Расчет выпарной установки

Расчет выпарной установки

Департамент образования Вологодской области

Бюджетное профессиональное образовательное учреждение Вологодской области «Череповецкий химико-технологический колледж»

                                            

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ (РАБОТА)

по дисциплине ОП.09 Процессы и аппараты

специальность: 18.02.03 «Химическая технология неорганических веществ»

Тема:

Расчет выпарной установки

(утверждена приказом колледжа № 23-уч  от 22.01.2018 г.)

Выполнил студент	Шмакова Татьяна Александровна
группа  31/2015	фамилия, имя, отчество                                                         подпись

Руководитель

___________ / Т.Н. Ерофеева/

«___»_________2018 г.

Дата защиты  «______»____________2018 г.     Оценка защиты __________________

Череповец, 2018

Содержание

	Стр.
Введение	4
1 Аналитический обзор литературы	5
2 Физико-химические свойства исходных веществ	11
3 Описание технологической схемы установки	13
4 Технологический расчет	14
4.1 Распределение нагрузки по корпусам	14
4.2 Расчет концентраций раствора по корпусам	15
4.3 Распределение перепада давлений по корпусам	17
4.4 Расчет температурных потерь по корпусам	22
4.5 Полезная разность температур	23
4.6 Расчет коэффициентов телопередачи по корпусам	23
4.7 Расчет теплового баланса	24
4.8 Распределение полезной разности температур по корпусам	27
4.9 Определение площади поверхности нагрева	29
4.10 Определение толщины тепловой изоляции	31
4.11 Расчет барометрического конденсатора	32
Заключение	36
Список используемых источников	37
Приложение А. Технологическая схема трехкорпусной выпарной установки
Приложение Б. Общий вид выпарного аппарата

Введение

Выпаривание – это процесс концентрирования растворов, заключающихся в частичном удалении растворителя путем его испарения при кипении. Этот процесс заключается в том, что путем нагревания, а иногда и понижения давления некоторую часть растворителя переводят в парообразное состояние и в виде пару удаляют из жидкой смеси.

Для осуществления процесса выпаривания необходимо теплоту от теплоносителя передать кипящему раствору, что возможно лишь при наличии разности температур между ними. Таким образом, выпаривание является типичным процессом переноса теплоты от более нагретого теплоносителя – греющего пара – к кипящему раствору.

Процесс выпаривания широко применяется для повышения концентрации разбавленных растворов, выделения из них растворенных веществ путем кристаллизации, а иногда – для выделения растворителя [2].

Целью курсовой работы является расчет трехкорпусной выпарной установки с естественной циркуляцией водного раствора хлорида магния (II).

Задачи данной работы:

1. Изучить теоретические сведения о процессе выпаривания;

2. Выполнить расчет материального и теплового баланса;

3. Подобрать аппарат по ГОСТ;

4. Рассчитать барометрический конденсатор;

5. Выполнить чертеж технологической схемы выпарной установки и общий вид выпарной установки.

1 Аналитический обзор литературы

Переход вещества из жидкого состояния в парообразное происходит при любой температуре жидкости, при этом различают испарения и кипение.

Под кипением понимают переход жидкости в парообразное состояние при такой температуре, когда упругость паров жидкости равна давлению окружающего пространства, а под испарением – при температуре, когда упругость паров жидкости ниже давления окружающего пространства.

Нагревание жидкости при выпаривании можно производить с помощью любого теплоносителя, но в большинстве случаев применяют водяной пар. Обычно выпаривают водные растворы, удаляя из них воду в парообразном состоянии. Образующийся при выпаривании раствора пар называют вторичным паром [3].

Вторичный пар, отбираемый от выпарной установки для нагревания вне данной установки, называют экстра-паром.

Выпаривание производят при атмосферном давлении, под вакуумом и под давлением выше атмосферного. Для выпаривания при атмосферном давлении применяют открытые аппараты, а для выпаривания при давлении, отличном от атмосферного – закрытые.

Процесс выпаривания под вакуумом имеет ряд преимуществ по сравнению с атмосферной выпаркой:

- снижается температура кипения раствора, что дает возможность использовать этот способ для выпаривания растворов термически нестойких веществ;

- повышается полезная разность температур, что ведет к снижению требуемой поверхности теплопередачи выпарного аппарата;

- несколько снижаются потери теплоты в окружающую среду;
появляется возможность использование теплоносителя низкого потенциала.

К недостаткам выпаривания под вакуумом относятся:

- удорожание установки (так как требуется дополнительное оборудования – конденсатор, вакуум-насос и др.);

- несколько большой расход греющего пара на 1 кг выпариваемой жидкости.

При выпаривании под повышенным давлением вторичный пар может быть использован в качестве греющего агента для различных технологических нужд [2].

Тепло, затрачиваемой на выпаривания, может быть использовано однократно или многократно. В первом случае раствор выпаривают в одном аппарате и выпарную установку называют однокорпусной, а процесс выпаривания в нем – однокорпусным выпариванием; вторичный пар при этом не используется. Во втором случае тепло образующегося вторичного пара используется для нагревания других выпарных аппаратах той же установки. В этом случае установки, в которых производят выпаривание, называют многокорпусным, а процесс выпаривания в них – многокорпусным выпариванием.

В установках из нескольких выпарных аппаратов с многократным использованием греющего пара (многокорпусных) каждый аппарат установки – корпус имеет свой порядковый номер [3].

При больших производительностях (от нескольких кубических метров выпариваемого раствора в час и выше), что характерно для промышленности, выпаривание проводят по непрерывному принципу. В аппаратах непрерывного действия обычно создают условия для интенсивной циркуляции раствора, т. е. в таких аппаратах гидродинамическая структура потоков близка к модели идеального смешения.

Периодическое выпаривание проводят при малых производительностях и необходимости упаривания раствора до существенно высоких концентраций [2].

Наиболее простым способом удаления из растворов сравнительно

небольших количеств растворителя является однократное выпаривание в открытых аппаратах, которые представляют собой открытые чаши. Выпаривание ведут при атмосферном давлении, и образующийся из жидкости вторичный пар удаляется в атмосферу. Обогрев аппарата производят в большинстве случаев дымовыми газами или водяным паром через рубашки или змеевики.

Наиболее распространены закрытее выпарные аппараты, применение которых, помимо улучшения санитарно-гигиенических условий работы, дает возможность использовать тепло вторичного пара.

При выпаривании в однокорпусной установке расходуется тепло [3]:

− для нагрева раствора до температуры его кипения;

− на испарение;

− в окружающую среду.

Однокорпусная выпарная установка на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема однокорпусной выпарной установки:

1 – вакуум-выпарной аппарат; 2- поверхностный конденсатор;

3-сборник конденсатора; 4 –воздушный насос.

Вторичный пар поступает в конденсатор смешения или поверхностный конденсатор. В конденсаторе поддерживается давление, соответствующее

температуре конденсации. Так как конденсирующийся пар всегда содержит

некоторое количество воздуха и других неконденсирующихся газов, их удаляют из конденсатора с помощью вакуум-насоса.

Применение выпаривания в вакууме позволило осуществить так называемое многократное выпаривание, при котором значительно снижается расход греющего пара.

Принцип многократного выпаривания заключается в следующем. Пар, выделяющийся при кипении жидкости в одном аппарате, обогреваемом свежим паром, используют для нагрева и выпаривания раствора в другом аппарате, в котором вследствие пониженного давления раствор кипит при более низкой температуре, чем в первом. При совместной работе двух аппаратов свежий пар, вводимый в нагревательную камеру только первого выпарного аппарата, дает возможность выпарить приблизительно двоенное количество воды, т. е. расход пара на единицу выпариваемом воды понижается в два раза по сравнению с выпариванием в одном аппарате. Вместо двух аппаратов можно взять три, четыре и более раза, т. е. расход будет уменьшаться пропорционально увеличению числа совместно работающих аппаратов [3].

В зависимости от способа подачи начального раствора в выпарную установку работа ее может происходить:

- по принципу прямого или параллельного тока раствора и пара (начальный раствор поступает в первый корпус и затем естественным током протекает последовательно через все корпуса, поэтому концентрация раствора повышается в направлении от первого корпуса к последнему);

- по принципу противотока (начальный раствор подается в последний корпус и при помощи насосов последовательно передается через все корпуса по направлению к первому, поэтому концентрация раствора увеличивается в направлении, обратном направлению движения пара);

- по принципу параллельного питания каждого корпуса начальным раствором (концентрация раствора во всех корпусах одна и та же).

В промышленности применяют главным образом выпарные установки, работающие по принципу прямого тока. Параллельное питание каждого корпуса установку начальным раствором используют для выпаривания кристаллизующихся раствором, которые трудно перепускать [3].

Противоток применяют сравнительно редко, так как для его осуществления необходимо устанавливать между корпусами насосы по передаче раствора из последующего корпуса с меньшим давлением в предыдущий корпус с большим давлением. Главным образом его применяют для выпаривания растворов, вязкость которых резко повышается с возрастанием концентрации, но не применима для растворов, нестойких в условиях повышенной температуры.

Эффективным способом выпаривания, дающего экономию греющего пара, является выпаривание с применением теплового насоса.

Тепловой насос – это устройство, повышающее температурный уровень теплоты, выделяющейся в каком-либо процессе.

Выпаривание тепловым насосом позволяет вести процесс при низкой температуре кипения, что предотвращает вредное влияние его на свойства выпариваемого раствора.

Принцип роботы с тепловым насосом состоит в том, что путем адиабатического сжатия вторичного пара в компрессоре повышают температуру насыщения пара и используют для обогрева аппарата, в котором вторичный пар образовался [3].

По устройству выпарной аппарат на рис. 2 не отличается от обычных выпарных аппаратов многокорпусных установок. Вторичный пар, образующийся в паровом пространстве выпарного аппарата 1, засасывается по трубопроводу 2 турбокомпрессором3; в турбокомпрессоре пар сживается и его температура повышается до величины, необходимой для обогрева аппарата. После турбокомпрессора пар по трубопроводу 4 направляется в нагревательную камеру 5, где он конденсируется, отдавая тепло кипящему

раствору. Конденсат из нагревательной камеры отводится через конденсационный горшок 6, а скапливающийся воздух откачивается из камеры воздушным насосом по трубопроводу 7.

Выпарная установка с тепловым насосом на рисунке 2.

Рисунок 2- Схема выпарной установки с тепловым насосом:

1-   выпарной аппарат; 2,4 – трубопроводы вторичного пара; 3 – турбокомпрессор;

5 – нагревательная камера; 6 – конденсационный горшок;

7 – трубопровод для отвода воздуха.

Область применения установок выпаривания с тепловым насосом ограничена и не имеет преимуществ при работе с растворами, повышение температуры, кипения которых значительно, т. е. когда температурная депрессия велика [3].

2 Физико - химические свойства исходных веществ

 

Вода (оксид водорода) — бинарное неорганическое соединение с химической формулой H₂O. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного — кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. При нормальных условиях представляет собой прозрачную жидкость, не имеющую цвета, запаха и вкуса. В твёрдом состоянии называется льдом (кристаллы льда могут образовывать снег или иней), а в газообразном — водяным паром [8].

Вода обладает такими физическими свойствами и рядом необычных способностей, как:

- при таянии льда его плотность увеличивается  ρ= 0,9 − 1 г/см³;

- при нагревании от 0ºС до 4ºС вода сжимается. Соответственно при остывании – плотность падает;

- высокая температура и удельная теплота плавления Т = 273 К и

r = 333,55 кДж/кг), температура кипения Т = 373 К и удельная теплота парообразования r = 2250 КДж/кг, по сравнению с соединениями водорода с похожим молекулярным весом;

- высокая теплоёмкость жидкой воды;

- высокая вязкость;

- высокое поверхностное натяжение

- отрицательный электрический потенциал поверхности воды [8].

Хлорид магния (хлористый магний) — бинарное неорганическое химическое соединение магния с хлором, магниевая соль соляной кислоты. Растворяется в воде, этаноле. Встречается в природе в виде минерала бишофита. Химическая формула MgCl₂.

Бесцветные кристаллы, плотность ρ = 2,316 г/см³, температура плавления Т = 986 К, температура кипения Т = 1685 К. Хлорид магния весьма гигроскопичен; растворимость в воде при Т = 293 К  − 35,3 % по массе [7].

Таблица 1 – Физико-химические характеристики хлористого магния

Наименование показателей	Норма	Фактически
Внешний вид	Кристаллы игольчатого типа
	Цвет от белого до светло-серого с оттенками от желтоватого до светло-коричневого	Цвет белый
Запах	Без запаха	Соответствует
pH 29% раствора	От 5 до 7	6
Массовая доля MgCl2∙6H2O, %	Не менее 97	98,59
Массовая доля ионов магния Mg2+, %	Не менее 11,6	11,9
Массовая доля сульфат ионов (SO4)2-, %	Не более 1	0,46
Массовая доля щелочных металлов (Na+, K+), %	Не более 0,8	0,49
Массовая доля не растворимого в воде остатка, %	Не более 0,2	0,05
Насыпная плотность, г/см³ не более	1,46

Магний хлористый не токсичен, стерилен, пожаро- и взрывобезопасен, гигиеничен, биостоек, не образует пыли. Относится к 3 классу опасности.

Хлорид магния упаковывается в полиэтиленовые и полипропиленовые мешки массой нетто 25 кг, или в специализированные мягкие контейнеры массой нетто от 0,5 до 1 т. По согласованию с потребителем допускается использовать другие виды упаковки, обеспечивающие полную сохранность продукции и не ухудшающие ее качество.

Его транспортируют всеми видами транспорта в соответствии с правилами перевозок грузов, действующими на данном виде транспорта.

А также, должен храниться в закрытых складских помещениях или на площадках, предназначенных для хранения, исключающих попадание влаги и прямых солнечных лучей.

Гарантийный срок хранения - 12 месяцев с даты изготовления [7].

3 Описание технологической схемы установки

Технологическая схема трехкорпусной выпарной установки представлена в Приложении А.

Исходный разбавленный раствор хлорида магния поступает из заводской сети через промежуточную емкость Е-1 центробежным насосом Н-1, а затем подается в теплообменник Т-1, в котором подогревается до температуры, близкой к температуре кипения, а затем поступает в первый корпус выпарной установки В-1. Предварительный подогрев раствора повышает интенсивность кипения в выпарном аппарате В-1.

Первый корпус обогревается свежим водяным паром, поступающим из заводской сети. Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус В-1. Сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из первого корпуса выпарной установки. Аналогично третий корпус В-1 обогревается вторичным паром второго и в нем производится концентрирование раствора, поступившего их второго корпуса.

Самопроизвольный перетек 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 К-1, где заданное давление поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующихся газов  вакуум-насосом. Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится в баки Е-3 и Е-2. Образующийся в третьем корпусе В-1 концентрированный раствор хлорида магния центробежным насосом Н-2 подается в промежуточную емкость упаренного раствора Е-4, а затем на склад [2].

4 Технологический расчет

Расчет ведем согласно литературе [1, 2, 4, 5, 6].

4.1 Распределение нагрузки по корпусам

Определим количество воды, выпаренное в трех корпусах установки

(1)

где W – производительность по выпаренной воде, кг/с;

G_н – производительность по исходному раствору, кг/ч;

Х_н, Х_к – соответственно начальная и конечная концентрация раствора, масс. доли,

Распределим нагрузки по корпусам

Применим следующее соотношение массовых количеств выпариваемой воды

Найдем количество выпаренной воды в I корпусе

(2)

Найдем количество выпаренной воды во II корпусе

(3)

Найдем количество выпаренной воды в III корпусе

(4)

 

Найдем общее количество выпаренной воды

(5)

4.2 Расчет концентраций раствора по корпусам

Рассчитаем концентрацию раствора для I корпуса

(6)

Рассчитаем концентрацию для II корпуса

,

(7)

Рассчитаем концентрацию раствора для III корпуса

(8)

Найдем концентрацию раствора по корпусам

Конечная концентрация раствора для I корпуса и начальная для II корпуса будет равна

(9)

где  – начальная концентрация раствора, %

Определим конечную концентрацию для II корпуса и начальную концентрацию для III корпуса

(10)

Определим конечную концентрацию

(11)

4.3 Распределение перепада давлений по корпусам

Определим перепад давлений по корпусам

(12)

где  – абсолютное давление греющего насыщенного водяного пара в выпарном аппарате, МПа;

   – давление в барометрическом конденсаторе, МПа

Распределим перепад давлений между корпусами поровну

(13)

Тогда абсолютное давление для III корпуса будет равно

Абсолютное давление для II корпуса

(14)

Абсолютное давление для I корпуса

(15)

Найдем давление греющего пара

(16)

Данный результат соответствует заданному значению греющего

насыщенного водяного пара.

По паровым таблицам находим температуры насыщенных паров воды и удельные теплоты парообразования для принятых давлений в корпусах

Таблица 2 – Температура насыщенного пара и удельные теплоты парообразования

№ Корпуса	Рi, МПа	Р, МПа	Температура насыщенного пара, °С	Удельная теплота парообразования r, кДж/кг
III	0,090	0,90	96,20	2270,00
II	0,227	2,27	123,19	2143,99
I	0,364	3,64	139,30	2151,80
Греющего пара	0,501	5,01	151,17	2117,00

Эти температуры  и будут температурами конденсации вторичных паров по корпусам.

Рассчитаем температурные потери по корпусам от депрессии.

По справочным таблицам найдем температуры кипения растворов при атмосферном давлении. Результаты запишем в таблицу 3.

Таблица 3 – Температуры кипения при атмосферном давлении

№ Корпуса	Концентрация MgCl2, %	Температуры кипения, °С	Депрессия ∆tдепр, °С
III	20,02	106,87	6,87
II	11,96	103,11	3,11
I	8,72	102,09	2,09

Определим среднюю температурную депрессию

(17)

Найдем температурные потери от гидростатического эффекта.

Найдем плотность раствора MgCl₂ и запишем в таблицу 4.

Таблица 4 – Плотности раствора MgCl₂

Концентрация MgCl2, %	8,72	11,96	20,02
Плотность, кг/см3	1071,93	1101,13	1176,49

Определим оптимальную высоту уровня при выпаривании растворов по корпусам

(18)

где ρ_р-ра – плотность раствора  MgCl₂, кг/см³;

ρ_H2O – плотность воды, кг/см³

Оптимальная высота уровня при выпаривании растворов для I корпуса

Оптимальная высота уровня при выпаривании растворов для II корпуса

Оптимальная высота уровня при выпаривании растворов для III корпуса

Определим среднее давление

(19)

Определим среднее давление для I корпуса

Определим среднее давление для II корпуса

Определим среднее давление для III корпуса

Определим гидростатическую депрессию по корпусам

,

(20)

Запишем температуру насыщенного пара в таблицу 5.

Таблица 5 – Свойства насыщенного пара в зависимости от давления

№ Корпуса	Рср, МПа	Температура насыщенного пара, °С	Средняя температура насыщенного пара, °С
I	0,364	0,372	139,30	140,10
II	0,227	0,236	123,19	124,39
III	0,090	0,102	96,20	99,10

Гидростатическая депрессия для I корпуса

Гидростатическая депрессия для II корпуса

Гидростатическая депрессия для III корпуса

Общая гидростатическая депрессия

4.4 Расчет температурных потерь по корпусам

Определим потери от гидравлических сопротивлений

Потерю разности температур на каждом интервале между корпусами принимаем за 1°С

 

Определим сумму всех температурных потерь для установки в целом

(21)

Определим общую разность температур

,

(22)

где  – температура вторичного пара в конденсаторе, °С

4.5 Полезная разность температур

Определим полезную разность температур

,

(23)

Определим температуру кипения в корпусах

Температура кипения для I корпуса

(24)

Температура кипения для II корпуса

Температура кипения для III корпуса

4.6 Расчет коэффициентов теплопередачи по корпусам

Определим коэффициенты теплопередачи по корпусам

По найденным температурам кипения и концентрациям в корпусах подбираем в справочниках расчетные константы – физические характеристики растворов (плотность, теплопроводность, теплоемкость, вязкость). Далее задаемся диаметром труб и их длиной (в зависимости от типа выпарного аппарата).

По этим данным рассчитываем коэффициенты теплоотдачи для конденсирующегося пара и кипящего раствора и коэффициенты теплопередачи [6].

На основании таких предварительных расчетов получим следующие данные:

Ориентировочное соотношение коэффициентов теплопередачи по корпусам при выпаривании водных растворов солей

4.7 Расчет теплового баланса

Составим тепловой баланс по корпусам без учета тепловых потерь и принимаем, что из каждого корпуса в последующий раствор поступает при средней температуре кипения [6].

Определим расход теплоты в I корпусе

(25)

где r_1-3 – удельная теплота парообразования в каждом корпусе, кДж/кг

Определим расход теплоты во II корпусе

(26)

где С₁ – удельная теплоемкость, Дж/кг·К

,

(27)

Подставим полученное значение в формулу (26)

Определим расход теплоты в III корпусе

(28)

(29)

Подставим полученное значение в формулу (28)

Определим приход теплоты в III корпусе

(30)

Определим расход греющего пара в I корпусе

(31)

Определим удельный расход пара

(32)

Найдем факторы пропорциональности и запишем в таблицу 6.

Таблица 6 – Факторы пропорциональнальности

Корпус	Отношение
I
II
III
Всего:	1514	2109

4.8 Распределение полезной разности температур по корпусам

Определим полезные разности температур по корпусам для варианта с равной площадью поверхности корпусов

(33)

Полезная температура для I корпуса

Полезная температура для II корпуса

Полезная температура для III корпуса

Найдем общую полезную разность температур для варианта с равной площадью поверхности корпусов

Определим полезные разности температур по корпусам для варианта с минимальной  общей площади поверхности корпусов

(34)

Полезная температура для I корпуса

Полезная температура для II корпуса

Полезная температура для II корпуса

Найдем общую полезную разницу температур для варианта с минимальной общей площадью поверхности корпусов

4.9 Определение площади поверхности нагрева

Определим площадь поверхности нагрева для варианта с равной площадью поверхности корпусов

(35)

Площадь поверхности нагрева для I корпуса

Площадь поверхности нагрева для II корпуса

Площадь поверхности нагрева для III корпуса

Определим общую площадь нагрева

,

(36)

Определим площадь поверхности нагрева для варианта с минимальной общей площадью поверхности корпусов

(37)

Площадь поверхности нагрева для I корпуса

Площадь поверхности нагрева для II корпуса

Площадь поверхности нагрева для I корпуса

Определим общую площадь нагрева

(38)

Принимаем вариант равной площади нагрева поверхности корпусов, обеспечивающей однотипность оборудования

Подбираем выпарной аппарат по ГОСТ 11987-81

Чертеж общего вида выпарного аппарата представлен в Приложении Б.

Таблица 7 – Техническая характеристика выпарного аппарата

Длина трубы, мм	Поверхность теплообменника, м2	Диаметр греющей камеры не менее, мм	Диаметр сепаратора не более, мм	Диаметр циркуляционной трубы не более, мм	Высота аппарата не более, мм	Высота парового пространства не более, мм
4000	160	1200	2400	700	13500	2500

4.10  Определение толщины тепловой изоляции

Определим толщину тепловой изоляции из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции в окружающую среду

(40)

где  α_в − коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляции к воздуху, м²;

    t_в − температура окружающей среды (воздух), ^°С;

    t_{ст 2} − температура со стороны аппарата, ^°С;

_н – коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/м·К;

∆Н – толщина тепловой изоляции, м

Определим коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляции в окружающую среду

(41)

 

В качестве изоляционного материала выбираем совелит, который содержит 85% магнезии и 15% асбеста

Тогда, выразим толщину тепловой изоляции

(42)

где t_{ст 1} – температура насыщенного пара для I корпуса, °С

Принимаем толщину стенки 39 мм, также для II и III корпуса

4.11 Расчет барометрического конденсатора

Определим расход охлаждающей воды

(43)

где  r  − энтальпия пара в барометрическом компенсаторе, кДж/кг;

С_в – теплоёмкость воды, кДж/кг·К;

t_н − начальная температура охлаждающей воды, ºС;

t_к − конечная температура смеси воды и конденсата, ºС

(44)

Подставим полученное значение в формулу (43)

Определим диаметр барометрического конденсатора

(45)

где ρ_п – плотность пара,  выбираемая по давлению пара в   конденсаторе P_бк, кг/м³

 _п – скорость пара, принимаем 20 м/с.

По нормалям НИХИММАШ подбираем барометрический конденсатор диаметром d_бк = 500 мм с диаметром трубы d_бт = 125 мм

Определим скорость воды в барометрической трубе

(46)

Определим высоту барометрической трубы

(47)

где  В – давление вакуума в барометрическом конденсаторе, Па;

  Σ ξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений;

  λ – коэффициент трения в барометрической трубе;

 Н_бт, d_бт – высота и диаметр барометрической трубы, м;

0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления

Определим давление вакууме барометрического конденсатора

(48)

В

Найдем сумму коэффициентов местных сопротивлений

(49)

где  ξ_вх, ξ_вых – коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из неё

Определим критерий Рейнольдса

(50)

Определим коэффициент трения в барометрической трубе

(51)

Подставим полученные значения в формулу (47)

Решив уравнение, получим следующее значение

Заключение

При выполнении данной курсовой работы была изучена информация о технологии процесса выпаривания, рассмотрены основные понятия, а также рассмотрены различные способы выпаривания, их достоинства и недостатки, однокорпусные выпарные установки и их принцип работы.

Технологический расчет основан на процессе выпаривания в многокорпусной установке, а именно выпаривание в трехкорпусном выпарном аппарате с естественной циркуляцией раствора хлорида магния.

Проведен расчет материального баланса и получены следующее значение: количество выпаренной воды W_общ = 0,632 кг/с. При выполнении теплового баланса вычислена общая полезная разность температур для варианта с равной площадью поверхности корпусов ∑ ∆t_пол = 35°С.

Подобран трубчатый стальной выпарной аппарат по ГОСТ 11987-81, основанный на выполненном расчете площади поверхности нагрева аппарата

F_общ = 129,88 м² и высоте греющей трубы H = 4 м.

Выполнен расчет вспомогательного оборудования − барометрического конденсатора. По нормалям НИИХИММАШа определен диаметр барометрического конденсатора  d_бк = 500 мм и диаметр трубы d_бт = 125 мм.

 Чертеж технологической схемы трехкорпусной выпарной установки и общий вид выпарного аппарата выполнен согласно требованиям ГОСТа.

Список используемых источников

1. ГОСТ 11987-81 Аппараты выпарные трубчатые стальные.

2. Дытнерский Ю.И., Борисов Г.С., Брыков В.П. и др., Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и дополн. М.: Химия, 1991. – 496 с.

3. Касатки А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Изд. 7-е, М.: Химия, 1961. – 816 с.

4. Каталог УКРНИИХИММАШа. Выпарные аппараты вертикальные трубчатые общего назначения. М., ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, М., 1972.

5. Никольский Б.П., Григоров О.Н., Позин М.Е. и др., Справочник химика: Химическое равновесие и кинетика, свойства растворов, электродные процессы. Изд 2-е, том III, М.: Химия, 1965. – 1000 с.

6. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А., Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов/ Под ред. чл.-корр. АН СССР П. Г. Романкова. – 10-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1987. - 576 с.

 Интернет – ресурсы:

7. Российская государственная библиотека: https://www.rsl.ru

8. Вода: https://ru.wikipedia.org