797

Министерство образования Российской Федерации

Московская государственная академия

тонкой химической технолоmи

им. М.В. Ломоносова

Кафедра «Процессы и Аппараты Химической Технологии»

П.Г. Алексеев, М.К. Захаров

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к курсовому проектированию прямоточных

многокорпусных выпарных установок с равными

поверхностями нагрева

wwwМосква.mitht1999.ru/e-library

УДК 536

Рецензент проф. MaкmoKoB в.и.

(Московская государственная академия пищевой промьппленности).

Авторы: и.г. Алексеев, М.К. Захаров.

Методические указания к курсовому проектированию прямоточных

многокорпусных выпарных установок с равными поверхностями

нагрев"

www.mitht.ru/e-library

о. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ О КУРСОВОМ

ПРОЕКТИРОВАНИИ АППАРАТОВ

ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ.

0.1 ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Курсовой проект является самостоятельной работой студента,

базирующейся не только на курсе «Процессы и аппараты химической

технологии», но и на ряде других дисциruшн (графика, техническая термодинамика, техническая механика, физическая химия и др.).

Качество проекта зависит от степени овладения студентом знаниями по указанным дисциплинам, от умения пользоваться технической

литературой и от проявленной при проектировании инициативы. Целью курсового проекта является привитне студенту

инженерных навыков и закрепление знаний, приобретенных при

изучении курса «Процессы и аппаратыI химической технологии» и

сопряженных с IШМ дисциплин.

При работе над проектом студент комплексно использует

полученные знания применительно к решению конкретной задачи по

аппаратурно-технологическому оформлению определенного

процесса в промышленном масштабе, получает первые навыки

проектирования промьшmенных аппаратов.

Первым и необходимым условием инженерного подхода к

решению поставленной задачи является тщательное изучение

материала соответствующих глав теоретического курса, без чего

немыслимо технически грамотно вьmолнение как расчетной, так и

графической частей проекта.

www.mitht.ru/e-library

0.2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТА.

Курсовой проект, помимо расчетов и выбора основного и вспомогательного оборудования, должен содержать некоторые

технологические аспекты npoектируемой установки.

0.3 ВЫБОР МЕСТА РАЗМЕЩЕНИЯ УСТАНОВКИ.

Этот этап следует начать с мотивированного выбора и обоснования района строительства проектируемой установки. Основой для такого выбора служит действующие и проектируемые производства - поставщики исходного сырья или потребители конечного продукта, а так же технологические условия работы этих

производств.

Выбор района строительства позволит оценить климатические

условия, в которых будет эксплуатироваться установка, выявить

параметры воздуха и воды, используемых на установке и обосновать

место размещения проектируемой установки, что немаловажно для

последующих расчетов и компоновки оборудования.

технологического оборудования на открьпых площадках, что

позволяет значительно сократить стоимость и сроки строительных и

монтажных работ; повьппает безопасность раБотыI с вредными,

взрыво- и огнеопасными веществами; снижает непроизводительные

расходы на эксплуатацию зданий (вентиляция, отопление, освещение

и т.д.); облегчает монтаж и демонтаж оборудования. Однако такое

размещение установки требует усиления тепловой изоЛЯЦИИ

аппаратов и коммуникаций, их защитыI от атмосферного воздейСТВИЯ.

www.mitht.ru/e-library

G

непосредственно в трубном пучке; 2) с кипением раствора за пределами трубного пучка; 3) с кипением (испарением) в тонкой

пленке трубного пучка.

у вьmарных аппаратов в отJIИtШе от кожухотрубчатых

теплообмеШIИКОВ нагревательная камера сблокирована с большим

сепарационным (паровым) пространством, предназначенным для

отделения вторичного пара от уносимой им жидкой фазы.

В верхней части парового пространства аппарата, в целях более полной сепарации пара, размещают брызгоотделители: циклонного, жamoзийного или сетчатого типа, улавливающие частицы жидкости,

уносимые из раствора паром.

Наиболее универсальными являются циклонные

брызгоулавливатели, которые применяют при упаривании как

чистых, так и пенящихся, кристаллизирующихся и загрязненных

механическими вкшочениями растворов.

Подробнее с конструкциями вьmарных аппаратов и принципами

их работы можно познакомиться в работе [16].

0.5 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ВЫПАРНОЙ

УСТАНОВКИ.

Вьmарная установка непрерьшного действия может быть

представлена в виде сочетания трех технологических блоков:

подогрева исходного раствора, концентрирования (упаривания)

раствора и создания и поддержания вакуума.

Первый блок предназначен для нагревания исходного раствора до температуры близкой к температуре насыщения при рабочем

давлении в сепараторе питаемого корпуса. Это особенно важно для

аппаратов с естественной циркуляцией.

www.mitht.ru/e-library

'1

в качестве теплоносителей обычно используют водяной пар, его

конденсат или экстра-пар из первого корпуса выпарной установки. Однако, в последнем случае нагрев исходного раствора возможен

лишь до температуры ниже кипения раствора при том же давлении.

Второй блок составляет собственно выпарные аппараты. При разработке схемы этого блока следует стремиться к возможно большей энергетической эффективности установки за счет снижения

расхода тепла путем использования экстра-пара, применения

теплового насоса и т.п.

Третий блок создания и поддержания вакуума, служит для обеспечения рабочего (как правило, заданного) давления в последнем

или нескольких последних, по ходу раствора, корпусах установки.

Вакуум создают конденсацией вторичного пара, уходящего из

последнего корпуса в конденсаторе (чаще всего - в барометрическом конденсаторе смешения). Поддержание вакуума осуществляют с

помощью вакуум-насоса, отсасывающего из конденсатора

неконденсирующиеся газы.

Разработка технологической схемы установки ВКJПOчает

укомплектование ее вспомогательным оборудованием: емкостями

исходного и упаренного растворов, перекачивающими насосами,

конденсатоотводчиками, запорно-регулирующей арматурой и Т.п. В

некоторых случаях необходимо использовать промежуточные

емкости - параллельно и цикЛично работающие два вакуум -

сборника. В один из них, находящийся под вакуумом, принимают

раствор из корпуса, а из другого при атмосферном давлении раствор

насосом перекачивают на склад. В последующем цикл работы

каждого из вакуум~борников повторяется. Такая схема отвода раствора, сохраняя непрерывность работы установки, позволяет

избежать кавитации в перекачивающем насосе, уменьшить потребляемую насосом мощность.

Вакуум-сборники используют и для сбора конденсата

вторичных паров, когда из-за малого перепада давления применение

конденсатоотводчиков становится нецелесообразным.

www.mitht.ru/e-library

8

Работа НЦД технологической схемой ВЪП1арной установки

завершается изображением ее в виде эскиза с условными

обозначениями материальных и энергетических потоков, которые по

мере расчета следует дополнять их численными значениями.

0.6РАСЧЕТ И ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

ВЫПАРНОЙ УСТАНОВКИ.

в этом разделе излагаются рекомендации по расчету прямоточной вьшарной установки с равными поверхностями Haгpe~

которые в определенной степени могут быть использованы и для

других схем упаривания раствора.

Проектирование вьшарных установок обязательно ВЮIЮчает:

составление материальных балансов, технологический

конструктивный и механический расчеты. Последние два вида

расчетов вьmолняются только для корпуса, который представлен в

графической части.

1.ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ.

Теплотехнический расчет аппарата должен начинаться с выбора

(определения) из справочной литературы численных значений

физико-химических характеристик вьmариваемого раствора, водяного пара и его конденсата, а также выбора конструктивного

материала для аппарата.

www.mitht.ru/e-library

1.1ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАСТВОРА,

ВОДЯНОГО ПАРА И ЕГО КОНДЕНСАТА.

для теплотехнических расчетов аппаратов требуется знание

следующих физико-химических характеристик веществ [1,2]:

температуры кипения раствора при нормальном

(атмосферном) давлении в зависимосm от концентрации

растворенного вещества;

растворимости в воде находящегося в растворе вещества в

зависимости от температуры раствора;

теплоемкости, кинематической вязкости и теплопроводности

раствора в зависимости от температуры и концентрации

растворенного вещества;

температуры водяного пара на линии насыщения в

зависимости от давления;

энтальпии водяного пара на линии насьпцения в зависимости

от температуры (давления);

теплопроводности, плотности, вязкости, а также теплоты

парообразования воды на линии насыщения в зависимости от

давления.

Все справочные данные о свойствах веществ должны иметь ссьшки на источник информации.

1.2КОНСТРУКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ВЫПАРНЫХ

АППАРАТОВ.

Вкачестве конструкционных материалов для вьшарных

аппаратов используются углеродистые и легированные стали

разШIЧНЫХ марок в зависимости от корродирующего воздействия на

них рабочих растворов [3].

www.mitht.ru/e-library