Примеры расчета выпарных установок

Варианты заданий для проектирования выпарных установок

Рассчитать и спроектировать трехкорпусную выпарную установку по следующим данным.

Заданный раствор R в количестве , кг/ч, с начальной массовой концентрацией , %, подается в первый корпус выпарной установки при температуре кипения, соответствующей режиму работы этого корпуса.

Конечная концентрация раствора - , %.

Количество отбираемого экстра-пара после первого корпуса , кг/(100 кг раствора), после второго корпуса - , кг/(100 кг раствора).

Давление греющего пара, поступающего от источника пароснабжения - , МПа.

Давление пара в барометрическом конденсаторе - , МПа.

Начальная температура раствора, поступающего на установку - =20 °С.

Начальная температура охлаждающей оборотной воды - , °С.

Разность между температурой смеси охлаждающей воды и конденсата, выходящей из конденсатора, и температурой конденсации вторичного пара в конденсаторе - ,° С.

Схема движения пара и раствора – прямоток.

Наименование упариваемого раствора и номера заданий указаны в табл.3.1, а варианты задания с исходными данными заданий 1 - 4 приведены в табл. 3.2, заданий 5-7 в табл. 3.3.

Таблица 3.1

Наименование растворов для заданий № 1-7

№ задания	Раствор
	KOH
	Na2CO3

Таблица 3.2

Исходные данные для проекта (задания № 1-4)

№ варианта
						0,9	0,02
						0,8	0,02
						0,7	0,03
						0,6	0,03
						0,9	0,025
						0,8	0,025
						0,7	0,02
						0,6	0,03
						0,9	0,025
						0,8	0,02
						0,7	0,02
						0,6	0,03
						0,7	0,03
						0,8	0,025
						0,9	0,02
						0,8	0,03
						0,7	0,01
						0,6	0,02
						0,6	0,015
						0,7	0,025
						0,8	0,03
						0,9	0,01
						0,8	0,015
						0,7	0,02
						0,6	0,025
						0,9	0,025
						0,8	0,03
						0,7	0,015
						0,6	0,02
						0,9	0,018

Таблица 3..3

Исходные данные для проекта (задания № 5-7)

№ варианта
						0,9	0,02
						0,8	0,02
						0,7	0,03
						0,6	0,03
						0,9	0,025
						0,8	0,025
						0,7	0,02
						0,6	0,03
						0,9	0,025
						0,8	0,02
						0,7	0,02
						0,6	0,03
						0,7	0,03
						0,8	0,025
						0,9	0,02
						0,8	0,03
						0,7	0,01
						0,6	0,02
						0,6	0,015
						0,7	0,025
						0,8	0,03
						0,9	0,01
						0,8	0,015
						0,7	0,02
						0,6	0,025
						0,9	0,025
						0,8	0,03
						0,7	0,015
						0,6	0,02
						0,9	0,018

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите основные этапы составления материальных и тепловых балансов однокорпусных и многокорпусных выпарных установок, определения расхода греющего пара и выпаренной воды.

2. Составьте схему расчета многокорпусной выпарной установки.

3. Как определить располагаемую и полезную разности температур для теплового расчета выпарной установки?

4. Напишите материальный баланс процесса выпарки и определите концентрации раствора по ступеням выпарной установки.

5. Назовите исходные данные для расчета расхода первичного пара и площади поверхности нагрева аппарата в выпарной установке.

6. Какие три вида температурных депрессий приходится учитывать при расчете выпарной установки и какая из них имеет наибольшее значение?

7. В какой конструкции выпарного аппарата при прочих равных условиях гидростатическая депрессия имеет наибольшее значение?

8. Как определяется температура кипения раствора в выпарных аппаратах однокорпусной и многокорпусной выпарных установок?

9. Перечислите направления и покажите масштабы температурных потерь в многокорпусных выпарных установках. На чем основан их расчет?

10. Что понимается под явлением самоиспарения?

11. Покажите распределение общей полезной разности температур многокорпусной выпарной установки по корпусам. Выведите уравнение.

12. Перечислите способы распределения полезной разности температур между ступенями выпарки.

13. На чем основано определение предельного и оптимального числа корпусов многокорпусной выпарной установки?

14. Что такое общая располагаемая и полезная разности температур многокорпусной установки?

15. Перечислите источники вторичных энергоресурсов в выпарной установке.

16. Каким образом можно снизить затраты энергии в выпарной установке?

______________

4.1. Расчет однокорпусной выпарной установки

Схема однокорпусной выпарной установки показана на рис. 4.1. Исходный разбавленный раствор из сборника 11 центробежным насосом 10 подается в теплообменник 12, где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения, а затем в выпарной аппарат 9, из которого упаренный раствор поступает в сборник 7, откуда центробежным насосом 8 подается потребителю. Выпарной аппарат и теплообменник обогреваются греющим паром, поступающим из котельной.

Вакуум в выпарном аппарате создается за счет конденсации вторичных паров, поступающих в низ выпарного аппарата, при их охлаждении водой в барометрическом конденсаторе 3 и отсоса неконденсирующихся газов ва­куум-насосом 5. Для исключения попадания в вакуум-насос капель воды перед ним устанавливается ловушка 2. Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи барометрической трубы с гид­розатвором 4. Конденсат греющих паров из выпарного аппарата и теплообменника выводится через конденсатоотводчики и направляется в котельную или на технологические нужды.

Схема автоматизирована. Система управления выпарной установкой должна обеспечить необходимую производительность установки при задан­ной концентрации конечного продукта. В связи с этим основными регулируе­мыми параметрами являются:

1) концентрация готового продукта; 2) тем­пература исходного раствора после теплообменника 12 перед подачей его в выпарной аппарат;

3) уровень в выпарном аппарате.

Системы автоматического регулирования работают следующим образом. При увеличении, например, подачи исходного раствора уменьшится темпера­тура раствора после теплообменника 12, увеличится уровень раствора в вы­парном аппарате 9. Для стабилизации температуры раствора регулятор температуры даст сигнал на увеличение расхода греющего пара в теплооб­менник 12. Для уменьшения уровня раствора в выпарном аппарате регуля­тор расхода упаренного раствора даст сигнал, изменится положение дрос­сельной заслонки на трубопроводе таким образом, что увеличится отбор раствора из выпарного аппарата. Это может привести к снижению концен­трации упаренного раствора. Для ее стабилизации при помощи регулятора концентрации увеличится подача греющего пара в выпарной аппарат.

В связи с увеличением подачи исходного раствора увеличится количе­ство вторичного пара, поступающего в барометрический конденсатор 3, по­высится температура воды в барометрической трубе, уменьшится вакуум в системе. Для стабилизации температуры воды в барометрической трубе при помощи регулятора температуры возрастет подача оборотной воды в баро­метрический конденсатор для конденсации вторичного пара, в результате чего увеличится вакуум в системе. Для создания более глубокого вакуума необходимо открыть полностью задвижку перед вакуум-насосом или вклю­чить дополнительный вакуум-насос.

Схемой автоматизации предусмотрена стабилизация уровней жидкости в сборниках.

В процессе выпаривания контролируются расходы, давления, темпера­туры технологических потоков при помощи контрольно-измерительных при­боров (КИП).

Задание на проектирование. Спроектировать (рассчитать) однокорпусную выпарную установку для концентрирования G _н = 18 000 кг/ч (5 кг/с) водного рас­твора нитрата аммония от начальной массовой концентрации b _н = 10 % до конечной b _к = 60 % при следующих условиях:

1) обогрев осуществляется насыщенным водяным паром давлением р _{г. п} = 0,157 МПа; температура насыщения пара t _п =112,7 °С;

2) абсолютное давление в паровом пространстве выпарного аппарата р _{б. к} = 0,0196 МПа;

3) температура раствора, поступающего на установку, t ₀ = 20 °С;

4) температура раствора, поступающего в выпарной аппарат

t _н =60 °С;

5) начальная температура охлаждающей воды t= 12 °С;

6) температура смеси охлаждающей воды и конденсата, выходящей из барометрического конденсатора, ниже температуры конденсации на

Δ t = 5 °C;

7) выпарной аппарат - с выносной нагревательной камерой тип 1, ис­полнение 2 (прил. 4).

4.1.1. Материальный баланс.

Количество выпаренной воды определяется по формуле (3.4):

Количество упаренного раствора:

Дата добавления: 2014-01-07