Трехкорпусная испарительная установка непрерывного действия для выпаривания 10000 кг / ч водного раствора КОН

Размещено на http://allbest.ru

ВВЕДЕНИЕ

выпарной установка раствор

В химической промышленности для концентрирования растворов нелетучих и мало летучих веществ широко применяется процесс выпаривания. Наиболее целесообразно для этого использовать многокорпусные выпарные установки непрерывного действия (МВУ). МВУ состоят из нескольких корпусов, в которых вторичный пар предыдущего корпуса используется в качестве греющего пара для последующего корпуса. В этих установках первичным паром обогревается только первый корпус. В многокорпусных выпарных установках достигается значительная экономия греющего пара по сравнению с однокорпусными установками той же производительности.

Принципиальная технологическая схема трехкорпусной вакуум-выпарной установки непрерывного действия представлена на рис. 1.

Исходный раствор подается из емкости 1 центробежным насосом 2 через теплообменник 3 в первый корпус выпарной установки 4. В теплообменнике 3 исходный раствор нагревается до температуры близкой к температуре кипения раствора в первом корпусе выпарной установки.

Первый корпус установки обогревается свежим (первичным) паром. Вторичный пар, образующийся при кипении раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего пара во второй корпус 5; сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из первого корпуса. Аналогично упаренный раствор из второго корпуса подается в третий корпус 6 , обогреваемый вторичным паром второго корпуса. Упаренный до конечной концентрации в третьем корпусе готовый продукт поступает из него в емкость 10. По мере прохождения из корпуса в корпус давление и температура пара понижаются, и из последнего (третьего) корпуса пар с низким давлением отводится в барометрический конденсатор смешения 7, в котором при конденсации пара создается вакуум. Раствор и вторичный пар перемещаются из корпуса в корпус самотеком благодаря общему перепаду давления, возникающего в результате избыточного давления в первом корпусе и вакуума в последнем. Воздух и неконденсирующиеся газы, поступающие в установку с охлаждающей водой (в конденсаторе) и через неплотности трубопроводов, отсасываются через ловушку 8 вакуум-насосом.

Смесь охлаждающей воды и конденсата сливается самотеком через барометрическую трубу в бак-гидрозатвор 9. Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов и теплообменника выводится с помощью конденсатоотводчиков.

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 чистки поверхности теплообмена, осмотра и ремонта.

Вместе с тем выбор конструкции и материала выпарного аппарата определяется в каждом конкретном случае физико-химическими свойствами раствора.

Для выпаривания растворов небольшой вязкости (до 8 мПа·с) без образования кристаллов, чаще всего используют выпарные аппараты с естественной циркуляцией. Высоковязкие и кристаллизующиеся растворы выпаривают в аппаратах с принудительной циркуляцией.

Растворы чувствительные к повышенным температурам рекомендуется выпаривать в роторно-пленочных выпарных аппаратах, а растворы склонные к пенообразованию - в прямоточных аппаратах с восходящей пленкой.

Типы и основные размеры выпарных аппаратов представлены в ГОСТ 11987-81, и каталогах УКРНИИХИММАШа [11,12].

РАЗДЕЛ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ

Технологический расчёт выпарных аппаратов заключается в определении поверхности теплопередачи. Поверхность теплопередачи выпарного аппарата определяется по основному уравнению теплопередачи

где F - поверхность теплопередачи, м²; Q - тепловая нагрузка, Вт; К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К); ?t_пол - полезная разность температур, К.

Для определения тепловых нагрузок, коэффициентов теплопередачи и полезных разностей температур необходимо знать распределение упариваемой воды, концентрации растворов по корпусам и их температуры кипения. Первоначально определим эти величины по материальному балансу, в дальнейшем уточним их по тепловому балансу.

1.1 Расчёт концентраций выпариваемого раствора

Производительность установки по выпариваемой воде определяем по формуле:

где W - производительность по выпаренной воде, кг/с; G_н - производительность по исходному раствору, кг/с; ,, - соответственно начальная и конечная концентрация раствора, масс. доли,

На основании практических данных принимаем, что выпариваемая вода распределяется между корпусами в соотношении

Тогда:

Проверка:

Рассчитываем концентрации растворов в корпусах:

Концентрация раствора в третьем корпусе соответствует заданной концентрации упаренного раствора .

1.2 Определение температур кипения раствора

Температура кипения раствора в корпусе определяется как сумма температур греющего пара последующего корпуса и температурных потерь

где - соответственно температурная, гидростатическая и гидравлическая депрессии, К.

Для определения температур греющего пара примем, что перепад давлений в установке ?Р распределяется между корпусами поровну:

где - давление греющего пара в первом корпусе, МПа; - давление в барометрическом конденсаторе, МПа.

Тогда давление греющих паров, МПа, в корпусах составляет:

По давлению греющего пара находим его температуру и теплоту парообразования , (табл. 1) по корпусам.

Таблица 1 - Температуры и теплоты парообразования

Давление, МПа	Температура, °С	Теплота парообразования, кДж/кг

1.2.1 Определение температурных потерь

Температурные потери в выпарном аппарате обусловлены температурной , гидростатической и гидрадинамической депрессиями.

а) Гидродинамическая депрессия вызвана потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трения и местных сопротивлений паропроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчётах принимают на корпус. Примем, тогда температуры вторичных паров в корпусах равны:

Сумма гидродинамических депрессий:

По температурам вторичных паров определим их давления и теплоты парообразования (табл. 2).

Таблица 2 - Давления и теплоты парообразования

Температура, °С	Давление, МПа	Теплота парообразования, кДж/кг

б) Гидростатическая депрессия обусловливается наличием гидростатического эффекта, заключающегося в том, что вследствие гидростатического давления столба жидкости в трубах выпарного аппарата температура кипения раствора по высоте труб неодинакова. Величина не может быть точно рассчитана ввиду того, что раствор в трубах находится в движении, причем величина зависит от интенсивности циркуляции и изменяющейся плотности парожидкостной эмульсии, заполняющей большую часть высоты кипятильных труб. Приблизительно расчет возможен на основе определения температуры кипения в среднем поперечном сечении кипятильных труб. Величина определяется как разность температуры кипения в среднем слое труб и температуры вторичного пара :

Для того чтобы определить нужно найти давление в среднем слое (Р_ср) и по этому давлению определить температуру в среднем слое (по таблице свойств насыщенного водяного пара). Плотность парожидкостной эмульсии в трубах при пузырьковом режиме кипения принимается равной половине плотности раствора. Плотность раствора (при 100 °С) определяется в зависимости от концентрации раствора в корпусе.

Давление в среднем сечении кипятильных труб (в МПа) равно сумме давлений вторичного пара в корпусе и гидростатического давления столба жидкости (?Р_ср) в этом сечении трубы длиной H:

Дня выбора значения H нужно ориентировочно определить поверхность теплопередачи выпарного аппарата. При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляцией Вт/м². Примем Вт/м². Тогда поверхность теплопередачи первого корпуса ориентировочно будет равна:

По ГОСТ 11987--81 для выпарного аппарата с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой ближайшая поверхность будет - 100 м² при диаметре труб 38x2 мм и длине труб Н = 4000 мм.

Давления в среднем слое кипятильных труб корпусов равны:

Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты парообразования (табл.3):

Таблица 3 - Температуры кипения и теплоты парообразования

Давление, МПа	Температура,°С	Теплота паро- образования, кДж/кг

Определяем гидростатическую депрессию по корпусам

Сумма гидростатических депрессий составляет:

в) Температурная депрессия определяется по уравнению:

где , К; - температурная депрессия при атмосферном давлении, °С; - теплота парообразования вторичного пара, кДж/кг.

Определяется величина как разность между температурами кипения раствора и чистого растворителя (воды) при атмосферном давлении. Температуры кипения раствора при атмосферном давлении в зависимости от концентрации даны в справочной литературе.

Находим значение, по корпусам:

Сумма температурных депрессий равна:

Тогда температуры кипения растворов по корпусам равны:

1.3 Расчёт полезной разности температур

Необходимым условием передачи тепла в каждом корпусе является наличие некоторой полезной разности температур греющего пара и кипящего раствора.

Полезные разности температур по корпусам равны:

Общая полезная разность температур:

Проверим общую полезную разность температур:

1.4 Определение тепловых нагрузок

Расход греющего пара в первом корпусе, производительность каждого корпуса по выпариваемой воде и тепловые нагрузки по корпусам определяются путем совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнениями баланса по воде для всей установки:

Так как , а ,

то

где D - расход греющего пара в первом корпусе, кг/с; I, i - энтальпия пара и конденсата, соответственно, Дж/кг; 1,03 - коэффициент, учитывающий 3 % потерь тепла в окружающую среду (потери тепла можно принимать от 2 до 6 %); c - удельная теплоемкость, Дж/(кг·К); Q_1конц, Q_2конц, Q_3конц - теплота концентрирования по корпусам. Величинами Q_конц пренебрегаем, поскольку эти величины значительно меньше принятых потерь тепла; - температура кипения исходного раствора, подаваемого в первый корпус,

где - температурная депрессия для исходного раствора; c_н, с₁, с₂ - теплоёмкость растворов при концентрациях , кДж/(кг·К).

Теплоёмкость (в кДж/(кг·К)) разбавленных водных растворов () рассчитывается по формуле:

Подставим известные значения в уравнения:

Отсюда: D = 0,743 кг/с.

Тогда:

Проверка:

Определим тепловые нагрузки, кВт:

Полученные данные сводим в табл.4.

Таблица 4 - Параметры растворов и паров по корпусам

Параметр	Корпус
	1	2	3
Производительность по испаряемой воде W, кг/с	0,698	0,737	0,786
Концентрация растворов x, %	6,6	10,18	25
Давление греющих паров Pг, МПА	0,491	0,331	0,171
Температура греющих паров tГ, °С	151,1	136,7	115
Температурные потери , °С	4,04	5,84	23,4
Температура кипения раствора tк, °С	140,74	120,84	71
Полезная разность температур ?tп, °С	10,36	15,86	44
Тепловая нагрузка Q, кВт	1572,9	1514,6	16 1636,1
Плотность вторичного пара , кг/	1,859	1,003	0,078

1.5 Выбор конструкционного материала

В качестве конструкционного материала выбираем стойкую в среде кипящего раствора KС1 в диапазоне рабочих концентраций сталь марки Х18Н10Т. Коэффициент теплопроводности этой стали 25,1 Вт/м·К.

1.6 Расчет коэффициентов теплопередачи

Коэффициент теплопередачи рассчитываем, исходя из того, что при установившемся процессе передачи тепла справедливо равенство:

Коэффициент теплопередачи К в [Вт/(м²·К)] можно рассчитать по уравнению:



где q - удельная тепловая нагрузка, Вт/м²; ; б₁ и б₂ - коэффициенты теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке и от стенки к кипящему раствору соответственно, Вт/(м²·К); - сумма термических сопротивлений стенки загрязнений и накипи, (м²·К/Вт); ?t₁ - разность температур между греющим паром и стенкой со стороны пара в первом корпусе, °С; ?t_ст - перепад температур на стенке, °С; ?t₂ - разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, °С.

Порядок расчета коэффициента теплопередачи следующий. Задаемся величиной ?t?₁; рассчитываем по приведенным ниже уравнениям коэффициенты теплоотдачи б₁?, б₂? и тепловые потоки q₁?, q₂?. Сравниваем величину тепловых потоков q₁? и q₂?. Если q₁? ? q₂?, то задаемся другим значением ?t'?₁ и снова рассчитываем б₁?? и б₂??, q₁?? и q₂?? по тем же формулам. Как правило, снова q₁?? ? q₂??, поэтому истинное значение теплового потока q и разность температур ?t₁, определяем графически. Для этого строим график зависимости q = f(?t₁) и соединяем точки q₁? и q₁??, q₂? и q₂?? прямыми линиями (рис. 2.1). Точка пересечения этих линий и определяет истинную величину q и ?t₁. Затем определяют значения б₁ и б₂ и рассчитывают коэффициент теплопередачи К.

Коэффициент теплоотдачи б₁, рассчитываем по уравнению:

где - теплота конденсации греющего пара, Дж/кг; - разность температур конденсата пара и стенки, °С; - соответственно плотность, кг/м³, теплопроводность Вт/(м·К) и вязкость конденсата, Па·с, при средней температуре плёнки:

Первоначально принимаем

Значения физических величин конденсата берём при

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору в условиях его естественной циркуляции для пузырькового режима в вертикальных трубах равен:

где - плотность греющего пара в первом корпусе, , - плотность пара при атмосферном давлении; - соответственно, теплопроводность, поверхностное натяжение, теплоемкость и вязкость раствора в первом корпусе.

Значения величин, характеризующих свойства растворов KС1, представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Физические свойства растворов KОН

Параметр	Корпус
	1	2	3
Плотность раствора, , кг/м3	1059	1092,5	121237,6
Вязкость раствора м·103, Па·с	1,14	1,24	2,05
Теплопроводность раствора, , Вт/(м·К)	0,6023	0,6039	0,5915
Поверхностное натяжение, у·103, Н/м	58,25	60,08	71,5
Теплоемкость раствора, c, Дж/(кг·К)	3955,2	3813,3	3293

Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

Как видим .

Для второго приближения примем

Очевидно, что

Для определения строим графическую зависимость тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой и определяем .

Проверка:



Как видим .

Рассчитываем коэффициент теплопередачи K₁ в первом корпусе:

Коэффициенты теплопередачи для второго корпуса K₂ и третьего K₃ можно рассчитывать так же, как и коэффициент K₁ или воспользоваться соотношением коэффициентов, полученных из практики ведения процессов выпаривания. Эти соотношения варьируются в широких пределах:

Для растворов щелочей и нитратов соотношение коэффициентов теплопередачи принимают по нижним пределам, а для растворов солей - по верхним.

Для раствора KОН примем следующее соотношение:

Тогда

1.7 Распределение полезной разности температур

Полезные разности температур в корпусах установки находим из условия равенства их поверхностей теплопередачи:

где - общая полезная разность температур выпарной установки; - отношение тепловой нагрузки к коэффициенту теплопередачи в корпусе; і = 1,2,3 -номер корпуса.

Проверим общую полезную разность температур установки:

Поскольку рассчитаны величины тепловых нагрузок, коэффициентов теплопередачи и полезной разности температур по корпусам, следовательно, можно найти поверхность теплопередачи выпарных аппаратов:

Полученные значения поверхности теплопередачи сравниваем с определенной ранее ориентировочной поверхностью

По ГОСТ 11987 выбираем аппарат с поверхностью теплообмена и длиной труб Н = 4 м. Основные технические характеристики выпарного аппарата представлены в таблице 6.

Таблица 6 -- Техническая характеристики выпарного аппарата.

F при диаметре трубы 38х2 и длине H = 5000 мм	Диаметр греющей камеры D, мм	Диаметр сепаратора Dc, мм	Диаметр циркуляционной трубы D2, мм	Высота аппарата Ha, мм	Масса аппарата m, кг
140	1000	2200	700	13000	8500

1.8 Определение толщины тепловой изоляции

Толщину тепловой изоляции находим из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции в окружающую среду:

где - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляции к воздуху, Вт/(м²·К), ; - температура изоляции со стороны воздуха, °С; для аппаратов, работающих внутри помещения выбирают в пределах ; - температура, изоляции со стороны аппарата, °С (температуру можно принимать равной температуре греющего пара, ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции); - температура воздуха, °С; - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м·К).

В качестве изоляционного материала выбираем совелит, который содержит 85% магнезии и 15% асбеста. Коэффициент теплопроводности совелита

Толщина тепловой изоляции для первого корпуса:

Такую же толщину тепловой изоляции принимаем для второго и третьего корпусов.

РАЗДЕЛ 2. РАСЧЕТ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

2.1 Расчет барометрического конденсатора

Для создания вакуума в выпарных установках применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качество охлаждающего агента используют воду, которая подается в конденсатор чаще всего при температуре окружающей среды (около 20 °С). Смесь охлаждающей воды и конденсата выходит из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянного вакуума в системе вакуум-насос постоянно откачивает неконденсирующиеся тазы.

2.1.1 Определение расхода охлаждающей воды

Расход охлаждающей воды (в кг/с) определяем из теплового баланса конденсатора:

где - энтальпия пара в барометрическом компенсаторе, кДж/кг; - теплоёмкость воды, кДж/(кг·К); ; - начальная температура охлаждающей воды, °С; ; - конечная температура смеси воды и конденсата, °С.

Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора составляет град., поэтому конечную температуру воды принимают на град, ниже температуры конденсации паров:

Тогда

2.1.2 Расчет диаметра барометрического конденсатора

Диаметр барометрического конденсатора , определяем из уравнения расхода

где - плотность пара, кг/м³, выбираемая по давлению пара в конденсаторе ; - скорость пара, м/с, принимаемая в пределах м/с.

По нормалям НИИХИММАШа подбираем барометрический конденсатор диаметром с диаметром трубы .

2.1.3 Расчет высоты барометрической трубы

Скорость воды в барометрической трубе

Высота барометрической трубы



где - вакуум в барометрическом конденсаторе, Па; - сумма коэффициентов местных сопротивлений; л - коэффициент трения в барометрической трубе; - высота и диаметр барометрической трубы, м; 0,5 - запас высоты на возможное изменение барометрического давления.

где - коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из неё.

Коэффициент трения , зависит от режима движения воды в барометрической трубе. Определим режим течения воды в барометрической трубе:

где - вязкость воды, Па·с, определяемая по номограмме при температуре воды t_ср.

Для гладких труб при Rе = 249843; = 0,0141

2.2 Расчёт производительности вакуум - насоса

Производительность вакуум-насоса G_возд определяется количеством воздуха, который необходимо удалять из барометрического конденсатора:

где 2,5·10^-5 - количество газа, выделяющегося из 1 кг воды; 0,01 - количество газа, подсасываемого в конденсатор через уплотнения на 1 кг паров.

Тогда

Объёмная производительность вакуум-насоса

где R - универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль·К); - молекулярная масса воздуха, кг/кмоль; - температура воздуха, °С; - парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.

Температура воздуха

давление воздуха

где - давление сухого насыщенного пара при Па. При температуре воздуха 27,7°С, .

Тогда

Зная объёмную производительность воздуха , и остаточное давление в конденсаторе , по каталогу подбираем вакуум-насос типа ВВН - 6, мощность на валу N = 12,5 кВт.

Удельный расход энергии на тонну упариваемой воды, кВт·ч/т,

2.3 Определение поверхности теплопередачи подогревателя

Поверхность теплопередачи подогревателя (теплообменника) , м² определяем по основному уравнению теплопередачи:

где - тепловая нагрузка подогревателя, Вт, определяется из теплового баланса теплообменника: K_п - коэффициент теплопередачи

, Вт/(м·К), ; - средняя разность температур между паром и раствором, °С; - количество начального раствора, кг/с, и его теплоёмкость, Дж/(кг·К); - начальная температура исходного раствора, °С; - температура раствора на выходе из теплообменника, °С, равная температуре с которой раствор входит в первый корпус.

Так как отношение , то величину определим как среднелогарифмическую:

Тогда поверхность теплообменника

Площадь поверхности теплопередачи теплообменника принимается на 10-20% больше расчетной величины:

На основании найденной поверхности по ГОСТ 15122-79 выбираем кожухотрубчатый двухходовой теплообменник с такими параметрами:

площадь поверхности теплопередачи , число труб n = 488, длина труб l = 2,5 м, диаметр труб 25x2 мм, диаметр кожуха D = 800 мм.

2.4 Расчёт центробежного насоса

Основными типами насосов, используемых в химической технологии, являются центробежные, осевые и поршневые. Для проектируемой выпарной установки используем центробежный насос. При проектировании обычно возникает задача определения необходимого напора Н и мощности N при заданной подаче (расходе) жидкости Q, перемещаемой насосом. Далее по найденному напору и производительности насоса определяем его марку, а по величине мощности на валу - тип электродвигателя к насосу.

Мощность на валу насоса, кВт,

где Q - производительность насоса, м³/с; Н - напор, развиваемый насосом, м; - к.п.д. насоса,; - к.п.д. передачи (для центробежного насоса ).

Напор насоса

где - давление жидкости для исходного раствора (атмосферное), Па; - давление вторичного пара в первом корпусе, Па; - геометрическая высота подъема раствора, м, м; - напор, теряемый на преодоление гидравлических сопротивлений (трения и местных сопротивлений) в трубопроводе и теплообменнике, м.

Потери напора

где - потери напора соответственно в трубопроводе и в теплообменнике, м. В связи с громоздкостью расчета потери напора в теплообменнике можно не рассчитывать и принимать их в пределах , в зависимости от скорости движения раствора в трубах теплообменника, длины, количества труб и числа ходов теплообменника; w - скорость раствора, м/с, ; l и d - длина и диаметр трубопровода, м; ; - коэффициент трения; - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Определим диаметр трубопровода, из основного уравнения расхода:

Для определения коэффициента трения рассчитываем величину Re:

где плотность, кг/м³, и вязкость, Па·с, исходного раствора; при концентрации х = 5%;

Для гладких труб при Rе = 55047, = 0,0206.

Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений :

Коэффициенты местных сопротивлений равны:

вход в трубопровод = 0,5;

выход из трубопровода =1,0;

колено с углом 90° (для трубы d = 58 мм): = 1,1;

вентиль прямоточный = 0,72 (для трубы d = 58 мм);

Примем потери напора в теплообменнике и аппарата плюс 2 метра,

Тогда

По приложению прил. 9 устанавливаем, что данным подаче и напору больше всего соответствует центробежный насос марки Х20/53, для которого в оптимальных условиях работы Н = 34,4 м, = 0,5. Насос обеспечен электродвигателем AO2 - 52 - 2 номинальной мощностью N = 13 кВт.

По мощности, потребляемой двигателем насоса, определяем удельный расход энергии:

2.5 Расчёт объёма и размеров емкостей

Большинство емкостей представляют собой вертикальные или горизонтальные цилиндрические аппараты. При проектировании емкостей основными руководящими документами являются нормали и Государственные стандарты, предусматривающие следующий нормальный ряд цилиндрических аппаратов и сосудов до 200 м³.

0,01, 0,016, 0,025. 0,040 0,100, 0,125, 0,160, 0 200, 0,250, 0,320, 0,400, 0,500, 0,630, 0,800, 1,00, 1,25, 1,60, 2,00 2,50, 3,20, 4,00, 5,00, 6,30, 8,00, 10, 12, 16 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125,160, 200.

По номинальному объему аппарата выбирают его основные конструктивные размеры (диаметр, высоту), которые должны соответствовать ГОСТ 9941 - 72, ГОСТ 9671 - 72. Стандарты предусматривают следующий ряд внешних номинальных диаметров D_н, мм.:

200, 250, 300,350,400, 500,600, 700, 800,900, 1000, 1100, 1200, 1400,1600, 1800,2000, 2200, 2400, 2600, 2800, 3000, 3200, 3400, 3600, 3800, 4000.

Для изготовления сосудов малого размера допускается применение стальных труб с наружным диаметром в мм: 159, 219, 273, 325, 377, 426, 480,530, 630,720, 820,920, 1120,1220, 1420.

Длина (высота) емкостей принимается равной

Расчет емкостей для разбавленного и упаренного раствора ведем из условий шестичасовой (сменной) работы выпарного аппарата, т.е. ф = 6 ч.

Объём емкости для разбавленного (исходного) раствора



где - количество (кг/ч) и плотность (кг/м³) исходного раствора; ц - коэффициент заполнения емкости, . Для удобства работы устанавливаем три емкости объемом по 25 м³. Принимаем диаметр емкости равным D = 2,8 м. Тогда длина ее l = 4 м.

Объем емкости упаренного раствора

где - количество (кг/ч) и плотность (кг/м³) упаренного раствора.

Устанавливаем две емкости объемом по 6,3 м³ диаметром 2 м и длиной 2 м.

2.6 Определение диаметра штуцеров

Штуцера изготовляют из стальных труб необходимого размера. По ГОСТ 9941 - 62 применяют трубы следующих диаметров:

14, 16, 18, 20, 22, 25, 32, 38, 45, 48, 57, 70, 76, 90, 95, 108, 133, 159, 194, 219, 245, 273, 325, 377,426.

Диаметр штуцеров определим из основного уравнения расхода:

где - расход раствора или пара, м³/с; - средняя скорость потока, м/с.

Ориентировочные значения скоростей, принимаемых при расчетах трубопроводов, приведены в таблице 7.

Диаметр штуцера для разбавленного раствора

Диаметр штуцера для упаренного раствора

Таблица 7 - Рекомендуемые значения скорости потока

Перекачиваемая среда	w, м/с
Жидкости
При движении самотеком:
Вязкие	0,1 - 0,5
Маловязкие	0,5 - 1,0
При перекачивании насосами:
во всасывающих трубопроводах	0,8 - 2,0
в нагнетательных трубопроводах	1,5 - 3,0
Газы
при естественной тяге:	2 - 4
При небольшом давлении (от вентиляторов)	4 - 15
При большом давлении (от компрессоров)	15 - 25
Пары
Перегретые	30 - 50
Насыщенные, при давлении, Па:
больше 105	15 - 25
(1-0,5)· 105	20 - 40
(5-2)· 104	40 - 60
(2-0,5)· 104	60 - 75

Диаметр штуцера для ввода греющего пара в первом корпусе

где D - расход пара, кг/с; - плотность пара при давлении его Р_Г1, кг/м³; (при Р_Г = 0,491 МПа, = 2,614 кг/м³).

2.7 Подбор конденсатоотводчиков

Для отвода конденсата и предотвращения проскока пара в линию отвода конденсата теплообменные аппараты, обогреваемые насыщенным водяным паром, должны снабжаться конденсатоотводчиками. Расчет и подбор стандартного поплавкового конденсатоотводчика по ГОСТ 15112 - 69 заключается в определении диаметра условного прохода по максимальному коэффициенту пропускной способности k и в выборе по найденной величине D_y конструктивных размеров аппарата:

Dy, мм	20	25	32	40	50	80
k, т/ч	1,0	1,6	2,5	4,0	6,3	10,0

Значение максимального коэффициента пропускной способности определяется в зависимости от расхода конденсата в (т/ч) и перепада давлений ?Р (кгс/см²) между давлением до конденсатоотводчика и после него:



Давление до конденсатоотводчика Р₁ следует принимать равным 90 - 95% от давления греющего пара, поступающего в аппарат, за которым установлен конденсатоотводчик; давление после конденсатоотводчика принимается в зависимости от его типа и от величины давления в аппарате, но не более 40% этого давления.

Количество конденсата G равняется количеству пара, поступающего в греющую камеру аппарата, т.е. G = 0,737 кг/с = 2,6532 т/ч.

Тогда

Согласно зависимости при конденсатоотводчик должен иметь диаметр условного прохода D_y = 80 мм. По этой величине диаметра условного прохода выбираем конструктивные размеры конденсатоотводчика.

ВЫВОДЫ

По результатам расчетов по многокорпусной выпарной установке было выбрано следующее технологическое оборудование:

1. По ГОСТ 11987 выбираем выпарной аппарат с вынесенной греющей камерой и естественной циркуляцией, с поверхностью теплообмена , длиной труб , диаметром греющей камеры , диаметром сепаратора , диаметром циркуляционной трубы и высотой . (3 шт.).

2. Барометрический конденсатор с диаметром ??бк=0,36 м и высотой барометрической трубы Нбт=9,86 м.

3. По ГОСТ 1867-57 вакуум-насос типа ВВН - 6, мощность на валу N = 12,5 кВт.

4. По ГОСТ 15122-79 кожухотрубчатый двухходовой теплообменник с площадью поверхности теплопередачи , числом труб n = 488, длиной труб l = 2,5 м, диаметром труб 25x2 мм и диаметром кожуха D = 800 мм.

5. Центробежный насос марки Х20/53, Н = 34,4 м, = 0,5 с электродвигателем AO2 - 52 - 2 номинальной мощностью N = 13 кВт.

6. По ГОСТ 9941-72 цилиндрические емкости объемом V = 25 м³ с диаметром D = 2,8 м и длиной l = 4 м (3 шт.). Цилиндрические емкости объемом V = 6,3 м³, диаметром D = 2 м и длиной l = 2 м (2 шт.).

7. По ГОСТ 9941-62 штуцер для разбавленного раствора диаметром d = 60 мм, штуцер для упаренного раствора d = 24 мм, штуцер для греющего пара d = 110 мм

8. По ГОСТ 15112- 69 конденсатоотводчик с диаметром условного прохода D_y = 80 мм.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ

1. Касаткин А.Г. Основные процесс и аппараты химической технологии: Химия, 1971. 784 с.

2. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1976. 550 с.

3. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Под ред. Ю.И.Дытнерского. - М.: Химия, 1983. 272 с.

4. Справочник химика. М.-Л.: Химия, 1964. Т.3. 1007 с., 1966. Т.5. 974 с.

5. Перри Д.Г. Справочник инженера-химика / Пер. с англ. Л.: Химия, 1969. Т.1. 640 с.

6. Воробьева Г.Я. Коррозионная стойкость материала и агрессивных сред химических производств. М.: Химия, 1975. 816 с.

7. Кичигин М. А., Костенко Г.Н. Теплообменные аппараты и выпарные установки. М.: Госэнергсиздат, 1955. 392 с.

8. Бакластов А.М., Горбатенко В.А.; Удыма П.Г. Проектирование, монтаж и эксплуатация теплообменных установок. М.: Энергоиздат, 1981. 336 с.

9. ГОСТ 1867-57. Вакуум насосы низкого давления.

10. ГОСТ 15122-79. Теплообменники кожухотрубчатые с неподвижными трубными решетками и кожухотрубные с температурным компенсатором на кожухе, 1979. 22с.

11. ГОСТ 11987-81. Аппараты выпарные трубчатые.

12. Каталог УКРНИИХИММАШа. Выпарные аппараты вертикальные трубчатые общего назначения. - М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1979.-38 с.

13. ГОСТ 26716-73. Барометрические конденсаторы.

14. ГОСТ 1867-57. Вакуум насосы низкого давления.

15. ГОСТ 15122-79. Теплообменники кожухотрубчатые с неподвижными трубными решетками и кожухотрубные с температурным компенсатором на кожухе, 1979. 22с.

16. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. - Новосибирск: Наука, 1970. 659 с.

17. Колач Т.А., Радун Д.В. Выпарные станции. - М.: Машгиз, 1963. - 400 с.

18. Кувшинский М.Н., Соболев А.П. Курсовое проектирование по предмету «Процессы и аппараты химической промышленности». - М.:Высш.шк., 1980 - 223с.

Размещено на Allbest.ru