Конструирование выпарной установки (стр. 2 из 6)
4. для увеличения располагаемого температурного перепада в многокорпусной установке.
В тех случаях, когда получаемый в результате выпаривания раствора вторичный пар может быть использован как теплоноситель в других теплообменных установках и поэтому нет надобности удорожать выпарную установку подключением вакуум-насоса и конденсатора, может оказаться более рациональным выпаривание под давлением.
В качестве греющего теплоносителя наибольшее применение в выпарных установках получил водяной пар.
Наибольшее распространение получили вертикальные выпарные аппараты с трубчатой поверхностью нагрева, хорошо компонующиеся и занимающие меньшую площадь.
Во всех конструкциях выпарных аппаратов для облегчения очистки поверхности нагрева от накипеобразований пар поступает в межтрубное пространство, а раствор подогревается и кипит в трубках.
Выпарные аппараты с паровым обогревом можно разбить на три группы: с естественной циркуляцией раствора, с принудительной циркуляцией раствора и плёночные аппараты.
Движущей силой естественной циркуляции раствора является разность весов столба жидкости в опускных трубах и парожидкостной эмульсии в подъёмных за счёт разности плотностей ρж и ρэ.
При работе выпарного аппарата образующаяся в трубках парожидкостная эмульсия поступает в сепаратор, где происходит сепарация, - пар уходит в паропровод вторичного пара, а жидкость поступает в циркуляционную трубу и при непрерывной выпарке смешивается с раствором, поступающим на выпарку, и вновь поступает в греющие трубки.
Для осаждения влаги во всех сепарирующих устройствах обычно используют три фактора: действие силы тяжести, под влиянием которой капельки воды выпадают из потока пара; силу контактного взаимодействия, т.е. прилипание водяных капель к поверхности сепаратора; центробежный эффект, в результате которого при движении влажного пара по кривой траектории капельки жидкости отбрасываются к периферии, т.е. к стенкам сепаратора и стекает вниз. В большинстве случаев эти три способа механического воздействия на влажный пар используются одновременно или сочетаются в разнообразной последовательности и в разной степени.
Для уменьшения колебания рабочего давления в выпарных аппаратах целесообразно в сепараторе и в нагревательной камере иметь минимальные объёмы жидкости и вводить парожидкостную смесь в сепаратор над свободной поверхность раствора.
Для устойчивой работы аппарата на выпускной трубе, подающей парожидкостную эмульсию в сепаратор, устанавливают стабилизатор (трубчатку из полых трубок). Циркуляции жидкости в аппарате обусловлена разностью гидростатических напоров жидкости на входе в кипятильные трубки и выходе из них.
Если пар, образующийся из раствора (вторичный пар одного выпарного аппарата), направить в греющую камеру другого выпарного аппарата и поддерживать во втором аппарате такое давление, чтобы температура этого пара была больше температуры кипения раствора во втором аппарате, то в нём тоже может происходить выпаривание, как и в первом аппарате.
Для возможности кипения раствора в каждом корпусе необходимо обеспечить соответствующую разность между температурами вторичного пара предыдущего корпуса и кипящего раствора следующего за ним корпуса.
Выпаривание раствора в многокорпусных установках позволяет достичь значительной экономии пара, а следовательно, и топлива по сравнению с однокорпусным выпариванием при одинаковых производительностях. Однако с увеличением числа корпусов увеличивается расход металла, начальные затраты на установку и амортизационные отчисления, расходы на текущие ремонты и, кроме того усложняется эксплуатация, поэтому в большинстве случаев на практике применяют выпарные установки с греющими поверхностями нагрева с тремя или четырьмя корпусами.
выпарной трубопровод теплообменник штуцер
1.3 Выбор конструкционных материалов аппаратов
Выбор конструкционных материалов для проектируемого аппарата определяется особенностями протекающего в нем технологического процесса, свойствами рабочих веществ, их параметрами и характером механической нагрузки. В свою очередь технологические свойства конструкционного материала предопределяют способ изготовления из него деталей аппарата.
Теплообменные аппараты изготовляют обычно на специализированных заводах. Значительная часть продукции этих заводов нормализована и представлена в каталогах и ценниках. Кроме специализированных заводов, теплообменники, изготовляют по индивидуальным заказам и чертежам неспециализированные машиностроительные заводы и мастерские. Независимо от места проектирования и изготовления теплообменные аппараты, предназначенные для работы под давлением выше 0,7 ат избыточных, должны соответствовать правилам Проматомнадзора в отношении устройства, монтажа и м эксплуатации.
В соответствии с "Правилами устройства и безопасности эксплуатации сосудов, работающих под давлением" за правильность конструкции сосуда, его расчет на прочность и выбор материала отвечает организация, разработавшая конструкцию и выполнившая ее расчет. Все изменения, могущие возникнуть в процессе изготовления или монтажа сосуда, должны быть согласованы между организацией, составляющей проект, и организацией, потребовавшей изменения проекта, оформлены в виде протокола и подписаны обеими сторонам.
Основным материалом для изготовления теплообменной аппаратуры служит прокатная сталь различных марок. Стальные теплообменные аппараты нашли широкое применение в энергетической, химической, нефтеперерабатывающей, пищевой, легкой и других отраслях промышленности. Многие аппараты массового применения (теплофикационные подогреватели, конденсаторы, испарители, выпарные аппараты, ректификационные колонны некоторых типов и др.) нормализованы и изготовляются специализированными заводами и цехами в больших количествах.
Аппарат изготовляют на основе технологического процесса, степень совершенства которого определяет качество, трудоемкость и сроки изготовления изделия, а также потребность в механосборочном и специальном оборудовании и квалифицированной рабочей силе. Технологический процесс выбирают обычно после сопоставления нескольких вариантов. В технологическом процессе предусматривается порядок изготовления отдельных деталей и узлов и последовательность сборки изделия.
В первой части разработки технологического процесса содержатся подробные сведения о качестве и порядке изготовления аппарата в соответствии с техническими условиями: класс аппарата, марки материалов по ГОСТ, способы заготовительных операций, условия сварки, требования к сварным швам, режимы термической обработки, методы межоперационного и окончательного контроля, условия испытания готового изделия. Вторая часть разработки технологического процесса посвящается выбору рациональных операций обработки деталей, последовательности рабочих операций, а также выбору наиболее рациональных оборудования, инструмента и приспособлений. В третьей части разработки определяется квалификация рабочих для различных операций технологического процесса, трудоемкость работ по каждой операции и по всему процессу изготовления изделия, продолжительность каждой операции, количество расходуемых вспомогательных материалов, размер необходимой производственной площади и место монтажа.
Разработанный технологический процесс изготовления деталей и сборки аппарата вносят в технологическиекарты и инструкции.
Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде сахар интервале изменения концентраций от 10 до 65% [6]. В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х17. Скорость коррозии её менее 0,1мм/год, коэффициент теплопроводности l=58 Вт/(м*К).
2.1 Материальный баланс установки
Принципиальная схема двухкорпусной выпарной установки
Описание схемы
Принципиальная схема двухкорпусной выпарной установки показана на схеме. Исходный разбавленный раствор из промежуточной емкости центробежным насосом подается в теплообменник (где подогревается 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 перетек раствора и вторичного пара в последующие 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 охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи барометрической трубы с гидрозатвором. Образующийся во втором корпусе концентрированный раствор центробежным насосом II подается в промежуточную емкость упаренного раствора.
Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов выводится с помощью конденсатоотводчиков.
Определяем количество раствора после выпарки Gк, кг/ч
. (1)где G0 – количество исходного раствора, поступающего на выпарку, кг/ч;
b0 – начальная концентрация раствора, %;
bк – конечная концентрация раствора, %.
.Определяем количество воды, выпаренной в установке, W, кг/ч