Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
КР ПАХВ готовый.doc
Скачиваний:
29
Добавлен:
10.12.2018
Размер:
1.93 Mб
Скачать

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ХІМІЇ ТА ХІМІЧНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ НЕОРГАНІЧНИХ РЕЧОВИН

УСТАНОВКА ВИПАРНА ТРИКОРПУСНА

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з курсу: “Процеси і апарати хімічних виробництв”

КП10.ХТ77.59.00.000ПЗ

Виконавець:

студентка групи ХТ-77 Н.М. Литвиненко

Керівник проекту:

доцент кафедри ХХТНР В.М. Вязовик

2010

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ХІМІЇ ТА ХІМІЧНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ НЕОРГАНІЧНИХ РЕЧОВИН

Затверджую:

зав.кафедри ХТНР

д.т.н., професор Столяренко Г.С.

______________________

УСТАНОВКА ВИПАРНА ТРИКОРПУСНА

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА ДО КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

з курсу: “Процеси і апарати хімічних виробництв”

КП10.ХТ77.59.00.000ПЗ

Виконавець

студентка групи ХТ-77 Н.М. Литвиненко

Керівник проекту

доцент кафедри ХХТНР В.М. Вязовик

Захищено з оцінкою

_________________

2010

РЕФЕРАТ

Курсова робота: 78 с.; 9 табл.; 14 рис. 12 джерел, креслення технологічної схеми, креслення випарного апарату.

Мета роботи: спроектувати технологічну схему трикорпусної випарної установки для упарювання розчину NaCl від концентрації 10% до концентрації 25%. Обрати та розрахувати випарний апарат.

В ході роботи розглянуто технологічну схему трикорпусної випарної установки, види та типи випарних апаратів. Проведено розрахунок випарного апарату, барометричного конденсатора, холодильника упареного розчину.

ПОВЕРХНЯ ТЕПЛООБМІНУ, ВИПАРНА УСТАНОВКА, СЕПАРАТОР, РОЗЧИН, ВИПАРЮВАННЯ.

ЗМІСТ

Вступ 4

1 Літературний огляд 6

1.1 Конструкції випарних апаратів 12

2 Фізико-хімічні основи процесу випарювання 20

3 Опис технологічної схеми та основного апарату 26

3.1 Технологічна схема трикорпусної випарної установки 26

3.2 Випарний апарат з природною циркуляцією 28

4 Розрахунок основного обладнання 29

4.1 Продуктивність установки 29

4.2 Концентрації упарюваного розчину 30

4.3 Температура кипіння розчинів 31

4.4 Корисна різниця температур 38

4.5 Визначення теплових навантажень 39

4.6 Вибір конструкційного матеріалу 41

4.7 Розрахунок коефіцієнта теплопередачі 42

4.8 Розподіл корисної різниці температур 53

4.9 Уточнюючий розрахунок поверхні теплопередачі 55

4.10 Визначення величини теплової ізоляції 58

5 Матеріальний і тепловий баланси 60

5.1 Матеріальний баланс 60

5.2 Тепловий баланс 61

6 Розрахунок допоміжного обладнання 62

6.1 Розрахунок холодильника упареного розчину 62

6.2 Розрахунок барометричного конденсатору 73

Висновки 77

Перелік посилань 78

ВСТУП

Випарювання – термічний процес концентрації розчинів нелетких твердих речовин при кипінні і частковому видаленні рідкого розчинника у вигляді пари. У техніці процес випарювання (упарювання) набув широкого поширення, оскільки багато речовин (цукор, куховарська сіль, солі лужних металів, аміачна селітра і багато інших) отримують у вигляді слабких водних розчинів, а в готовому для споживання, зберігання або транспорту вигляді вони повинні бути повністю або частково зневоднені.

Випарна установка є важливим елементом обладнання багатьох підприємств хімічної, харчової та інших галузей промисловості. Випарювання застосовують на заводах мінеральних солей, азотних добрив, содових, хлорних, цукрових заводах, в алюмінієвій, целюлозно-паперовій промисловості і у виробництві полімерних матеріалів.

На деяких заводах за годину випарюють таку кількість води, яка обчислюється десятками і навіть сотнями тонн. Отже, на випарні установки витрачається велика кількість палива.

Тому процес випарювання треба проводити так, щоб при заданій продуктивності випарної установки мати згущений розчин потрібної концентрації і відповідної якості, без втрат сухої речовини під час випарювання, при якомога меншій витраті палива.

Випарюють розчин в одному апараті або у випарній установці, що складається з кількох послідовно сполучених між собою апаратів безперервної дії, так званих корпусів. Застосування такої випарної установки багаторазової дії дає змогу значно знизити витрати палива на випарювання.

Процес упарювання часто проводять у два етапи. Це зумовлено потребою очистити і профільтрувати згущений розчин до остаточного упарювання, або потребою вести остаточне упарювання на «голому» вогні чи за допомогою високотемпературного теплоносія, оскільки для цього потрібна висока температура.

Хлори́д на́трію (NaCl, або ж у побуті просто сіль) — це тверда, прозора (у чистому вигляді) хімічна сполука з іонною кристалічною структурою, солона на смак. Під час розчиненя у воді повністю дисоціює на катіони натрію та хлорид-аніони.

У природі зустрічається у великій кількості в розчиненому стані в солоних водоймах, насамперед у морях та океанах. В кристалічному стані входить до мінералу галіт, з якого практично повністю складається видобувна кам'яна сіль, морська сіль тощо. Залежно від походження природного хлориду натрію, він має різну ступінь чистоти та різний кількісний та якісний склад домішок, які зумовлюють його смак та колір. Хлорид натрію, що застосовується в побуті, часто називається кухонною, харчовою чи столовою сіллю, в назві якої часом зазначається джерело її походження (кам'яна, морська, озерна, виварна) та вказується її ґатунок — чим він вищий, тим менше домішок містить хлорид натрію. У воді хлорид натрію розчиняється добре, але в чистому вигляді, на відміну від кухонної солі, не гігроскопічний, тобто не сиріє.

Хлорид натрію застосовується надзвичайно широко. Окрім його застосування в кулінарії (як приправа до їжі і консервування риби, м'яса та інших харчових продуктів), він є також важливою сировиною хімічної промисловості для одержання гідроксиду натрію, соди, хлору тощо. Щорічний світовий видобуток хлориду натрію становить сотні мільйонів тонн, з яких майже 30% використовується в харчовій промисловості.

1 Літературний огляд

Найчастіше процес випарювання триває безперервно. В апаратах безперервної дії концентрація розчину, який є в апараті, ближча до кінцевої і процес упарювання в них відбувається при меншому коефіцієнті теплопередачі, що відповідає кінцевій концентрації розчину. Тому в тих випадках, коли розчин треба випарити до високої концентрації (наприклад, вакуум-апарати цукрового заводу), іноді застосовують періодично діючі апарати, в яких випарювання з точки зору теплопередачі відбувається в сприятливіших умовах, оскільки висока концентрація розчину буває лише в кінцевій стадії процесу. Зрозуміло, що й інші фізичні константи розчину в цих апаратах зазнають безперервних змін.

Теплоносієм найчастіше є водяна пара, яка характеризується високою захованою теплотою конденсації, високим коефіцієнтом тепловіддачі, а парове обігрівання відзначається гнучкістю регулювання.

Нагрівання газове, електричне і висококиплячими речовинами застосовують лише у випадках, коли розчини киплять при високій температурі.

Слід зазначити, що вибір схеми випарної станції повинен бути пов'язаний з теплосиловим господарством заводу і що багатокорпусну випарну установку треба розглядати як єдине ціле, інакше зміна режиму в одному з апаратів позначатиметься на роботі інших.

Багатокорпусні випарні установки конструюють «як установки під розрідженням» і «як установки під тиском». У перших тиск вторинної пари в останніх корпусах нижчий від атмосферного і пара з останнього корпуса не використовується; у других установках тиск трохи більший від атмосферного, а тому пару з останнього корпуса використовують для технологічних потреб. Якщо гріюча пара і рідкий розчин надходять до першого «головного» корпуса випарної установки, то така установка називається прямоточною. За таким принципом працює більшість багатокорпусних випарних установок. Якщо ж гріюча пара надходить у перший по порядку корпус, а рідкий розчин — в останній і переходить з корпуса в корпус у напрямі до першого, то в цьому випадку установку називають протиточною. Такий зустрічний рух пари і розчину застосовують при упарюванні розчинів, які характеризуються великою температурною депресією, бо тоді найбільш концентрований розчин з максимальною температурою кипіння забиратиме тепло від теплоносія — пари вищих параметрів. Недоліком цієї схеми є те, що для її здійснення треба встановлювати проміжні рідинні насоси, тоді як при прямоточній схемі розчин переходить з корпуса в корпус за рахунок різниці тиску в суміжних корпусах [5].

На практиці зустрічаються також однокорпусні апарати з «тепловим насосом», в яких утворювану вторинну пару стискують до тиску робочої пари і використовують у тому самому апараті. Стискування вторинної пари відбувається за допомогою «теплового насоса» (термокомпресор, термоінжектор, термохімічний трансформатор пари). Такі апарати в деяких випадках можуть конкурувати з багатокорпусними випарними установками.

По технологічних ознаках промислові випарні установки безперервної дії можна розділити на декілька груп:

1) по числу ступенів випарні установки можуть бути одноступінчатими і багатоступінчатими (БВУ), при цьому в одному ступені можуть бути один, два і більш включених корпусів випарної установки.

2) по тиску вторинної пари в останньому ступені випарні установки бувають:

  • з розрідженням;

  • з підвищеним тиском;

  • з погіршеним вакуумом.

3) По відносному руху гріючої пари і випарюваного розчину:

  • прямоточні – для розчинів, що мають високу температурну депресію (рис. 1.1, а);

  • протиточні – для розчинів з в'язкістю, що швидко росте, при підвищенні їх концентрації (рис. 1.1, б);

  • з паралельним живленням корпусів випарюваним розчином при схильності його до кристалізації (рис. 1.1, в);

  • із змішаним живленням корпусів для розчинів з підвищеною в'язкістю (рис. 1.1, г).

Рисунок 1.1 – Схеми багатокорпусних випарних установок

Щоб правильно спроектувати БВУ для заданого розчину, необхідно економічно обгрунтовано вибрати:

  • схему підігріву розчину;

  • схему живлення апаратів розчином;

  • раціональну систему використання вторинного тепла;

  • оптимальне число ступенів установки.

Гріюча пара для першого ступеня БВУ повинна мати таку температуру, щоб, з одного боку, забезпечити корисний перепад температур в першому корпусі не менше 8..10°С і щоб, з іншого боку, різниця температур, що розташовується, на всій установці була достатня для забезпечення корисного перепаду температур в кожному ступені і компенсації сумарній температурній депресії.

Температура розчину, що поступає на I ступінь БВУ, повинна бути близькою до температури кипіння. У прямоточних схемах для регенеративного підігріву розчину необхідно використовувати вторинну пару і конденсат останнього ступеня, а потім послідовно підігрівати розчин в каскаді теплообмінників вторинною парою і конденсатом із ступенів більш високого тиску. Остаточний підігрів розчину проводиться в спеціальному теплообміннику свіжою парою, що подається для обігріву першого ступеня БВУ (рис. 1.2 і 1.3).

У протиточних БВУ ступінчастий регенеративний підігрів не застосовується, оскільки слабкий розчин поступає на випарювання в "холодному" кінці випарної установки.

Прямоточна схема подачі розчину в МВУ найбільш проста і економічна і набула найбільш широкого поширення в промисловості.

Рисунок 1.2 – Схема підігріву розчину конденсатом і екстрапаром

Рисунок 1.3– Схема підігріву розчину екстрапаром із окремих ступенів БВУ

У особливих випадках, коли БВУ призначена для обробки розчинів з сильно зростаючою в'язкістю в процесі випарювання, можна зупинитися на варіанті протиточної схеми живлення. У такій схемі одночасно із збільшенням концентрації і в'язкості по ходу розчину від ступеня до ступеня підвищується його температура, що викликає зниження в'язкості. Недоліком протиточної схеми є необхідність застосування насосів для перекачування розчину перед кожним ступенем установки.

Схеми з паралельним живленням застосовують для упарювання розчинів, що кристалізуються, близьких до насичення, в яких при незначній різниці в концентраціях утворюються кристали, що ускладнюють експлуатацію установки.

Змішаний потік може знайти застосування в тих же випадках, в яких застосовується протитечія. Перевагою змішаного струму перед протитечією є зменшення кількості насосів при збереженні позитивних якостей протиточной схеми.

Якщо відсутній постійний споживач низькопотенціального тепла, то БВУ проектується з конденсатором за останнім ступенем, в якому підтримується тиск 0,1...0,25 бар.

За наявності в схемі БВУ або на виробництві споживачів низькопотенціального тепла доцільно проектувати установку з погіршеним вакуумом або з протитиском вторинної пари в останньому ступені. Температура вторинної пари з БВУ повинна бути в цьому випадку на 8...10°С вище за кінцеву температуру теплоносія у споживача тепла.

Якщо споживачеві низькопотенціального тепла необхідний підігрів теплоносія до температури більшою, ніж температура вторинної пари останнього ступеня, то потрібно застосовувати багатоступінчатий підігрів з використанням вторинної пари проміжних ступенів БВУ (від низького потенціалу до високого) [5].