Курсовая выпарка. Пояснительная записка к курсовому проекту Проектирование однокорпусной выпарной установки непрерывного действия для выпаривания раствора нитрата натрия

• Название: Пояснительная записка к курсовому проекту Проектирование однокорпусной выпарной установки непрерывного действия для выпаривания раствора нитрата натрия
• Анкор: Курсовая выпарка
• Дата: 01.12.2019
• Размер: 440.52 Kb.
• Имя файла: Vyparka_rastvora_NaNO3.docx
• Тип: Пояснительная записка; #97977
• страница: 1 из 22

Министерство здравоохранения и социального развития Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Санкт-Петербургская государственная химико-фармацевтическая академия

Кафедра ПАХТ

РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

«Проектирование однокорпусной выпарной установки непрерывного действия для выпаривания раствора нитрата натрия»

Исполнитель:

Студентка 570 группы

Тарасова Ксения Игоревна

Руководитель:

Рубцова Лариса Николаевна

Санкт-Петербург

2017

Задание

Вариант № 315
Рассчитать и спроектировать однокорпусную выпарную установку непрерывного действия. Тип аппарата по выбору.
Производительность установки по разбавленному раствору NaNO₃ – 11 т/сут.

Начальная концентрация – 9%, конечная концентрация – 32%.

Начальная температура раствора 19 °С

Температура охлаждающей воды 25 °С

Температура отработанной воды 31 °С
Оглавление

1. 
   Введение
   

Выпариванием называется концентрирование растворов практически нелетучих или малолетучих веществ в жидких летучих растворителях.
Выпариванию подвергаются растворы твердых веществ (водные растворы щелочей, солей и т.д.), а также высококипящие жидкости, обладающие при температуре выпаривания малым давлением пара – некоторые минеральные и органические кислоты, многоатомные спирты и др. При выпаривании обычно осуществляется частичное удаление растворителя из всего объема раствора при его температуре кипения.

Концентрированные растворы и твердые вещества, получаемые в результате выпаривания, легче и дешевле перерабатывать, хранить и транспортировать.
Выпарные аппараты - это чаще всего емкостные аппараты с рубашкой для обогрева или с внутренними нагревательными устройствами типа змеевика (иногда также возможно наличие перемешивающих устройств). Теплота, необходимая для выпаривания раствора, обычно подводится через стенку, отделяющую теплоноситель от раствора. При размещении нагревательной камеры вне корпуса аппарата имеется возможность повысить интенсивность выпаривания не только за счет увеличения разности плотностей жидкости и паро-жидкостной смеси в циркуляционном контуре, но и за счет увеличения длины кипятильных труб.

Выпаривание может происходить непрерывно и периодически. В химической промышленности применяются в основном непрерывно действующие установки. В производствах малого масштаба, а также для выпаривания растворов до высоких конечных концентраций целесообразно использовать выпарную установку периодического действия.
В данной работе приведен расчет однокорпусной выпарной установки, непрерывного действия для выпаривания раствора нитрата натрия, начальная концентрация которого составляет 9% и конечная 32%.

2. 
   Аппаратурная схема выпарной установки и её описание:
   

Исходный 9% раствор NaNO₃ поступает с помощью насоса 2 из сборника 1 в теплообменник 3, где подогревается до температуры 90⁰С вторичным паром (давление 1,0 кгс/см², температура 100⁰С). Далее раствор поступает в нагревательную камеру 4 выпарного аппарата. Тепло для выпаривания подводиться насыщенным водяным паром (давлением 3,0 кгс/см²).

Упаренный 32% раствор NaNO₃ поступает из нижней части сепаратора 5 в трубное пространство холодильника 6, где охлаждается до температуры 30⁰С (хладагент - вода при температуре 25ºС ), затем – в сборник 7.

Вторичный пар, пройдя сепаратор 5, подается в кожух теплообменника 3 для нагрева исходного, разбавленного раствора NaNO₃. Часть вторичного пара отводится на технические нужды.

3. 
   Основные свойства исходных и конечных продуктов:
   

Нитра́т на́трия (азотноки́слый на́трий, натриевая селитра, чилийская селитра, натронная селитра) — натриевая соль азотной кислоты с формулой NaNO₃. Бесцветные прозрачные кристаллы с ромбоэдрической или тригональной кристаллической решеткой без запаха. Вкус — резкий солёный. Применяется очень широко и является незаменимым в промышленности соединением.

4. 
   Выбор материалов аппаратов и трубопроводов:
   

Скорость коррозии материала, соприкасающегося с раствором нитрата натрия не должна превышать 0,1 мм/год. Согласно данным [7, стр. 229 в эл. документе] этому условию соответствует легированная хромовая сталь X13. Материал для элементов, контактирующих с водяным паром и конденсатом пара, выбираем углеродистую сталь.

5. 
   Материальный баланс:
   

Уравнение материального баланса процесса непрерывного выпаривания:

;

;

, где G_н, G_к – массовые расходы начального (исходного) раствора и конечного

(упаренного) раствора, кг/с; х_н, х_к – массовые доли растворенного вещества в начальном и конечном растворе; W – массовый расход выпариваемого растворителя, кг/с.
Массовый расход исходного (разбавленного) раствора:


Массовый расход выпариваемого растворителя (вторичного пара)

;

Количество концентрированного раствора:


По полученным данным составим таблицу:

Таблица 1.

Поток	Расход, кг/с	Массовая доля растворенного вещества, %
Исходный раствор	0,1273	9
Упаренный раствор	0,0358	32
Вторичный пар	0,0915	-

6. 
   Определение температур и давлений в основных точках технологической схемы:
   

Температура кипения раствора на среднем уровне:

,

где t_ср - температура кипения воды при давлении р_ср, ⁰С;

t₀ - температура кипения воды при давлении р₀, ⁰С;

Δt_депр - температурная депрессия, К;

Δt_г.с - гидравлическая депрессия, К;

Δt_г.э. - гидростатическая депрессия, К;

1. 
   
   
2. 
   
   
3. 
   
   
4. 
   
   
5. 
   
   
6. 
   
   
   1. 
      Температура вторичного пара:
      

На выходе из сепаратора:; [1, табл. LVI, стр. 548].

2. 
   Гидравлическая депрессия:
   

Δt_г.с – вызывается падением давления вследствие гидравлического сопротивления паропровода движению вторичного пара. Принимаем значение в 1ºК из практического интервала 0,5-1,5ºК .

Также Δt_г.с связывает значения t₀ и t₁ - температуру в сепараторе вторичного пара:

;

5. 
   
   
6. 
   
   

3. 
   Температурная депрессия:
   

Δt_депр – температурная депрессия, выражающая повышение температуры кипения раствора по сравнению с температурой кипения растворителя при том же давлении:

ºК - при ; [1, рис. XIX, стр. 568]

Температура кипения раствора в сепараторе:

;

;

4. 
   Гидростатическая депрессия:
   

Δt_г.эф. – гидростатическая депрессия, представляет собой повышение температуры кипения раствора вследствие дополнительного давления столба жидкости по сравнению с давлением в сепараторе.

Чтобы рассчитать повышение температуры кипения раствора на глубине среднего слоя, т.е. Δt_г.эф., надо прежде найти повышение давления на этой глубине.


, где ρ_р– плотность раствора, кг/м³ и ρ_в– плотность воды, кг/м³ при температуре кипения или, при отсутствии данных о температуре кипения, при t₁; Н_ур – оптимальная высота уровня раствора по водомерному стеклу, м;

Н_ур зависит от высоты труб выпарного аппарата Н_тр.

Возьмём по ГОСТ 11987-81 аппарат "Тип 1. Исполнение 3" с Нтр = 4 м;

кг/м³[2, стр. 44];

кг/м³

Тогда: м;