Процессы и аппараты химической технологии (стр. 1 из 9)
Санкт-Петербургский государственный технологический институт
(Технический университет)
Кафедра процессов и аппаратов химической технологии
Учебная дисциплина:
Процессы и аппараты химической технологии
Курсовая работа на тему:
«Проектирование выпарной установки для концентрированного водного раствора хлорида аммония, производительностью 22 кг/с по концентрированному раствору».
IV Курс, III Группа: 491
Студент: Янин Я.А.
Руководитель: Марков А.В.
Оценка за курсовой проект
Санкт-Петербург-2002 г.
Задание по курсовому проектированию № В9
Студент Янин Я.А.
Группа 491
Спроектировать однокорпусную выпарную установку непрерывного действия для выпаривания раствора хлорида аммония.
Основные исходные данные
1. Аппарат с кипением в трубах и естественной циркуляцией раствора.
2. Производительность по концентрированному раствору 2,2 кг/с
3. Содержание растворенного вещества
Начальное 12% масс.
Конечное 25% масс.
4. Начальная температура раствора 23
5. Температура охлаждающей воды 18
6. Избыточное давление греющего пара 3
Выполнить
1. Технологический расчет установки.
2. Полный расчет тепловой установки.
3. Приближенный расчет остальных аппаратов.
Содержание
Введение
1 Аналитический обзор
2 Технологическая часть
3 Инженерные расчеты
3.1 Материальный баланс процесса выпаривания
3.2 Определение температур и давлений в узловых точках технологической схемы
3.2.1 Определение температуры конденсации и давления вторичного пара в барометрическом конденсаторе
3.2.2 Определение температур и давлений в выпарном аппарате
3.3 Тепловой баланс выпарного аппарата
3.3.1 Расход теплоты на выпаривание
3.3.2 Определение расхода греющего пара
3.4 Расчет греющей камеры выпарного аппарата
3.5 Полный тепловой расчет подогревателя начального раствора
3.5.1 Ориентировочный расчет теплообменного аппарата для подогрева раствора перед подачей в выпарной аппарат
3.5.2 Подробный расчет теплообменного аппарата
3.5.2.1 Теплоотдача в трубах
3.5.2.2 Теплоотдача при пленочной конденсации водяного пара
3.5.2.3 Расчет коэффициента теплопередачи
3.5.3 Выбор типа аппарата
3.6 Расчет барометрического конденсатора
3.7 Расчет производительности вакуум – насоса
3.8 Приближенный расчет холодильника
3.9 Определение расходов греющего пара и воды на всю установку
Выводы по проекту
Литература
Введение
В данной работе стоит задача спроектировать установку для выпаривания раствора хлорида аммония.
Выпаривание – это процесс концентрирования растворов твердых нелетучих веществ путем частичного испарения растворителя при кипении жидкости.
Выпариванию подвергают растворы твердых веществ (водные растворы щелочей, солей и др.), также высококипящие жидкости, обладающие при температуре выпаривания весьма малым давлением пара, - некоторые минеральные и органические кислоты, многоатомные спирты и др. Выпаривание иногда применяют также для выделения растворителя в чистом виде: при опреснении морской воды выпариванием образующийся из нее водяной пар конденсируют и воду используют для питьевых или технических целях.
При выпаривании обычно осуществляется частичное удаление растворителя из всего объема при его температуре кипения. Поэтому выпаривание принципиально отличается от испарения, которое, как известно, происходит с поверхности раствора при любых температурах ниже температурах кипения. В ряде случаев выпаренный раствор подвергают последующей кристаллизации в выпарных аппаратах, специально приспособленных для этих целей.
Для нагревания выпариваемых растворов до кипения используют топочные газы, электрообогрев и высокотемпературные теплоносители, но наибольшее применение находит водяной пар, характеризующийся высокой удельной теплотой конденсации и высоким коэффициентом теплоотдачи.
Процесс выпаривания проводится в выпарных аппаратах. По принципу работы выпарные аппараты разделяются на периодические и непрерывно действующие.
Периодическое выпаривание применяется при малой производительности установки или для получения высоких концентраций. При этом подаваемый в аппарат раствор выпаривается до необходимой концентрации, сливается и аппарат загружается новой порцией исходного раствора.
В установках непрерывного действия исходный раствор непрерывно подается в аппарат, а упаренный раствор непрерывно выводится из него.
Наибольшее применение в химической технологии нашли выпарные аппараты поверхностного типа, особенно вертикальные трубчатые выпарные аппараты с паровым обогревом непрерывного действия.
В зависимости от режима движения кипящей жидкости в выпарных аппаратах их разделяют на аппараты со свободной , естественной и принудительной циркуляцией, пленочные выпарные аппараты, к которым относятся и аппараты роторного типа.
В данном проекте используется аппарат с естественной циркуляцией, с вынесенной греющей камерой и трубой вскипания. В этом аппарате циркуляция раствора осуществляется за счет различия плотностей в отдельных точках аппарата. Выпариваемый раствор, поднимаясь по трубам, нагревается и по мере подъема вскипает. Образовавшаяся парожидкостная смесь направляется в сепаратор, где происходит разделение жидкой и паровой фаз.
В таких аппаратах облегчается очистка поверхности от отложений, т.к. доступ к трубам легко осуществляется при открытой верхней крышке греющей камеры.
1 Аналитический обзор
Процессы выпаривания проводят под вакуумом, при повышенном и атмосферном давлениях. Выбор давления связан со свойствами выпариваемого раствора и возможностью использования тепла вторичного пара.
Выпаривание под вакуумом имеет определенные преимущества перед выпариванием при атмосферном давлении, несмотря на то что теплота испарения раствора несколько возрастает с понижением давления и соответственно увеличивается расход пара на выпаривание 1 кг растворителя (воды). Применение вакуума дает возможность проводить процесс при более низких температурах, что важно в случае концентрировании растворов веществ, склонных к разложению при повышенных температурах. Также дает возможность использовать в качестве греющего агента, кроме первичного пара вторичный пар самой выпарной установки, что снижает расход первичного греющего пара. Вместе с тем при применении вакуума удорожается выпарная установка, поскольку требуются дополнительные затраты на устройства для создания вакуума (конденсаторы, ловушки, вакуум-насосы), а так же увеличиваются эксплуатационные расходы.
При выпаривании под давлением выше атмосферного также можно использовать вторичный пар, как для выпаривания, так и для других нужд не связанных с процессом выпаривания. Такой способ выпаривания позволяет лучше использовать тепло, чем при выпаривании под вакуумом. Этот способ применяется лишь для выпаривания термически стойких веществ. Кроме того, необходимы греющие агенты с более высокой температурой.
При выпаривании под атмосферным давлением вторичный пар не используется и обычно удаляется в атмосферу. Такой способ выпаривания является наиболее простым, но наименее экономичным.
Простейшими выпарными аппаратами со свободной циркуляцией раствора являются периодически действующие открытые выпарные чаши с паровыми рубашками (для работы под атмосферном давлении) и закрытые котлы с рубашками, работающие под вакуумом. Поверхности нагрева рубашек и соответственно нагрузки этих аппаратов очень невелики. Значительно большей поверхностью нагрева в единице объема обладают змеевиковые выпарные аппараты. Выпарные аппараты со свободной циркуляцией раствора в настоящее время вытеснены в большинстве производств выпарными аппаратами более совершенных конструкций, в частности вертикальными трубчатыми аппаратами.
В вертикальных аппаратах с направленной естественной циркуляцией раствора выпаривание осуществляется при много кратной естественной циркуляции раствора. Они обладают рядом преимуществ сравнительно с аппаратами других конструкций, благодаря чему получили широкое применение в промышленности. Основным достоинством таких аппаратов является улучшение теплоотдачи к раствору при его многократной организованной циркуляции в замкнутом контуре, уменьшающей скорость отложения накипи на поверхности труб. Кроме того, большинство этих аппаратов компактны, занимают небольшую производственную площадь, удобны для осмотра и ремонта.
В аппаратах с внутренней нагревательной камерой и центральной циркуляционной трубой циркуляционная труба, как и кипятильные трубы, обогревается паром, что снижает разность плотностей раствора и парожидкостной смеси и может приводить к нежелательному парообразованию в самой циркуляционной трубе. Их недостатком является также жесткое крепление кипятильных труб, не допускающее значительной разности тепловых удлинений труб и корпуса аппарата.
В аппаратах с подвесной нагревательной камерой кольцевой канал имеет большое поперечное сечение и находится вне нагревательной камеры, что оказывает благоприятное воздействие на циркуляцию раствора. Интенсивность циркуляции в аппаратах с подвесной нагревательной камерой ( как и в аппаратах с центральной циркуляционной трубой) недостаточна для эффективного выпаривания высоковязких и особенно кристаллизующихся растворов, обработка, которых приводит к частым и длительным остановкам этих аппаратов для очистки рабочих поверхностей.