Файл: Задание на курсовой проект.docx

ВВЕДЕНИЕ

Выпаривание – это процесс концентрирования практически нелетучих твердых веществ за счет испарения летучего растворителя. При этом частичное удаление растворителя из всего объема раствора осуществляется при температуре кипения последнего, когда давление паров растворителя равно давлению в надрастворном пространстве.

Особенностью процесса выпаривания является постоянство температур кипения при данном давлении и составе раствора. В ряде случаев выпаренный раствор подвергают последующей кристаллизации.

Тепло, необходимое для выпаривания, обычно подводится с насыщенным водяным паром, который называется греющим (первичным), через стенку, отделяющую теплоноситель от раствора. Вторичным называется пар, образующийся при выпаривании кипящего раствора.

Процессы выпаривания проводят в выпарных аппаратах под вакуумом, при повышенном и атмосферном давлениях в зависимости от свойств раствора и возможности использования теплоты вторичного пара.

В современных выпарных установках выпариваются очень большие количества воды, достигающие нескольких сот тонн в час. Поскольку на выпаривание 1 кг воды расходуется более 1 кг греющего пара, то уменьшение его расхода является чрезвычайно актуальной задачей. Одним из вариантов ее решения является объединение нескольких выпарных аппаратов в многокорпусную выпарную установку.

МВУ нашли широкое применение преимущественно в тех процессах, где растворителем является вода, т. е. при концентрировании продуктов в пищевой промышленности, растворов солей и щелочей, сточных вод, в опреснительных установках. Помимо высоких теплоты испарения и коэффициента теплоотдачи при конденсации водяных паров у воды есть еще то преимущество, что допустимо ее смешивание с самым распространенным теплоносителем – водяным паром.

Применение многокорпусных выпарных установок позволяет значительно уменьшить расход теплоты на выпаривание благодаря использованию теплоты вторичного пара.

Принцип работы МВУ состоит в том, что выпаривание производят в нескольких, соединенных между собой аппаратах. Давление в аппаратах поддерживают таким образом, что вторичный пар предыдущего корпуса используется в качестве греющего в последующем. Давление вторичного пара в первом корпусе определяют исходя из располагаемого давления греющего пара и физико-химических свойств выпариваемого раствора.

---

При работе многокорпусных выпарных установок часть вторичного пара часто используют для обогрева других аппаратов (подогревателей раствора, отопительной системы и т. д.). Этот извлекаемый из системы выпарной установки пар называется экстра-паром. Его можно выводить из любого корпуса установки. При этом необходимо учитывать, что чем дальше от первого корпуса отбирается экстра-пар, тем меньше расход греющего пара и, следовательно, экономичнее работает установка.

Экономия греющего пара в многокорпусных выпарных установках по сравнению с однокорпусными достигается за счет использования вторичного пара из предыдущего аппарата в качестве, греющего в последующем. По ходу движения пара от аппарата к аппарату температура пара понижается. Для соответствующего уменьшения температуры кипения раствора в последующих по ходу движения пара аппаратах создается более низкое давление, чем в предыдущем аппарате. Таким образом, условием функционирования многокорпусной выпарной установки является положительная полезная разность температур в каждом корпусе, то есть температура вторичного пара из предыдущего корпуса должна быть выше температуры кипения раствора в последующем. Только в этом случае будет обеспечен перенос тепла от пара к раствору.

Многокорпусные выпарные установки в зависимости от относительного движения греющего пара и выпариваемого раствора разделяются на: прямоточные, противоточные, с параллельным питанием корпусов раствором, смешанного тока.

Выпарные аппараты с естественной циркуляцией просты по конструкции и применяются для выпаривания растворов с невысокой вязкостью, не склонных к кристаллизации.

Аппараты выгодно отличаются от устаревших конструкций аппаратов с центральной циркуляционной трубой. Наличие обогреваемой центральной циркуляционной трубы приводило к снижению интенсивности циркуляции.

Они отличаются простотой конструкции и легкодоступны для ремонта и очистки.

Физические свойства черного щелока оказывают существенное влияние на тип выбираемого выпарного аппарата, схему выпарной установки и температурный режим упаривания щелока. К основным физическим показателям сульфатного черного щелока относятся: плотность, вязкость, теплоемкость, температура кипения.

Органические вещества черных щелоков сульфатцеллюлозного производства представляют огромный резерв органического сырья.

---

1 Описание технологической схемы



Рисунок 1 Технологическая схема четырехкорпусной выпарной установки.

Исходный раствор сульфатного щелока из промежуточной емкости при помощи центробежного насоса подается в теплообменник, где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения, а затем попадает во второй корпус выпарной установки. Происходит переток частично упаренного раствора из второго корпуса в третий за счет перепада давлений в корпусах. Первый корпус обогревается свежим водяным паром, поступаемым с ТЭЦ. Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора во втором корпусе, направляется в качестве греющего в третий корпус. Сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из 2-ого корпуса. Аналогично третий корпус обогревается вторичным паром второго и в нём производится концентрирование раствора, поступившего из второго корпуса, затем вторичный пар из предыдущего корпуса используется для обогрева последующего.

Вторичный пар четвертого корпуса конденсируется в барометрическом конденсаторе.

После того как исходный раствор поступил в третий корпус, обогреваемый соковым (вторичным) паром второго корпуса, он переходит в четвертый корпус (в том же направлении, что и греющий пар). Из последнего, т.е. четвертого корпуса, раствор перекачивается в первый корпус, а затем последовательно упариваясь и повышая свою концентрацию до необходимой величины раствор направляется на дальнейшую переработку.

2 РАСЧЕТ МНОГОКОРПУСНОЙ ВЫПАРНОЙ УСТАНОВКИ

2.1 Выбор типа выпарного аппарата

Определяем по каталогу тип аппарата и выбираем высоту и диаметр труб греющей камеры.

Тип аппарата – II. H=5000 мм; - =38х2мм.

Выбираем материал труб: так как щелок среда агрессивная, выбираем сталь нержавеющую и определяем ее теплопроводность: ????=17,5 Вт/(мК).

---

2.2 Составление материального баланса

Составляем материальный баланс для всей установки и определяем общее количество выпаренной воды:









кг/с;


кг/с.

2.3 Ориентировочный расчет многокорпусной выпарной установки

1. 
   Распределяем выпаренную влагу по корпусам. Сделаем это распределение равным, приняв следующее соотношение массовых количеств выпариваемой воды по корпусам: Ⅴ:Ⅳ:Ⅲ:Ⅱ:Ⅰ = 1:1:1:1:1. Следовательно, количество выпариваемой воды:
   

во Ⅴ корпусе кг/с;


в Ⅳ корпусе кг/с;

в
III корпусе кг/с.

в II корпусе кг/с.

в I корпусе

Итого кг/с.

2. 
   Рассчитываем концентрации раствора по корпусам, составляем материальные балансы для каждого корпуса.
   

Ⅴ орпус:

---

Ⅳ корпус:









Ⅲ корпус:









Ⅱ корпус:










Ⅰ корпус:










Т.к. , следовательно, расчет выполнен, верно.

Для аппаратов с естественной циркуляцией дальнейший расчет ведем по конечным концентрациям.

3. 
   Распределим общий перепад температур по корпусам пропорционально концентрации раствора.
   

P₁ = 5 кг/см²;

P_б.к.= 2 кг/см²;

t₁=151,1°C;

t_б.к.=59,7°C.

.

---