Краткие технические характеристики выпарного аппарата

 

Характеристика	Номинальное значение
Производительность по дистилляту, м3/ч	6,0
Геометрический объем, м3 – сепаратора – греющей камеры	12,0 3,6
Рабочий объем, м3	5,6
Поверхность теплообмена, м3
Рабочее давление: – в сепараторе, МПа (кгс/см2) – в греющей камере, МПа (кгс/см2)	0,02 (0,2) 0,35 (3,5)
Рабочая температура, 0С: – в сепараторе – в греющей камере: а) в трубах б) в межтрубном пространстве	106,5   106,5
Температура исходного раствора, 0С
Расчетное давление, МПа (кгс/см2)	0,8 (8)
Основной конструкционный материал – сталь 08Х18Н10Т ГОСТ 5632 - 72
Уровень шума, дБ

 

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

 

Последовательность решения

1. Определить количество предаваемого от греющего пара к раствору.

2. Определить удельную теплоемкость твердого NaOH

3. Определить удельную теплоемкость водного раствора щелочи.

4. Подсчитать расход теплоты на нагревание раствора.

5. Подсчитать расход теплоты на дегидратацию щелочи.

6. Составить сводную таблицу расхода теплоты.

7. Определить расход греющего пара.

1. Из уравнения материального баланса процесса выпаривания

(4.1)

(4.2)

Здесь G_нач, G_кон – масовые расходы начального раствора в конечном растворе, кг/с;

Х_нач, Х_кон - массовые доли растворенного вещества в начальном и конечном растворе;

W – массовый расход выпариваемой води, кг/с;

(4.3)

2. Уравнение теплового баланса выпарного аппарата:

(4.4)

Где Q – расход теплоты на выпаривание, Вт; с_нач, с_кон – удельная теплоемкость начального и конечного раствора, Дж/(кг∙К); t_нач, t_кон – температура начального раствора на входе в аппарат и конечного на выходе из аппарата при верхней загрузке аппарата, С; i_вт – удельная энтальпия вторичного пара на выходе его из аппарата, Дж/кг; Q_пот – расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду, Вт; Q_д – теплота дегидратации, Вт.

3. Расход теплоты на выпаривание

Из уравнения (4) получаем:

(4.5)

Где С_в - удельная теплоемкость воды при t_кон, Дж/(кг∙К);

По условиям задания раствор поступает в выпарной аппарат в перегретом состоянии (t_кон˃ t_нач), то имеет отрицательный знак, и расход теплоты в выпарном аппарате сокращается, так как часть воды испаряется за счет теплоты, выделяющейся при охлаждении поступающего раствора с начальной и конечной температурой соответственно.

В общем случаи в тепловом балансе выпарного аппарата должна учитываться еще затрата теплоты на дегидратацию растворенного вещества, но обычно эта величина по сравнению с другими статьями теплового баланса мала и ею можно пренебречь.

Расход греющего пара G_гп (кг/с) в выпарном аппарате определяют по уравнению:

(4.6)

Где i” – удельная энтальпия сухого насыщенного пара, Дж/кг, i’- удельная энтальпия конденсата при температуре конденсации, Дж/кг, х- паросодержание (степень сухости) греющего пара; r_г – удельная теплота конденсации греющего пара, Дж/кг.

При решении поставленной задачи будем пользоваться справочными данными которые занесены в таблицы приложения.

Так как по условия задания давление вторичного пара в аппарате атмосферное то начальная температура раствора должна ровняться ̴ 111̊ С.

1.Из формулы (4.3) находим массовый расход выпариваемой води:

[кг/ч ]

 

 

Для того чтобы найти расход кг/с разделим полученное значение на 3600

[кг/c]

 

2.Определяем теплоемкость твердого NaOH

Из таблицы(1) находим удельную теплоемкость щелочи относительно ее молекулярной массы.

[Дж/(кг∙К)]

 

Таблица 4.1

Элемент	Атомная теплоемкость элементов для химических соединений кДж/(кг∙атом∙К)
В твердом состоянии	В жидком состоянии
С	7,5	11,7
Н	9,6	18,0
F	20,95	29,3
P	22,6	31,0
B	11,3	19,7
Si	15,9	24,3
O	16,8	25,1
S	22,6	31,0
Остальные	26,0	33,5

 

[кДж/кг∙К]

Для концентрированных двухкомпонентных растворов (Х_кон˃0,2) расчет будем вести по формуле:

Где с₁ – удельная теплоемкость безводного растворенного вещества, Дж/(кг∙К);

[Дж/кг∙К]

Из уравнения (5) находим теплоту греющего пара:

[Вт]

 

4. Определяем расход теплоты на нагревания щелочи (NaOH) по формуле из уравнения (4.5);

[кВт]

 

5. Рассчитываем расход теплоты на дегидратацию щелочи

Определяем начальное и конечное количество моль NaOH взаимодействующее с n молямы воды

Таблица4. 2

n					13,5
Теплота образования NaOH кДж/моль	456,6	465,5	469,1	469,5	470,23

 

моль – начальное количество

моль – конечное количество

моль – начальное количество

моль – конечное количество

Определяем соотношение количества щелочи в начальном и конечном растворах соответственно.

моль

моль

Из таблицы 2 определяем теплоты образования NaOH в растворе с n молями воды.

Для начального количества теплота образования будет соответствовать 470,23 кДж/моль для конечного количества 467,3 кДж/моль соответственно.

Теплоту дегидратации определим по разности требуемой начальной и конечной теплоты образования:

(8)

кДж/моль

Определим общее количество теплоты которое идет на дегидратацию щелочи по формуле:

(9)

 

[Вт]

 

5.По полученным результатам составим сводную таблицу расхода теплоты.

Таблица 4.3

Теплоты	Расход теплоты [Вт]
Qпотерь
Qдегидратации
Qнагрева
Qг.п.
Общее количество

 

7. Определяем расход греющего пара по формуле (4.6)

Для расчета расхода греющего пара пользуемся справочными данными таблица 9

При температуре греющего пара равной 150 ̊С удельная энтальпия пара ровна i”=2753 кДж/кг, удельная энтальпия конденсации при конденсате ровна i’=632 кДж/кг

 

[кг/с]

 

ВЫВОДЫ

 

В данном курсовом проекте был рассмотрен процесс выпаривания. Проведен анализ установки и работы выпарного аппарата. Кроме того рассмотрены типы выпарных установок, принцип их действия и конструктивные особенности. Так же был рассмотрен выпарные аппараты применяемые на АЭС, которые используются для очистки воды от активных и неактивных примесей методом дистилляции и для удаления газов из полученного дистиллята.

По исходным данным задания произведен расчет расхода греющего насыщенного водяного пара в одиночном выпарном аппарате при непрерывном концентрировании NaOH, Результаты которых занесены в сводную таблицу.

 

Литература

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. Л.: Химия, 1976. - 552 с.

2. Мищенко К.П., Полторацкий Г.М. Термодинамика и строение водных и неводных растворов электролитов. Изд. 2-е. Л.: Химия, 1976. - 328 с.

3. Воробьева Г.Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. Изд. 2-е. М.: Химия, 1975. - 816 с.

4. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Изд. 9-е. М.: Химия, 1973. - 750 с.

5. Чернышев А.К., Поплавский К.Л., Заичко Н.Д. Сборник номограмм для химико-технологических расчетов. Л.: Химия, 1974, - 200 с.

6. Чернобыльский И.И. Выпарные установки. Киев: Изд. Киевского ун-та, 1960. - 262 с.

7. Кичигин М.А., Костенко Г.Н. Теплообменные аппараты и выпарные установки. М.: Госэнерго-издат, 1955. - 392 с.

8. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. Под ред. Ю.И. Дытнерского. М.: Химия, 1991. - 496 с.

 

 

Відомiсть проекту

№ строки

Форми

Позначення

Найменування

Кількість листів

№ прим.

Примітка

Вим.

Лист

№ документу

Підпис

Дата

Розробив

Літ.

Лист

Листів

Перевірив

Н. контр.

Затв.

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………..

1.АНАЛИЗ УСТАНОВКИ И РАБОТЫ ВЫПАРНОГО АППАРАТА……...

1.1.Области применения выпарных аппаратов………………………………

2.ТИПЫ ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ, ИХ ФУНКЦИИ, СВЯЗЬ СО СМЕННЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ………………………………………………..

2.1. Однокорпусные выпарные установки……………………………………….

2.2. Много корпусные выпарные установки…………………………………..

2.3. Основные схемы многокорпусных установок. ……………………………

2.4. Устройство выпарных аппаратов…………………………………………..

2.4.1. Аппараты со свободной циркуляцией раствора. ………………………

2.4.2. Вертикальные аппараты с направленной естественной ………………

циркуляцией. ……………………………………………………………………….