Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный технологический

университет растительных полимеров

Кафедра процессов и аппаратов химической технологии

Курсовая работа

Тема: Расчет многокорпусной выпарной установка непрерывного действия

Выполнил студент Руководитель проекта:

доцент Бутко Г.Ю.

СПб

2008

Содержание

Предварительный выбор поверхности нагрева выпарных аппаратов…………..5

Предварительное распределение выпариваемой воды по корпусам установки..6

Расчет концентраций на выходе раствора из корпусов установки……………...6

Определение температурного режима работы установки……………………….7

Уточнение распределения выпариваемой воды по корпусам установки………9

Уточнение концентраций раствора на выходе из корпусов……………………12

Расчёт коэффициентов теплопередачи…………………………………………..12

Уточненный расчет поверхности теплопередачи и выбор выпарных аппаратов………………………………………………………………………..…19

Температурный режим при запуске установки в работу……………………….22

Расчет вспомогательного оборудования…………………………………………23

Введение

Процессы выпаривания получили широкое распространение во многих отраслях промышленности. Выпарные установки в большинстве случаев размещаются в отдельных зданиях и оснащены многочисленными приборами контроля и средствами автоматизации с весьма сложной схемой регулирования параметров и режимов работы установки.

В целлюлозно-бумажной промышленности выпаривание применяется для концентрирования щелоков при производстве целлюлозы различными способами, в основном, с целью возврата химикатов в производство. Выпаривание черных щелоков сульфатного производства, содержащих поверхностно-активные вещества, приводящие к образованию пены при его выпаривании, чаще всего проводятся в вертикальных колонных аппаратах с восходящей пленкой, а сульфитных щелоков - в аппаратах с принудительной циркуляцией и, как правило, с вынесенной зоной кипения.

Современные выпарные установки целлюлозно-бумажной промышленности включают 6-9 аппаратов при пяти - или шестиступенчатой схеме выпаривания. Питание корпусов раствором, как правило, осуществляется по смешанной схеме. При этом в первых корпусах установки может быть применено выпаривание с тепловым насосом, а отдельные корпуса установки могут работать при параллельном питании аппаратов раствором. Расчет таких установок представляет собой сложную задачу, а его трудоемкость значительно превышает возможности учебного процесса.

Температурный режим работы установки

Для расчета выпарной установки задаются следующие данные:

Виды выпариваемого раствора

Производительность установки по исходному раствору.

Начальная и конечная концентрации раствора.

Число выпарных аппаратов в установке.

Тип аппарата.

Схема питания установки раствором.

Вакуум в последнем корпусе установки.

Начальная температура раствора.

Предельно допустимое значение толщены накипи на внутренней поверхности кипятильных труб греющей камеры и ее теплопроводность.

В соответствие со схемой питание установок (Рис.1 (3-2-1)) исходный раствор из бака слабого щелока 10 центробежным насосом 8 подается в циркуляционную трубу корпуса 3, нагретым до температуры кипения в этом корпусе в подогревателе 9. Из корпуса 3 выпариваемый раствор центробежным насосом подается через нагреватель 12 в циркуляционную трубу корпуса 1. Из корпуса 1 выпариваемый раствор центробежным насосом 9 подается в циркуляционную трубу корпуса 1. На этом противоточном участке выпарной установки раствор нагревается в подогревателе 12 до температуры кипения в корпусе 1. Из корпуса 1 раствор направляется на дальнейшую переработку. Подвод теплоты к раствору для обеспечения процесса выпаривания в корпусе 2 осуществляется свежим греющим паром, который называют первичным. Образовавшийся в первом корпусе из раствора соковый пар (иначе - вторичный пар) используется в качестве греющего пара во втором, соковый пар корпуса 2 используется в качестве греющего в корпусе 3, а соковый пар третьего корпуса конденсируется в барометрическом конденсаторе 5. Смесь конденсата и охлаждающей воды отводится по барометрической трубе, а неконденсированные газы после отделения капель жидкости в ловушке 6 отсасываются вакуум-насосом 7. Такая схема многократного использования теплоты первичного пара применяется в любой выпарной установке, независимо от схемы питания ее корпусов раствором.

3.1 Предварительный выбор поверхности нагрева выпарных аппаратов

Предварительный расчет требуемой поверхности нагрева выпарных аппаратов для обеспечения заданной производительности установки при известной кратности выпаривания (числе корпусов в выпарной установки) производится по рекомендуемым удельным паропроизводительностям корпусов U, которая для выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией 13—20 кг/м²ч. Для расчета требуемой поверхности нагрева выпарного аппарата необходимо определить общее количество выпариваемой воды W по уравнению материального баланса установки:

W=G_н(I-х_н/х_к)

где G_н - производительность установки по начальному раствору, кг/с;

G_н=87т/ч=87*1000/3600=24,167 кг/с

x_н и x_к - начальная и конечная концентрации раствора, % масс.

W=24,167*(1-13/51)=18,007 кг/с

Тогда поверхность нагрева выпарного аппарата составит:

F₁=W/n*U

где n - число корпусов в установке.

U=13-20 кг/ м²ч

Принимаю U=17 кг/м²ч = 0.0047кг/м²с по учебному пособию [3].

F₁=18,007*/(3*0,0047)=1271,082 м²

F= F₁/N=635,541 - где N = 2

По значению F в учебном пособии [1] выбирают стандартный выпарной аппарат заданного типа с поверхностью нагрева F_ст, примерно равной вычисленной.

Принимаю F_cт =630 м²

d_н =38*2 мм;

l=6000 мм.

Для выбранного стандартного аппарата определяют из ГОСТа диаметр труб и их высоту. Число труб n_т (как целое число) в греющей камере выпарного аппарата определяется условием

F_ст =π*d_н*l*n_т

где d_н- наружный диаметр труб, м;

l- их высота, м.

Эти данные используют при расчете коэффициента теплопередачи по корпусам.

n_т =Fст/π*d_н*l

n_т=630/(3.14*0.038*6)=880 шт.