Содержание

ВВЕДЕНИЕ 1

2.1 Перечень инженерных расчетов 5

2.2 Дополнительные указания 5

3.1 Технологический расчет 6

4 ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЕТЫ 7

4.1 Уравнения материального баланса процесса выпаривания 7

4.2 Температурный режим работы выпарной установки 7

4.3 Расчет тепловой нагрузки выпарного аппарата 10

4.4 Расчет расхода греющего пара 11

4.5 Расчет площади поверхности теплообмена греющей камеры выпарного аппарата 12

5 РАСЧЕТ БАРОМЕТРИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА СМЕШЕНИЯ 18

5.1 Расход охлаждающей воды 18

5.2 Диаметр барометрического конденсатора 19

5.3 Высота барометрической трубы 19

6 РАСЧЕТ ВАКУУМ-НАСОСА 20

7 ОРИЕНТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ 21

7.1 Ориентировочный расчет подогревателя исходного раствора 21

7.2 Ориентировочный расчет холодильника концентрированного раствора 23

ВЫВОДЫ ПО ПРОЕКТУ 24

Список использованных источников 26

Введение

Выпаривание представляет собой процесс концентрирования растворов, содержащих практически нелетучие вещества, путём испарения растворителя. Этот метод широко применяется как в химической промышленности, так и в других отраслях, где требуется удаление растворителя или разделение раствора на компоненты.

Процесс выпаривания применяют как для частичного удаления растворителя, так и для полного разделения раствора на растворитель и растворенное вещество. В последнем случае выпаривание сопровождается кристаллизацией. Физическая сущность: превращение растворителя в пар при кипении раствора и удалении образующегося пара.

Актуальность темы «Проектирование вакуум-выпарной установки» обусловлена важностью процесса выпаривания для многих производственных процессов. Вакуум-выпарные установки позволяют эффективно концентрировать растворы, что приводит к уменьшению объёма отходов, снижению затрат на транспортировку и хранение, а также повышению эффективности производства.

Объектом исследования является процесс выпаривания растворов в вакуум-выпарной установке, а предметом — методы проектирования и расчёта таких установок.

Практическая значимость работы заключается в возможности использования результатов проектирования вакуум-выпарной установки для повышения эффективности производственных процессов, связанных с концентрированием растворов. Результаты работы могут быть полезны для инженеров, технологов и специалистов в области химической технологии.

1 Аналитический обзор

В зависимости от свойств выпариваемого раствора и дальнейшего использования тепла вторичного пара выпаривание производят как при атмосферном давлении, так и при давлениях выше (избыточном) или ниже атмосферного (вакуум). Самый простой - выпаривание под атмосферным давлением, но при этом вторичный пар не используется, а удаляется в атмосферу. Вторичный пар, отбираемый на сторону вне целей выпаривания, называют экстра-паром. Однако этот метод имеет ограниченную энергоэффективность, так как тепло пара не рекуперируется, что делает его менее экономичным для крупнотоннажных производств.

Вакуум-выпарная установка состоит из нескольких основных элементов: греющей камеры, конденсатора, вакуум-насоса и других вспомогательных устройств. Греющая камера служит для передачи тепла от греющего пара к выпариваемому раствору. Конденсатор предназначен для конденсации вторичного пара и возврата растворителя в систему. Вакуум-насос создаёт разрежение в системе, что способствует испарению растворителя при более низкой температуре. Современные установки часто оснащаются системами автоматического контроля давления и температуры, что повышает точность процесса и снижает риск термической деградации продуктов.

Выпаривание под избыточным давлением позволяет использовать тепло вторичного пара, но обусловливает повышение температуры кипения раствора и, следовательно, требует применения греющего агента с более высокой температурой. Поэтому данный способ следует применять для выпаривания растворов не чувствительных к высоким температурам, таких как концентрированные солевые растворы или щелочи. Однако при этом возрастает риск коррозии оборудования, что требует использования материалов с повышенной устойчивостью, например, титана или специальных сплавов. Выпаривание в вакууме — это процесс, который происходит при давлении ниже атмосферного. Такой подход даёт возможность снизить температуру кипения раствора, что особенно важно при работе с веществами, чувствительными к нагреву. Вакуум-выпарные установки широко используются в химической промышленности, фармацевтике, а также в производстве продуктов питания и напитков (например, для концентрации фруктовых соков без потери аромата). Они позволяют сохранить качество и свойства чувствительных к температуре растворов, но требуют тщательной герметизации системы и регулярного обслуживания вакуум-насосов.

Выпаривание под вакуумом имеет ряд преимуществ по сравнению с двумя рассмотренными выше способами:

• позволяет снизить температуру кипения раствора (выпаривание растворов, чувствительных к высоким температурам, а также высококипящих растворов);

• при вакууме увеличивается разность температур между греющим агентом и кипящим раствором, что, при прочих равных условиях, позволяет уменьшить поверхность теплообмена аппарата;

• за счет понижения температуры кипения раствора при разрежении можно использовать греющий агент более низких рабочих параметров (температуры и давления);

• можно использовать в качестве греющего агента вторичный пар самой выпарной установки, что значительно снижает расход первичного греющего пара.

В химической технике выпаривание осуществляют либо в одном аппарате (однокорпусное выпаривание), либо в нескольких последовательно соединенных между собой аппаратах (многокорпусное выпаривание). Применяется также однокорпусное выпаривание с тепловым насосом.

Таким образом, выбор метода выпаривания зависит от свойств раствора, требований к энергоэффективности и экономической целесообразности.