить площадь поверхности теплопередачи выпарного аппарата F_ор, м², выбрать параметры аппарата по ГОСТ 11987–81.

Площадь поверхности теплопередачи ориентировочно, F_ор, м², определяется по формуле

F_ор. = = , (14)
где r₁ – теплота парообразования вторичного пара, Дж/кг , табл. LVII, [1];

q – удельная тепловая нагрузка аппарата, Вт/м².
Принимаем для аппаратов с естественной циркуляцией q = 20000 Вт/м², [2]. Тогда поверхность теплопередачи 1-ого корпуса (ориентировочно)
F_ор. = = 313,37 м².
Принимаем по ГОСТ 11987-81 выпарной аппарат с естественной циркуляцией и сосной греющей камерой с площадью поверхности теплопередачи F =315 м² , высотой кипятильных труб 2 м, диаметром труб 38×2 мм, [2].
Таким образом, давление в среднем слое кипятильных труб корпусов, найдем по формуле (13)
р_ср1 = 1,457^.10⁴+2^.1045^.9,8^. = 1,969^.10⁴ Па=2,07 ат;
р_ср2 = 0,167^.10⁴+2^.1188^.9,8^. = 0,749^.10⁴ Па= 0,763 ат.
Полученным давлениям соответствуют следующие температуры кипения, результаты приведены в таблице 3.
Таблица 3 - Исходные данные для определения гидростатической депрессии

Давление рср, ат	Температура tср , 0С	Теплота парообразования rв п , кДж/кг
рср1 = 2,07	tср1 = 119,6	rв п1 = 2208
Рср2 = 0,763	tср2 = 90,2	rв п2 = 2281

Определяем гидростатическую депрессию, ``<sub>I</sub>, <sup>0</sup>С, по корпусам
``_i = t_{ср i} - t_{в п i}, (15)
Подставив значения в формулу (15), получим
``<sub>1</sub> = 119,6 -109,92= 9,68 <sup>0</sup>С;
``₂ = 90,2-55,82 = 34,38 ⁰С.

Сумма гидростатических депрессий,  ``, <sup>0</sup>С, находим по формуле
 `` =``<sub>1</sub> + ``₂, (16)
 `` =9,68+34,38 = 44,06 ⁰С.