Расчет двухкорпусной выпарной установки

     ФГОУ  ВПО «Башкирский  государственный  аграрный университет» 
 
 

Факультет: Энергетический

Кафедра: Теплотехники и

энергообеспечения п/п              

Специальность: Энергообеспечение п\п

Форма обучения: очная  

Курс, группа: 3,1 
 
 
 
 

      

     Гарипова  Регина Надировна 

     Расчет  двухкорпусной выпарной установки

     Курсовой  проект

                                                                          

                                           
 
 
 
 

                                                                 «К защите допускаю»:

                                                                  Руководитель: ст.преп. Юхин Д.П 

                                                                                                           ( ученая степень,звание ФИО)                                                                                                                                                                                                                                                                        

                                                                                        ___________________

                                                                       

                                                                                        «____» _______2011 г.

     Оценка  при защите:

     ____________________

     ____________________

                         (подпись) 

     «____» __________ 2011 г. 
 
 

     Уфа 2011

     

     ОГЛАВЛЕНИЕ

       

                                                                               

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ВВЕДЕНИЕ

     Выпарные  аппараты предназначены для концентрирования жидких растворов практически нелетучих  веществ путем частичного удаления растворителя испарением при кипении  жидкости. В процессе выпаривания  растворитель удаляется из всего  объема раствора, в то время как  при температурах ниже температур кипения  испарение происходит только с поверхности  жидкости.

     Процесс выпаривания - энергоемкий процесс, особенно если теплота испарения. Как  например у воды. Поэтому составляющая на энергозатраты при выпаривании  может быть весьма существенной составляющей в себестоимости производства того или иного продукта. Одним из наиболее эффективных способов снижения энергопотребления  является применение выпарных батарей- многокорпусных выпарных установок.

     Веществом, подлежащим концентрированию в водном растворе, является К₂СО₃. Его основные физико-химические свойства приведены в таблице 1.1:

     Таблица 1.1 Физико-химические свойства К₂СО₃.

 

     Пошат используют в производстве стекла. Значительное количество пошата употребляют  для производства некоторых солей, фармацевтических препаратов, жидкого  калийного мыла. Для получения  жидкой и твердой двуокиси углерода, при крашение и отбелки тканей, для изготовления печатных красок и  т.д. разработан способ кладки бетона в  зимнее время с применением раствора пошата. В препаративной химии  в качестве водоотталкивающего средства.

     ИСХОДНЫЕ  ДАННЫЕ

     

     

     Зачетная  книжка № 281083 

1. Производительность  – G_н=83 т/ч = 23 кг/с
2. Вид раствора - К₂СО₃  
3. Начальная концентрация раствора  -  х_н=3%
4. Конечная концентрация раствора  -  х_к=83%
5. Давление греющего пара – р_г1=1.083 МПа
6. Давление в барометрическом конденсате – р_бк=0.0083 МПа
7. Число корпусов – 2 корпуса
8. Взаимное направление пара и раствора – противоток
9. Температура поступательного раствора в выпарном аппарате равен с температурой кипения расствора
10. Вид циркуляции – естественная
11. Тип аппарата – 1 тип
12. Исполнение аппарата – 1 исполнение

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УСТАНОВКИ 

     В химической и смежной с ней отраслях промышленности жидкие смеси, концентрирование которых осуществляется выпариванием, отличаются большим разнообразием как физических параметров (вязкость, плотность, температуря кипения, величина критического теплового потока и др.), так и других характеристик (кристаллизующиеся, пенящиеся, нетермостойкие растворы и др.). Свойства смесей определяют основные требования к условиям проведения процесса (вакуум-выпаривание, прямо- и противоточные, одно- и многокорпусные выпарные установки), а также к конструкциям выпарных аппаратов.

     Такое разнообразие требований вызывает определенные сложности при правильном выборе схемы выпарной установки, типа аппарата, числа ступеней к многокорпусной выпарной установке. В общем случае такой выбор является задачей оптимального поиска и выполняется технико-экономическим сравнением различных вариантов с использованием ЭВМ.

     Ниже приведен типовой расчет двух корпусной установки, состоящей из выпарных аппаратов с естественной циркуляцией (с соосной камерой). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. принцип работы двух корпусной  выпарной установки

 

     Исходный  разбавленный раствор из промежуточной  емкости центробежным насосом подается в теплообменник, где прогревается до температуры, близкой к температуре  кипения, а затем – в первый корпус 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. Сюда же поступает  частично сконцентрированный раствор  из 1-го корпуса.

     

     Самопроизвольный  переток раствора и вторичного пара в следующие корпуса возможен благодаря общему перепаду давлений, возникающему в результате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса в барометрическом  конденсаторе смешения, где заданное давление поддерживается подачей охлаждающей  воды и отсосом неконденсирующихся газов вакуум-насосом. Смесь охлаждающейся  воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи барометрической трубы  с гидрозатвором. Образующийся во втором корпусе концентрированный раствор  центробежным насосом подается в  промежуточную емкость упаренного раствора.

     Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов  выводится с помощью конденсатоотводчиков. 
 
 
 
 
 

     2 РАСЧЕТ ОСНОВНОГО АППАРАТА 

     Поверхность теплопередачи каждого корпуса  выпарной установки определяется по основному уравнению теплопередачи:

     F = Q/(KΔt_п)                                                 (2.1)

     где Q – тепловая нагрузка, кВт;

     K – коэффициент теплопередачи,  Вт/(м²_*K);

     Δt_п – полезная разность температур_, град.

     Для определения тепловых нагрузок Q, коэффициентов  теплопередачи К и полезных разностей  температур Δt_п необходимо знать распределение упариваемой воды, концентраций растворов и их температур кипения по корпусам. Эти величины находятся методом последовательных приближений.

     Производительность  установки по выпариваемой воде определяется из уравнения материального баланса:

     W = G_н(1 – x_н/x_к)                                               (2.2)

     где G_н – производительность установки по исходному раствору, кг/с;

     x_н, x_к – массовые концентрации вещества в исходном и упаренном растворе соответственно, %.

     W = 23_*(1 – 3/83) = 22.17 кг/с

     Распределение концентраций раствора по корпусам установки  зависит от соотношения нагрузок по выпариваемой воде в каждом аппарате. В первом приближении на основании  практических данных принимают, что  производительность по выпариваемой воде распределяется между корпусами  в соотношении:

     w₁: w₂= 1,0: 1,1

     Тогда,

     w₁ = 1,0W/(1,0 + 1,1) = 1,0_*22.17/2,1 = 10.56кг/с;

     w₂ = 1,1W/(1,0 + 1,1) = 1,1_*22.17/2,1 = 11.61 кг/с; 

     Далее рассчитываются концентрации растворов  в корпусах:

     

     x₁ = G_нx_н/(G_н - w₁) = 23_*0,03/(23 – 10/56) = 0,055, или 5.5%;