1.2 Описание технологической схемы установки
В данном проекте рассматривается однокорпусная прямоточная выпарная установка для выпаривания хлористого калия, представлена на рис. 1.2 .
Исходный раствор из емкости Е1 насосами Н1,2 подается в подогреватель Т, где нагревается до температуры, близкой к кипению за счет конденсации в межтрубном пространстве греющего пара, подогреватель представляет собой кожухотрубчатый теплообменник.
Подогретый раствор поступает в выпарной аппарат АВ, где за счет конденсации греющего пара в межтрубном пространстве греющей камеры происходит выпаривание раствора до заданной концентрации, упаренный раствор самотеком поступает в емкость Е2, и насосами Н3 подается потребителю.
Вторичный пар поступает в нижнюю часть барометрического конденсатора КБ, где поднимаясь вверх, противоточно взаимодействует с охлаждающей водой, конденсируется, и по барометрической трубе отводится в канализацию. Образовавшиеся в ходе конденсации газы отводятся в атмосферу при помощи вакуум насоса ВН.
1.3 Описание конструкции барометрического конденсатора
Cогласно заданию в данном проекте рассматривается конструкция барометрического конденсатора смешения, эскиз которого представлен на рис. 1.3
В таких конденсаторах пар движется снизу вверх, а вода сверху вниз. Для улучшения их соприкосновения в аппарате на различной высоте расположены тарелки или полки. Вода струйками перетекает с одной полки на другую через отверстия по всей поверхности полки, часть воды, кроме того, переливается через борт полки, которым поддерживается определенный уровень воды. Воздух отсасывается сверху, а смесь воды и конденсата удаляется через барометрическую трубу. Воду в конденсатор следует подавать под напором так как при высоком расположении ввода воды (на уровне 12-15 м) вакуум в конденсаторе недостаточен для ее засасывания.
Воздух из конденсатора отсасывается вакуум-насосом сверху.[2]
1 - корпус; 2 - полки; 3, 8 - барометрические трубы; 4 - штуцер для ввода пара; 5 - патрубок для ввода воды; 6 - патрубок для отсасывания воздуха; 7 - ловушка-брызгоуловитель.
Рисунок 1.3 - Эскиз барометрического конденсатора смешения
2 Технологический расчет
2.1 Материальный баланс установки
Материальный баланс рассчитываем с целью определения количества удаляемой влаги: [4]
где
-
количество удаляемой влаги, кг/с;
-
количество исходного раствора, кг/с;
-
начальная и конечная концентрации
раствора
соответственно, масс. доли.
кг/с.
Тогда количество упаренного раствора составит:
кг/с.
2.2 Расчет температуры кипения раствора
По давлению вторичного пара в паровом пространстве выпарного аппарата находим его температуру и энтальпию: [3]
Р, МПа t, 0C I, кДж/кг
Гидродинамическую
депрессию принимаем в размере
0С
; [4]
Тогда температура вторичного пара на входе в конденсатор составит:
0С;
По температуре вторичного пара определим его давление и энтальпию: [3]
t, 0С P, МПа I, кДж/кг
2653
Рассчитаем гидростатическую депрессию. Определим давление кипящего раствора в среднем слое труб по формуле:
где
-давление
в среднем слое труб, МПа;
-
плотность кипящего раствора, кг/м3;
-
высота кипятильных труб, м;
-
паронаполнение труб, м3/м3;
Для выбора высоты кипятильных труб необходимо оценить поверхность теплообмена выпарного аппарата.
где
-поверхность
теплообмена, м2;
-
удельная теплота испарения растворителя,
кДж/кг;
-
удельный тепловой поток, Вт/м2;
Для выпарных
аппаратов с естественной циркуляцией
и вынесенной греющей камеры принимаем
Вт/м2;
[4]
кДж/кг при
0С
[3]
м2.
Согласно ГОСТ
11987-81 трубчатые выпарные аппараты с
естественной циркуляцией и вынесенной
греющей камерой могут состоять из
кипятильных труб высотой Н=4м [4], диаметром
dн=38
мм и толщиной стенки
=2
мм.
Плотность водного раствора КCl при соответствующей концентрации составит:
кг/м3
при
%
[5]
Принимаем
паронаполнение труб в размере
м3/м3.
[4]
Тогда давление в среднем слое труб будет:
Данному давлению соответствует следующая температура кипения и теплота испарения растворителя. [3]
Р, МПа t, 0C r, кДж/кг
Определим гидростатическую депрессию:
0С;
Рассчитаем температурную депрессию по формуле: [4]
где
-
температурная депрессия при атмосферном
давлении,0С;
0С
при
%
[4]
0С;
Температура кипения составит:
0С;
Рассчитаем полезную разность температур.
Температура и удельная теплота конденсации греющего пара при давлении 0,3 МПа составляет: [3]
кДж/кг,
0C
при Ргп=0,3
МПа.
Тогда полезная разность температур составит:
0С.