5 Контрольные вопросы

1. Что такое выпаривание?

2. Какова цель выпаривания?

3. Область применения выпарных установок?

4. В чем отличие кипения раствора от кипения чистого растворителя?

5. Что такое физико-химическая температурная депрессия?

6. От каких факторов зависит физико-химическая температурная депрессия?

7. Как рассчитывается физико-химическая температурная депрессия?

8. Влияние температурной депрессии на величину поверхности нагрева?

9. Как изменяются физические свойства раствора с изменением концентрации?

10. Что такое массовая концентрация раствора?

11. Периодические действующие выпарные установки, их недостатки и область применения.

12. Непрерывно действующие установки, их достоинства.

13. Область применения вакуумных установок.

14. Почему в многоступенчатых установках последние ступени работают под вакуумом?

15. Область применения установок, работающих под давлением выше атмосферного.

16. Что такое движущий напор циркуляции?

17. На что расходуется движущий напор циркуляции?

18. Конструкция и работа выпарного аппарата с внутренней центральной опускной трубой.

19. Конструкция и работа выпарного аппарата с подвесной греющей камерой.

20. Конструкция и работа выпарного аппарата с выносной опускной трубой.

21. Конструкция и работа выпарного аппарата с выносной греющей камерой.

22. Почему необходима сепарация вторичного пара?

23. Какие факторы используются для сепарации пара?

24. От каких параметров зависит гравитационная сепарация?

25. Как осуществляется сепарация с использованием центробежного эффекта?

26. Как осуществляется сепарация с использованием силы контактного взаимодействия?

27. Достоинства многоступенчатых выпарных установок.

28. Зависимость расхода первичного пара от числа ступеней выпарной установки.

29. Схемы выпарных установок, их достоинства, недостатки, область применения: а) прямоточная,

б) противоточная,

в) комбинированные,

г) с параллельным питанием раствором,

д) с параллельным включением по пару,

е) с нулевым корпусом,

ж) с двойным первым корпусом,

з) с двумя греющими теплоносителями.

30. Что такое экстра-пар?

31. Определение количества выпариваемой воды.

32. Определение концентрации раствора по ступеням.

33. Что такое гидростатическая депрессия и ее расчет?

34. Что такое гидравлическая депрессия и ее расчет?

35. Что такое располагаемая разность температур?

36. Что такое полезная разность температур?

37. Тепловой баланс для ступени выпарной установки.

38. Тепловой эффект дегидратации, от каких факторов он зависит?

39. От каких факторов зависит коэффициент теплоотдачи при кипении воды и конденсации пара?

40. Как рассчитывается коэффициент теплоотдачи?

41. Преимущества применения графического метода расчета коэффициента теплопередачи?

42. Способы распределения полезной разности температур выпарной установки?

43. Типы конденсаторов применяемых в выпарных установках ?

44. Почему необходимо удалять воздух из конденсатора?

45. Каковы источники поступления воздуха в конденсатор?

46. Тепловой баланс конденсатора.

47. Как определяется диаметр конденсатора?

48. Назначение барометрической трубы.

49. Как определяется диаметр барометрической трубы?

50. Как определяется высота барометрической трубы?

51. Назначение подогревателя раствора в схеме.

52. Назначение и типы конденсатоотводчиков.

53. Применение трансформаторов тепла в выпарных установках.

54. Последовательность переключений баков-сборников готового раствора.

55. Последовательность переключений при выводе из работы и включении в работу одного из выпарных аппаратов.

56. Влияние изменения давления греющего пара и вакуума в конденсаторе на производительность установки.

57. Способы очистки греющих поверхностей.

58. Растворы, применяемые для промывки выпарных аппаратов.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1. Лебедев П.Д. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий. (Курсовое проектирование). / П.Д.Лебедев, А.А.Щукин. – М.: Энергия, 1970. – 408 с.

2. Теплоэнергетика и теплотехника: Общие вопросы: Справочник /Под общ. Ред. Чл.-корр. РАН А.В.Клименко и проф. В.М. Зорина. – 3-е изд., перераб. В 4-х кн.– М.: Изд-во МЭИ, 2004. – Кн.. 4. Теплоэнергетика и теплотехника.- 2004. - 632 с.: ил.

3. Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. / П.Д.Лебедев. – М.: Энергия, 1972. – 320 с.

4. Промышленные тепломассообменные процессы и установки. /Под ред А.М.Бакластова. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 328 с.

5. Вукалович М.П. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара./ М.П.Вукалович, С.Л.Ривкин, А.А.Александров. – М.: Изд-во стандартов, 1969. – 408 с.

6. Ривкин С.Л. Термодинамические свойства воды и водяного пара. / С.Л.Ривкин, А.А.Александров. – М.: Энергия, 1975. – 80 с.

7. Нормаль МН 3390-62. Аппараты выпарные. Типы, основные параметры и размеры. – М.: Стандартгиз, 1962.

8. Единая система конструкторской документации. Основные положения ГОСТ 2.001-70. Введен 01.07.71. – М.: Изд-во стандартов, 1988.– 296 с.

9. Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент ГОСТ 8732-78 (СТ СЭВ 1481-78). Введен 01.01.79. – М.: Госкомитет СССР по стандартам, 1985. – 16 с.

10. Чечель П.С. Процессы и аппараты химической технологии. / П.С.Чечель. – Киев: Выща шк.., 1974. – 192 с.

11. Справочник по теплообменным аппаратам паротурбинных установок / Ю.М.Бродов, К.Э. Аронсон, А.Ю. Рябчиков, М.А.Ниренштейн // Под общ. ред. Ю.М.Бродова.- М.: Издательский дом МЭИ, 2008. – 480 с.: ил.

Приложение А

Физические свойства растворов

Раствор	Концентрация b, %	Физико-химическая депрессия 1атм, С	Плотность , кг/м3	Удельная теплоемкость с, кДж/кгК	Интегральная теплота растворения qR,кДж/кг
KOH	0 5 10 15 20 25 30 35 40	0,0 1,1 2,4 4,1 6,9 9,8 13,7 18,2 24,9	1000 1045 1092 1140 1188 1239 1290 1344 1399	4,187 3,870 3,630 3,410 3,250 3,120 3,010 2,910 2,820	0 970 966 960 952 938 915 884 850
NaOH	0 5 10 15 20 25 30 35 40	0,0 1,2 2,9 5,1 8,0 11,4 15,3 21,1 26,9	1000 1054 1107 1161 1215 1268 1322 1375 1429	4,187 3,910 3,700 3,500 3,470 3,400 3,360 3,320 3,290	0 1077 1089 1092 1081 1046 983 896 784

Физические свойства растворов приведены при 20 С. Зависимости этих свойств от температуры и давления приведены в специальных справочниках.

Приложение Б

АППАРАТЫ С ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ, СООСНОЙ ГРЕЮЩЕЙ КАМЕРОЙ И КИПЕНИЕМ РАСТВОРА В ТРУБАХ

Аппарат состоит из греющей камеры, сепаратора с отбойником и брызгоотделителем и циркуляцион­ной трубы с нижней камерой.

Греющая камера представляет собой пучок труб, заключенный в цилиндрическую обечайку. Верхние и нижние концы труб завальцованы в трубные решетки, приваренные к торцам обечайки.

Сепаратор – цилиндрический сосуд с коническим днищем и эллиптической верхней крышкой. В верхней части сепаратора расположен брызгоотделитель.

Выпариваемый раствор, поднимаясь по трубам, поступает в сепаратор, где разделяется на жидкую и паровую фазы.

Вторичный пар, проходя сепаратор и брызгоотделитель, освобождается от капель раствора и выходит из аппарата через штуцер Б.

Раствор по циркуляционной трубе опускается вниз и поступает в нижнюю часть труб, где подогревается греющим паром и по мере подъема вскипает.

Греющий пар через штуцер А поступает в межтрубное пространство, где конденсируется. Конденсат удаляется через штуцер В.

При работе одиночного аппарата температура поступающего раствора обычно ниже температуры кипения в аппарате, и поэтому раствор подают в верхнюю часть циркуляционной трубы через штуцер Г.

При работе аппарата в системе многокорпусной установки раствор из каждого предыдущего аппарата в последующий рекомендуется подавать через нижнюю соединительную камеру под трубную решетку.

Для наблюдения за работой аппарата предусмотрены смотровые окна.

Аппарат рассчитан на непрерывную и периодическую работу.

Избыточное расчетное давление (3; 6; 10) кг/см² в греющей камере и (-0,92; 1; 3; 6) кг/см² в сепараторе.

Продолжение приложения Б

Рисунок – Б.1

Аппарат с естественной циркуляцией, сосной греющей камерой и кипением

раствора в трубах

Продолжение приложения Б

Основные технические данные (размеры в мм)

Номиналь-ная по-верхность теплооб-мена, м2	Действительная поверхность теплообмена, м2						Диаметр греющей камеры Д1	Сепаратор				Диаметр циркуляционной трубы Д3	Высота аппарата Н при диаметре трубы
	При диаметре трубы 252 и длине l		Количество труб	При диаметре трубы 382 и длине l		Количество труб		Диаметр Д2	Высота
									до брыго-отделителя Н1	до отбойниа Н2			252	382
	3000	4000		4000	5000
10	12	-	58	-	-	-	325	800	1200		200	150	5660	-
25	24		118	23	-	52	400				300		6190	7190
	-	32		-	-								7190	-
50	-	-	277	52	-	118	600	1200			400	200	-	7490
63	56	-		-	-								6490	-
80	-	74		-	-								7490	-
100	101	-	505	90	-	203	800	1400	1600		500	300	7310	8310
125	-	135		-	112								8310	9320
160	163	-	817	154	-	358	1000	2000	1600		650	400	7900	8900
200	-	216		-	192								8900	9900
	-	-	-	218								500	-	9320
250	-	-	-	-	272	508	1200						-	10320
315	-	313	1183	-	-			2200					9400	-
	-	-	-	308	-	718	1400	2600			700	600	-	9610
400	-	434	1637	-	384								9610	10610
	-		-	408	-	952	1600	2800			800	700	-	9720
500	-	-	-	-	510								-	10720

Продолжение приложения Б

Назначение и условный проход Д_у, мм, штуцеров и люков

Условное обоз-начение	Назначение	Диаметр обечайки греющей камеры, мм
		325	400	600	800	1000	1200	1400	1600	1800
А	Вход греющего пара	150		250	400	500	600		800
Б	Выход вторичного пара	219		325	500	600		800		1000
В	Выход конденсата	32		50	70	80	100			125
Г	Вход раствора	32	50		70	80	100		125
Д	Выход раствора	32	50		70	80	100		125
Е	Сдувка неконденсирующихся газов	32					50
Ж	Вход воды для промывки	32			50		80		100
З	Вход воды для промывки и опрессовки межтрубного пространства	32			40		50		80
И	Воздушник	20					32
К	Смотровое окно на крышке сепаратора	80		150
Л	Смотровое окно на сепараторе	150
М	Слив из межтрубного пространства	32			40		50		80
Н	Слив из аппарата	32		50			80		100
П	Для манометра	М201,5
Р	Для термометра	М272
С	Люк на сепараторе	250			500
Т	Люк на греющей камере	250			400
У	Отбор проб	40
Ф	Для указателя уровня конденсата	Труб. ¾ “

Продолжение приложения Б

АППАРАТЫ С ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ, СООСНОЙ ГРЕЮЩЕЙ КАМЕРОЙ И ВЫНЕСЕННОЙ ЗОНОЙ КИПЕНИЯ С НИЖНИМ СОЛЕОТДЕЛЕНИЕМ

Аппарат состоит из греющей камеры, сепаратора с трубой вскипания, отборником и брызгоотделителем, циркуляционной трубы и солеотделителя.

Конструкция греющей камеры аналогична аппа­рату исполнения А.

Кипение раствора происходит не в греющих тру­бах, а в трубе вскипания, расположенной внутри сепаратора над греющей камерой. Кипение в грею­щих трубах предотвращается за счет гидростатичес­кого давления столба жидкости в трубе вскипания.

Высота трубы вскипания условно принята рав­ной 2 м. Действительную рабочую высоту опреде­ляют в каждом конкретном случае в зависимости от давления в сепараторе и концентрации раствора и указывают при заказе.

Циркуляция раствора в аппарате осуществляется по контуру: сепаратор — циркуляционная труба— солеотделитель — греющая камера — сепаратор.

Вторичный пар, пройдя сепаратор и брызгоотделитель, освобождается от капель раствора и вы­ходит из аппарата через штуцер Б. Уровень раство­ра должен поддерживаться по верхней кромке трубы вскипания.

Снижение уровня приводит к потере полезного напора и уменьшению скорости циркуляции раство­ра, а значительное повышение уровня может выз­вать повышенный унос раствора.

Выделяющиеся из раствора более крупные крис­таллы соли осаждаются в солеотделителе и выводятся с упаренным раствором через штуцер Д, а мелкие — уносятся циркулирующим потоком жид­кости.

Слабый раствор, поступающий на выпаривание, подается в аппарат через штуцер Г.

Конструкцией аппарата предусмотрен штуцер Ж для промывки нижней части сепаратора и солеотделителя.

Для наблюдения за работой аппарата предусмотрены смотровые окна; для установки манометров и термометров имеются бобышки.

Аппарат рассчитан на непрерывную работу.

Расчетное давление в греющей камере 3; 5; 10 кг/см² и в сепараторе -0,92; 1; 3; 6 кг/см² .

Продолжение приложения Б

Рисунок Б.2 - Аппарат с естественной циркуляцией, с соосной греющей камерой и вынесенной зоной кипения с нижним солеотделением

Продолжение приложения Б

Основные технические данные (размеры в мм)

Номинальная поверх-ность теплообмена, м2	Действительная поверхность теплообмена, м2					Диаметр греющей камеры Д1	Сепаратор			Диаметр циркуля-ционной трубы Д3	Труба вскипания		Высота аппарата Н при диаметре трубы
	При диаметре трубы 252 и длине l		Количество труб	При диаметре трубы 382 и длине 5000, l	Количество труб		Диаметр Д2	Высота
								до брызгоот-делителя Н1	до отбойниа Н2		Диаметр Д4	Высота Н4	252	382
	4000	5000
25	-	-	121	30	55	400	1000	1200	250	250	350	2000	-	10690
	32	-		-									9690	-
63	-	-	283	65	121	600	1200		400	350	500		-	11240
80	75	-		-									10240	-
100	-	93		-			1400						13300	-
125	-	-	-	112	211	800	1600	1600		500	700		-	12430
	135	-	511	-			1800						11430	-
160	-	168		-									12920	-
200	216	-	823	192	361	1000	2200		500	700	900		12350	13450
250	-	271		-			2400						12500	-
	-	-	-	272	511	1200				800	1000		-	13880
315	313	-	1189	-			2600						12900	-
400	-	391		-			2800						13900	-

Продолжение приложения Б

Назначение и условный проход Д_у, мм, штуцеров и люков

Условное обозначе-ние	Назначение	Диаметр обечайки греющей камеры, мм
		400	600		800	1000		1200
А	Вход греющего пара	150	250	400		500		600
Б	Выход вторичного пара	325	325; 500	500; 600		600; 800		800
В	Выход конденсата	32	40	50		65		100
Г	Вход раствора	50		65		80		100
Д	Выход раствора	50		65		80		100
Е	Сдувка неконденсирующихся газов	32		50
Ж	Вход воды для промывки	32		50				80
З	Вход воды для промывки и опрессовки межтрубного пространства	20		40				50
И	Воздушник	20						32
К	Смотровое окно на крышке сепаратора	80					150
Л	Смотровое окно на сепараторе	150
М	Слив из межтрубного пространства	20		40				50
П	Для манометра	М201,5
Р	Для термометра	М272
С	Люк на сепараторе	250		500
Т	Люк на греющей камере	250		400
У	Отбор проб	40
Ф	Для указателя уровня конденсата	Труб. ¾ “
Ц	Для промывки смотрового окна	25

Продолжение приложения Б

АППАРАТЫ С ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ И ВЫНЕСЕННОЙ ГРЕЮЩЕЙ КАМЕРОЙ

Аппарат состоит из греющей камеры, сепаратора с брызгоотделителем и циркуляционной трубы.

Конструкция греющей камеры аналогична аппарату типа I.

К верхней трубной решетке присоединена пере­ходная камера со штуцером для соединения с сепа­ратором.

Сепаратор — цилиндрический сосуд с эллипти­ческой верхней крышкой и коническим днищем. В верхней части сепаратора расположен брызгоотделитель.

Конструкцией сепаратора предусмотрена уста­новка циклонного или жалюзийного брызгоотделителя в зависимости от конкретных условий выпари­вания.

Коническое днище соединено с циркуляционной трубой, которая при помощи колена присоединена к нижней камере.

Циркуляция раствора в аппарате осуществляет­ся по замкнутому контуру: сепаратор — циркуля­ционная труба — греющая камера — сепаратор.

Выпариваемый раствор, поднимаясь по трубам, нагревается и по мере подъема вскипает.

Образовавшаяся парорастворная смесь направ­ляется тангенциально в сепаратор и разделяется на жидкую и паровую фазы. Вторичный пар, проходя сепаратор и брызгоотделитель, освобождается от капель и выходит из аппарата через штуцер Б, а раствор по циркуляционной трубе возвращается в греющую камеру.

Греющий пар через штуцер А поступает в меж­трубное пространство, где конденсируется. Конден­сат удаляется через штуцер В.

Раствор подают в аппарат через один из штуце­ров Г в зависимости от режима работы аппарата.

Для наблюдения за работой аппарата предусмот­рены смотровые окна.

Конструкцией аппарата предусмотрена механическая очистка внутренней поверхности греющих труб.

Аппарат рассчитан на непрерывную работу.

Избыточное расчетное давление в греющей камере 3; 6 кг/см² , а в сепараторе -0,92; 1; 3; 6 кг/см² .

Рисунок Б.3 - Аппарат с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой

Продолжение приложения Б

Основные технические данные (размеры в мм)

Номиналь-ная по-верхность теплооб-мена, м2	Действительная поверхность теплообмена м2, при диаметре трубы 252 и длине l		Количество труб	Диаметр греющей камеры Д1	Сепаратор		Высота до брызгоотделителя Н1	Диаметр циркуляционной трубы Д3	Труба вскипания		Расстояние между осями		Высота аппарата Н	Расстояние между болтами на опорах В2
					Диаметр Д2
					Рс 1 кс/см2	Рс -0,92 кс/см2			Диаметр Д4	Высота Н4	Рс 1 кс/см2	Рс -0,92 кс/см2
	4000	5000
25	24	-	55	400	800		1200	250	250	2000	1000		9050	592
	-	30											10050
50	52	-	121	600	1000			350	350		1100	1300	9340	874
63	-	65											10340
100	90	-	211	800	1000	1400	1600	500	500		1300	1700	10280	1106
125	-	112											11280
160	154	-	361	1000	1400	1800		700	700		1600	2000	10550	1390
200	-	192											11550
	218	-	511	1200	1600	2000		800	800		1800	2300	11000	1596
250	-	272											12000
315	308	-	721	1400	1800	2400		900	900		2000	2600	11150	1946
400	-	384											12150
	408	-	955	1600	2200	2800		1000	1000		2300	2900	11950	2260
500	-	510											12950
630	-	634	1189	1800	2400	3200		1200	1200		2500	3200	13220	2460
800	-	796	1495	2000	2600	3600		1400	1400		2700	3600	13690	2842

Продолжение приложения Б

Назначение и условный проход Д_у, мм, штуцеров и люков

Условное обоз-начение	Назначение	Диаметр обечайки греющей камеры, мм
		400	600	800	1000	1200	1400	1600	1800	2000
А	Вход греющего пара	150	250	400	500	600		800		1000
Б	Выход вторичного пара	219	325	325; 500	500	600	600; 800	800	800	1000
В	Выход конденсата	32	40	50	65	100			125
Г	Вход раствора	50		65	80	100		125		150
Д	Выход раствора	50		65	80	100		125		150
Е	Сдувка неконденсирующихся газов	50		50		65
Ж	Вход воды для промывки	32		50		80		100
З	Вход воды для промывки и опрессовки межтрубного пространства	20		40		50		80
И	Воздушник	32				50
Л	Смотровое окно на сепараторе	150
М	Слив из межтрубного пространства	20		40		50		80
Н	Слив из аппарата	32		50		80		100
П	Для манометра	М201,5
Р	Для термометра	М272
С	Люк на сепараторе	250		500
Т	Люк на греющей камере	250		400
У	Отбор проб	40
Ф	Для указателя уровня конденсата	Труб. ¾ “
Ш	Смотровое окно на греющей камере	50		80		150

Приложение В

Размеры	Внутренний диаметр конденсатора, мм
	500	600	800	1000	1200	1600	2000
Толщина стенки аппарата	5	5	5	6	6	8	10
Расстояние от верхней полки до крышки аппарата	1300	1300	1300	1300	1300	1300	1300
Расстояние от нижней полки до днища аппарата	1200	1200	1200	1200	1200	1200	1200
Ширина полки	-	-	500	650	750	1000	1250
Расстояние между осями конденсатора и ловушкой: К1 К2	675 -	725 -	950 835	1100 935	1200 1095	1450 1355	1650 1660
Высота установки Н	4300	4550	5080	5680	6220	7530	8500
Ширина установки Т	1300	1400	2350	2600	2975	3200	3450
Диаметр ловушки	400	400	500	500	600	800	800
Высота ловушки	1440	1440	1700	1900	2100	2300	2300
Диаметр ловушки	-	-	400	400	500	600	800
Высота ловушки	-	-	1350	1350	1400	1450	1550
Расстояние между полками:	220 260 320 360 390	260 300 360 400 430	200 260 320 380 440	250 320 400 475 550	300 400 480 575 660	400 500 640 750 880	500 650 800 950 1070
Условные проходы штуцеров: для входа пара А для входа воды Б для выхода парогазовой смеси В для барометрической трубы Г воздушник С для входа парогазовой смеси И для выхода парогазо вой смеси Ж для барометрической трубы Е	300 100 80 125 - 80 50 50	350 125 100 150 - 100 70 50	350 200 125 200 25 120 80 70	400 200 150 200 25 150 100 70	450 250 200 250 25 200 150 80	600 300 200 300 25 200 200 80	800 400 250 400 25 250 250 100

Основные размеры барометрических конденсаторов, мм

Рисунок В.1 – Барометрический конденсатор конструкции НИИХИММАШ

(аппарат с диаметром 800-2000 мм)

Рисунок В.2 – Барометрический конденсатор конструкции НИИХИММАШ

Продолжение приложения В

Основные параметры барометрических конденсаторов конструкции НИИХИММАШ

(данные таблицы соответствуют остаточному давлению 0,1 ата)

Внутренний диаметр конденсатора, мм	Средняя скорость потока в нижней части конденсатора, м/с		Производительность
	на полное сечение конденсатора	в зазоре между корпусом и полкой	объемная, м3/ч	массовая, кг/ч
500 600 800 1000 1200 1600 2000	до 23 16-24 14-22 14-23 16-25 14-22 14-22	до 47 28-43 34-54 38-62 39-61 34-54 34-54	до 16000 16000-25000 25000-40000 40000-64000 64000-100000 100000-160000 160000-250000	до 1000 1000-1600 1600-2500 2500-4000 4000-6400 6400-10000 10000-16000

Приложение Г