Введение

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

КУРСОВОГО ПРОЕКТА

по дисциплине:Процессы и аппараты химической технологии

Тема: Расчет и проектирование выпарной установки для выпаривания раствора хлорида натрия

Исполнитель

Студент(ка) 4 курса группы 3б Шпаковская П.А

подпись, дата инициалы и фамилия

Руководитель

Доцент Калишук Д.Г

должность, ученая степень, ученое звание подпись, дата инициалы и фамилия

Курсовой проект защищён с оценкой_______________ Руководитель_________________ Калишук Д.Г

подпись инициалы и фамилия

Минск 2015

Задание

Реферат

Пояснительная записка 33 стр., 5 рис., 8 табл., 8 источников.

ВЫПАРИВАНИЕ, ВЫПАРНАЯ УСТАНОВКА, КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ, ПОВЕРХНОСТЬ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ, ГРЕЮЩИЙ ПАР, БАРОМЕТРИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР, ТЕПЛООБМЕННИК, ТЕПЛОВОЙ ПОТОК

Цель работы – рассчитать и спроектировать выпарную установку для выпаривания водного раствора хлорида натрия. В работе приведено описание и обоснование разрабатываемой установки. Выполнены подробные расчеты выпарного аппарата, произведен подбор вспомогательного оборудования по стандартам: теплообменника для подогрева исходного раствора, барометрического конденсатора, вакуум-насоса и насоса для подачи исходной смеси.

Графическая часть включает:

− технологическая схема – 1 лист А1;

− общий вид основного аппарата – 1 лист А1.

Содержание

Введение. 5

1 Расчет выпарного аппарата. 18

1.1 Материальный баланс. 18

1.2 Выбор испарителя. 18

1.3 Определение температуры кипения раствора. 19

1.4 Определение полезной разности температур. 20

1.5 Тепловой баланс аппарата. 21

1.6 Расчет коэффициента теплопередачи. 21

1.7 Уточненный расчет поверхности теплопередачи. 25

1.8 Определение толщины тепловой изоляции. 25

2 Подбор вспомогательного оборудования. 27

2.1 Расчет барометрического конденсатора. 27

2.2 Побдор вакуум-насоса. 29

2.3 Расчет трубопроводной сети и выбор насоса. 30

3 Обоснование и описание установки. 8

3.1 Обоснование установки. 8

3.2 Описание технологической схемы.. 9

4 Описание конструкции и принципа действия выпарного аппарата. 10

5 Описание конструкции и принципа действия вспомогательного оборудования. 13

5.1 Насос для подачи исходной смеси. 13

5.2 Вакуумный насос. 14

5.3 Барометрический конденсатор. 15

Заключение. 33

Список использованных источников. 34

Введение

Выпаривание – процесс концентрирования растворов нелетучих веществ путем удаления жидкого летучего растворителя в виде паров.

Физическая сущность процесса выпаривания растворов заклю­чается в частичном или почти полном превращении растворителя в пар. Поскольку в производстве минеральных удобрений выпари­ваются в основном водпые растворы, далее в качестве растворителя рассматривается вода.

При кипении превращение воды в пар происходит не только на поверхности, а главным образом внутри паровых пузырьков, об­разующихся внутри самой жидкости. Пузырек пара, по мере испа­рения в него воды, увеличивается в размерах, его подъемная сила при этом возрастает, и он всплывает наверх, где и лопается, а вместо него образуется новый; таким образом осуществляется непрерывный перенос образующегося внутри жидкости пара в паровое простран­ство. Паровые пузырьки зарождаются преимущественно на стенках теплообменной поверхности, где имеется шероховатость; их обра­зованию способствуют также содержащиеся в жидкости газы, выде­ляющиеся при нагреве и образующие большие количества газовых пузырьков, в которые испаряется вода.

Выпаривание ведут как при атмосферном, так и при пониженном или повышенном давлении. При выпаривании раствора под атмосфер­ным давлением образующийся так называемый вторичный (соковый) пар выпускается в атмосферу. Это самый простой способ выпаривания.

При выпаривании под пониженным давлением (при разрежении) в аппарате создастся вакуум. Для этого вторичный пар конденси­руется в специальном конденсаторе, а неконденсирующиеся газы отсасываются вакуум-насосом.

При разрежении температура кипения растворов снижается. Поэтому вакуум-выпарку применяют для чувствительных к высокой температуре растворов, а также для высококипящих растворов, когда температура нагревающего агента не позволяет вести процесс под атмосферным давлением. Использование вакуума позволяет также увеличить разность температур между нагревающим агентом и кипящим раствором, а следовательно, уменьшить поверхность теплообмена. Однако вакуум-выпарные установки дороже из-за дополнительных затрат на конденсационные устройства и их обслу­живание.

Вследствие пониженной температуры кипения растворов потери тепла в окружающую среду, а следовательно, и расход греющего пара, идущего на компенсацию этих потерь, будут в вакуум-выпарных аппара­тах значительно меньше, чем в выпарных аппаратах, работающих под атмосферным давлением.

Отличительными признаками вы­парных аппаратов различной конструк­ции являются: вид поверхности тепло­обмена (паровые рубашки, змеевики, трубы) и ее расположение (горизон­тальные, вертикальные и наклонные аппараты), циркуляция выпариваемого раствора. Выпарные аппараты рабо­тают с естественной и искусственной циркуляцией раствора или без цирку­ляции. По принципу работы различают периодически и непрерывно действую­щие выпарные аппараты.

Простейшими периодически действующими вы­парными аппаратами являются откры­тые выпарные чаши или закрытые кот­лы с рубашками; в котлы (чаши) за­гружается исходный раствор, а выпа­ренный раствор удаляется через шту­цер в дне аппарата.

Аппараты такого типа удобны для выпаривания растворов, из кото­рых выделяются твердые осадки, за­грязняющие поверхность нагрева, а также для выпаривания химически агрессивных веществ. Котлы с рубаш­ками часто покрывают внутри коррозионностойкими материалами и снаб­жают скребущими мешалками.

Однако поверхность нагрева, а следовательно, производительность котлов и чаш с рубашками очень невелика.

Более распространены закрытые выпарные аппараты, применение которых, помимо санитарно-гигиенических условий работы, дает возможность использовать тепло вторичного пара.

В закрытых горизонтальных выпарных аппаратах греющий пар движется в горизонтальных трубах, а раствор находится и кипит в корпусе сундучной формы имеющем большую поверхность испарения.

В горизонтальных аппаратах высота слоя раствора не превышает 0,5 м, т. е. в несколько раз меньше, чем в вертикальных. Поэтому темпе­ратурные потери за счет гидростатического эффекта в горизонтальных аппаратах незначительны. Эти аппараты имеют больший объем паро­вого пространства, что позволяет концентрировать в них сильно пеня­щиеся растворы.

В вертикальных аппаратах греющий пар поступает в межтрубное пространство аппарата, выпариваемый же раствор циркулирует по трубам нагревательной камеры. Для усиления циркуляции в современных конструкциях таких аппаратов устанавливают в центре циркуляционную трубу большого диаметра для обратного стока жидкости в нижнюю часть аппарата.

Циркуляция происходит в аппарате вследствие разности веса столба жидкости в циркуляционной трубе и кипятильных трубах. Поверх­ность теплообмена каждой кипятильной трубы, приходящаяся на единицу объема выпариваемого раствора, значительно больше, чем в циркуляционной трубе, так как величина поверхности трубы за­висит линейно от ее диаметра и объем жидкости пропорционален квадрату диа­метра. Следовательно, парообразо­вание в кипятильных трубах будет проте­кать значительно интенсивнее и удельный вес раствора в них будет меньше, чем удельный вес раствора в центральной трубе. Вследствие этого усиливается есте­ственная циркуляция раствора, улуч­шается теплопередача и уменьшается образование накипи в кипятильных тру­бах аппарата.

В аппаратах большой производительности вместо одной циркуля­ционной трубы устанавливают несколько труб меньшего диаметра. Вну­тренняя циркуляционная труба обогревается снаружи паром, вследствие чего в ней всегда возникает поток парожидкостной эмульсии, направлен­ный вверх. Поток эмульсии тормозит движение вниз выпариваемого рас­твора. Для улучшения циркуляции вертикальные выпарные аппараты изготовляют с наружной циркуляционной трубой.

Размещение нагревательной ка­меры вне корпуса аппарата дает возможность уменьшить его вы­соту и повысить эффективность действия. Аппараты с выносной нагревательной камерой работают при интенсивной естественной циркуляции раствора, так как циркуляционная труба находится вне аппарата и не обогревается, а высота столбов раствора, опу­скающегося вниз, и эмульсии, поднимающейся вверх, довольно значительна. Вынос­ная камера легко доступна для чистки и ремонта, причем эти операции можно производить без остановки аппарата, присоединяя два (и более) попеременно работающих кипятильника к корпусу аппарата. В аппара­тах этой конструкции корпус выполняет также функции сепаратора.

Аппараты с выносной нагревательной камерой применяют для вы­паривания любых растворов, в том числе кристаллизующихся и пеня­щихся. Благодаря универсальности, компактности, удобству эксплуата­ции и хорошей теплопередаче выпарные аппараты с выносной камерой получили широкое распространение в химической промышленности.

Концентрирование растворов методом выпаривания – один из наиболее распространенных технологических процессов в химической, пищевой, металлургической и других отраслях промышленности. На выпаривание растворов расходуется огромное количество тепла, а на создание выпарных установок – большое количество углеродистых и легированных сталей, никеля и других металлов. Поэтому в каждом конкретном случае необходима рациональная организация процесса выпаривания, что позволяет обеспечить максимальную производительность выпарной установки при минимальных затратах тепла и металла [1].