Файл: ПЗ 49.docx

Содержание

Обозначения и сокращения 6

Введение 8

1 Технологический расчет выпарного аппарата для упаривания раствора NaOH 12

1.1 Материальный расчет 12

1.2 Тепловой расчет 13

1.2.1 Расчет общей полезной разности температур выпарной установки 13

1.2.2 Расчет расходов греющего пара и тепловых нагрузок по корпусам 21

1.2.3 Расчет коэффициентов и построение нагрузочных кривых 23

1.2.4 Расчет поверхности нагревательной камеры 30

1.3 Выбор типа аппарата 33

2 Конструктивно-механический расчет 37

2.1 Расчет толщины обечайки 37

2.2 Расчет толщины днища и крышки 38

2.3 Расчет штуцеров и фланцев 38

2.4 Расчет опор аппарата 39

3 Расчет барометрического конденсатора 42

4 Определение толщины тепловой изоляции 45

Заключение 46

Список использованных источников 47

Обозначения и сокращения

W – количество выпариваемой воды, ;

G – производительность по раствору, ;

– концентрация, % (масс.);

с – теплоемкость, ;

D – расход греющего пара, ;

g – ускорение свободного падения, ;

H – высота, м;

L – длина, м;

I, i – энтальпия пара и его конденсата, ;

К – коэффициент теплопередачи ;

Р, р – давление, МПа;

Q – тепловая нагрузка, Вт;

q – удельная тепловая нагрузка, ;

r – теплота парообразования, ;

T, t – температура, ^оС;

– коэффициент теплоотдачи,

– теплопроводность, ;

– вязкость, Па с;

– плотность, ;

– поверхностное натяжение, ;

Re – критерий Рейнольдса;

Nu – критерий Нуссельта;

Pr – критерий Прандтля;

[ ] – допускаемое напряжение для материала изготовления, МПа;

φ – коэффициент прочности сварного шва;

C–прибавка;

M, m – масса, кг;

s

6

Индексы:

1, 2, 3 – первый, второй, третий корпус выпарного аппарата;

г.п. – греющий пар;

в.п. – вторичный пар;

в – вода;

возд – воздух;

н – начальный параметр;

к – конечный параметр;

ср – среднее значение;

ст – стенка;

пол. – полезная;

кип. – кипения;

бк – барометрический конденсатор;

р – рабочий параметр;

ур. – на верхнем уровне;

тр. – в трубах;

к – корпус;

т – труба;

бт – барометрическая труба;

т.п. – трубный пучок;

с – сепаратор;

и – изоляция;

атм – атмосферное.

7

Введение

Выпаривание – процесс концентрирования жидких растворов практи-чески нелетучих веществ путем частичного удаления растворителя испарением при кипении жидкости [1].

Для того чтобы выпариваемые растворы нагревались до кипения, пользуются следующими способами:

– нагрев с помощью водяного пара;

– носители тепла с высокой температурой;

– электрический тип обогрева.

Водяной пар является самым распространенным способом нагрева за счет своих высоких характеристик удельной теплоты конденсации и коэффициента теплоотдачи.

Выпаривание ведут как под атмосферным, так и под пониженным или повышенным давлением.

Получение высококонцентрированных растворов, практически сухих и кристаллических продуктов облегчает и удешевляет их перевозку и хране-ние.

Если процесс выпаривания осуществляется в одном аппарате, то такой процесс называется однократным процессом выпаривания. В большей степени на практике применяются процессы многократного выпаривания. Такие процессы реализуются в многокорпусных выпарных установках (МВУ).

Количество корпусов в МВУ может колебаться от двух до шести, а в некоторых случаях и до восьми. Оптимальное их число обуславливается технико-экономическими расчетами.

Многокорпусные выпарные установки используются с целью экономии греющего (первичного) пара. Теоретически на 1 кг удаляемой воды из раствора необходимо затратить греющего пара в количестве, обратно пропорциональном числу корпусов.

8

Прямоточные выпарные установки. Преимущества: раствор самотеком перетекает из корпуса в корпус, минимальные потери тепла с уходящим раствором (упаренным). Недостатки: неблагоприятные условия теплопередачи – наиболее концентрированный раствор выпаривается при самой низкой температуре, когда его вязкость максимальна, что снижает интенсивность циркуляции.

Противоточные выпарные установки. Преимущества: наиболее концен-трированный раствор, обладающий наибольшей вязкостью выпаривается при большей температуре. Недостатки: необходимость установки насосов для перекачивания растворов и существенные потери тепла с уходящим раствором изза его высокой температуры.

Схемы с параллельным питанием корпусов. Преимущества: возможность концентрирования растворов, весьма склонных к кристаллообразованию [1].

Выпарные аппараты делятся на:

1.Непрерывно действующие

В этом случае в аппарат непрерывно подают раствор, получают нужную концентрацию, а упаренный раствор также непрерывно из него выводят.

2. Периодические

Периодическое выпаривание проводят с целью получения концентраций высокой степени при условии малой производительности оборудования. При этом в аппарат подают раствор, затем выпаривают его до нужного состояния концентрации, обязательно сливают и опять загружают новую дозу того же раствора.

Выпарное оборудование также делят на несколько видов по принципу движения в них кипящей жидкости:

– выпарные аппараты со свободной циркуляцией;

– выпарные аппараты с принудительной циркуляцией;

– выпарные аппараты с естественной циркуляцией;

–

9

Устройство выпарных аппаратов:

Наибольшее распространение получили выпарные аппараты с паровым обогревом, имеющие поверхность теплообмена, выполненную из труб. Выпарные аппараты с паровым обогревом состоят из двух основных частей:

а) кипятильник (греющая камера), в котором расположена поверхность теплообмена и происходит выпаривание раствора;

б) сепаратор – пространство, в котором вторичный пар отделяется от раствора.

При условии расположения нагревательной камеры не внутри, а внекорпуса прибора, появляется возможность увеличения интенсивности процесса выпаривания за счет повышения длины кипятильных труб, а также посредством увеличения разницы плотностей смеси жидкости и пара и жидкости в циркуляционном контуре [2].

Целью данного курсового проекта является расчет прямоточной трехкорпусной выпарной установки для упаривания раствора NaOH.

Основными задачами курсового проекта являются:

1.Материальный расчет аппарата.

2. Проведение теплового расчета с целью определения необходимой ве-личины поверхности нагревательных камер.

3. Проведение конструктивно-механического расчета с целью определения основных геометрических размеров выпарного аппарата, а также подбора стандартных комплектующих элементов или узлов.

4. Расчет барометрического конденсатора с целью определения его диа-метра, расхода охлаждающей воды и высоты барометрической трубы.

5. Проведение расчета тепловой изоляции.

10

1 Технологический расчет выпарного аппарата для упаривания раствора NaOh

Дополнительные данные для расчета 3-х корпусной выпарной установки [3]:

Начальная концентрация раствора NaOH – 5 % (масс.), конечная концентрация – 50 % (масс.).

Давление греющего пара – 8 ата.

Остаточное давление в барометрическом конденсаторе – 0,1 ата.

Количество корпусов – 3.

Тип выпарного аппарата – с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой.

Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора NaOH в интервале изменения концентраций от 5 до 50 %. В этих условиях химически стойкий является сталь марки 12Х18Н10Т:

Скорость коррозии не менее 0,1 .

Коэффициент теплопроводности λ_ст = 17,5 .

1.1 Материальный расчет

1. Общее количество выпариваемой воды[4]:

2. Производительность установки по упаренному раствору:

Принимаем, что в каждом корпусе выпарной установки выпаривается одинаковое количество воды.

3. Распределение выпариваемой воды по корпусам:

11

4. Концентрация упаренного раствора по корпусам:

1 корпус:

2 корпус:

3 корпус:

1.2 Тепловой расчет

1.2.1 Расчет общей полезной разности температур выпарной установки

Рассчитывается общая полезная разность температур выпарной установки и затем равномерно распределяется по корпусам с дальнейшим уточнением.

Температурные потери и общая полезная разность температур выпарной установки, используется метод Тищенко [5, 6]:

«Нормальная» физико-химическая температурная депрессия  :

)

где и t – соответственно температура кипения раствора и чистого растворителя при давлении и соответствующей концентрации раствора.

1 корпус:

2 корпус:

3 корпус:

12

Гидравлическая температурная депрессия   принимается (исходя из практических данных) равной по на каждый корпус:

1 корпус:

2 корпус:

3 корпус:

Общая полезная разность температур выпарной установки без учета гидростатической температурной депрессии  :