Рефераты, курсовые, доклады; Выпарной аппарат с вынесенной греющей камерой

Выпарной аппарат с вынесенной греющей камерой

Введение

Теплообменом называется процесс переноса теплоты, происходящий между телами, имеющими различную температуру. В результате передачи теплоты происходят: нагревание - охлаждение, парообразование - конденсация, плавление - кристаллизация. Теплообмен имеет важное значение для проведения процессов выпаривания, сушки, перегонки и др.

Движущей силой процесса теплообмена является разность температур.

Вещества и тела, участвующие в процессе теплообмена, называются теплоносителями. Теплоносители с более высокой температурой, отдающие теплоту в процессе теплообмена, называются горячим теплоносителем. Вещества с более низкой температурой, воспринимающие теплоту в процессе теплообмена, называются холодными теплоносителями.

Существует два основных способа проведения тепловых процессов: путем непосредственного соприкосновения теплоносителей и передачей тепла через стенку, разделяющую теплоносители.

При передаче тепла непосредственным соприкосновением теплоносителей обычно смешиваются друг с другом, что не всегда допустимо, поэтому способ применяется редко, хотя он проще в аппаратурном оформлении.

При передаче тепла через стенку теплоносители не смешиваются, и каждый из них движется по отдельному каналу; поверхность стенки, разделяющей теплоносители, используется для передачи тепла и называется поверхностью теплообмена и является основным расчетным конструктивным параметром теплообменных аппаратов (теплообменников).

Выпаривание - процесс концентрирования растворов твердых нелетучих веществ или мало летучих веществ путем частичного испарения растворителя при кипении жидкости.

В ряде случаев при выпаривании растворов твёрдых веществ достигается насыщение раствора; при дальнейшем удалении растворителя из такого раствора происходит кристаллизация, то есть выделение из него растворенного твёрдого вещества. Применяется для концентрирования растворов нелетучих веществ.

Получение высококонцентрированных растворов, практически сухих и кристаллических продуктов облегчает и удешевляет их перевозку и хранение.

В промышленности в большинстве случаев выпариваются водные растворы различных веществ.

Тепло для выпаривания можно подводить любыми теплоносителями, применяемыми при нагревании. Для нагрева выпариваемых растворов до кипения используют топочные газы, электрообогрев, но наибольшее применение находит водяной пар (характеризуется высоким коэффициентом теплоотдачи).

Выпаривание ведут как под атмосферным, так и под пониженным или повышенным давлением.

Используют в производстве минеральных удобрений, сахара, кормовых дрожжей. Также применяют при концентрировании водных растворов щелочей (едкое кали и едкий натр), солей.

1. Техническая часть

1.1 Сравнительная характеристика аппаратов для данного процесса

Теплообменники - устройства, в которых осуществляется теплообмен между греющей и нагреваемой средами.

В теплообменных аппаратах могут происходить различные тепловые реакции: нагревание, охлаждение, испарение, конденсация, кипение, затвердевание и сложные комбинированные процессы. Теплообменные аппараты применяются практически во всех отраслях промышленности и, в зависимости от назначения, называются подогревателями, испарителями, конденсаторами, регенераторами, парообразователями, кипятильниками, выпарными аппаратами и т.д.

В зависимости от назначения производственных процессов в качестве теплоносителей могут применяться самые различные газообразные, жидкие и твердые среды.

Установки, состоящие из одиночного аппарата вторичный пар, из которого не используется (при выпаривании под атмосферным давлением или при разряжении) или используется вне аппарата, называются однокорпусными выпарными установками.

Большим распространением пользуются многокорпусные выпарные установки, включающие несколько соединённых друг с другом аппаратов (корпусов), работающих под давлением, понижающимся по направлению от первого корпуса к последнему. В таких установках можно применять вторичный пар, образующийся в каждом предыдущем корпусе, для обогрева последующего корпуса. При этом свежим паром обогревается только первый корпус. Образующийся в первом корпусе вторичный пар направляется на обогрев второго корпуса, в котором давление ниже и т.д., вторичный пар из последнего корпуса поступает в конденсатор или используется вне установки.

Таким образом, в многокорпусных выпарных установках осуществляется многократное использование одного и того же количества тепла (тепла, отдаваемого греющим паром в первом корпусе), это позволяет сэкономить значительное количество потребляемого свежего пара.

Устройство выпарных аппаратов.

Наибольшее распространение получили выпарные аппараты с паровым обогревом, имеющие поверхность теплообмена, выполненную из труб. Выпарные аппараты с паровым обогревом состоят из двух основных частей:

а) кипятильник (греющая камера), в котором расположена поверхность теплообмена и происходит выпаривание раствора;

б) сепаратор - пространство, в котором вторичный пар отделяется от раствора.

Необходимость в сепараторе составляет основное конструктивное отличие выпарных аппаратов от теплообменников. В зависимости от характера движения кипящей жидкости в выпарном аппарате различают:

1. Выпарные аппараты со свободной циркуляцией;

2. Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией;

3. Выпарные аппараты с естественной циркуляцией;

4. Плёночные выпарные аппараты.

Выпарные аппараты со свободной циркуляцией.

В этих аппаратах неподвижный или медленно движущийся раствор находится снаружи труб. К данной группе относятся аппараты, выполненные в виде чаш или котлов, поверхность теплообмена образована стенками аппарата.

Рисунок 1. Выпарной аппарат с горизонтальными трубами

Выпарные аппараты с горизонтальными трубами (пар пропускается по трубам, жидкость - снаружи труб) могут быть изготовлены со значительными поверхностями теплообмена - до 800 м2 и более. Для компенсации удлинения труб и разборки аппарата с целью очистки крепление труб в трубных решётках делают на сальниках или применяют U- образные трубы.

Основным недостатком является трудность очистки межтрубного пространства, вследствие чего они не пригодны для выпаривания кристаллизующихся растворов. Кроме того, такие аппараты имеют невысокий коэффициент теплопередачи, громоздки и требуют значительного количества металла для изготовления. В настоящее время они применяются редко, вытесняясь более совершенными конструкциями.

Выпарные аппараты с естественной циркуляцией.

1 - циркуляционная труба; 2 - кипятильная труба.

Рисунок 2. Схема естественной циркуляции.

Естественная циркуляция возникает в замкнутой системе, состоящей из необогреваемой циркуляционной (опускной) трубы 1 и обогреваемых подъёмных труб 2. Если жидкость в подъёмных трубах нагрета до кипения, то в результате испарения части жидкости в этой трубе образуется парожидкостная смесь, плотность которой меньше плотности самой жидкости. Таким образом, вес столба жидкости в циркуляционной трубе больше, чем в подъёмных трубах, вследствие чего происходит упорядоченное движение (циркуляция) кипящей жидкости по пути: подъёмные трубы > паровое пространство > опускная труба > подъёмные трубы и т. д.

Для естественной циркуляции требуется два условия:

1. Достаточная высота уровня жидкости в опускной трубе, чтобы уравновесить столб парожидкостной смеси в кипятильных трубах и сообщить этой смеси необходимую скорость;

2. Достаточная интенсивность парообразования в кипятильных трубах, чтобы парожидкостная смесь имела, возможно, малую плотность.

При небольшом уровне жидкости в опускной трубе парожидкостная смесь не может подняться до верха кипятильных труб; при этом не происходит циркуляции, и работа аппарата сопровождается резким снижением производительности и быстрым покрыванием труб накипью.

Выпарной аппарат с центральной циркуляционной трубой является одной из наиболее старых, но широко распространенных конструкций.

1 - корпус; 2 - кипятильные трубы; 3 - циркуляционная труба; 4 - сепаратор; 5 - отбойник.

Рисунок 3. Выпарной аппарат с центральной циркуляционной трубой

Греющая камера состоит из ряда вертикальных кипятильных труб 2, обогреваемых снаружи паром. По оси греющей камеры расположена циркуляционная труба 3 значительно большего диаметра, чем кипятильные трубы. Греющий пар подаётся в межтрубное пространство, конденсируется и отводится из аппарата в виде конденсата. Упаренный раствор также непрерывно удаляется через штуцер, находящийся в днище аппарата. Парообразование внутри центральной трубы значительно меньше, чем в кипятильных трубах, так как за единицу объёма жидкости в ней приходится меньшая теплопередающая поверхность. Раствор выдавливается в кипятильные трубки, поднимается по ним вверх, частично выпаривается и, освобождённый вверху от пара, возвращается вниз по центральной трубе. Образующийся пар удаляется в верхней части аппарата, пройдя предварительно через каплеуловитель.

Недостатки аппарата: жёсткая конструкция греющей камеры, не имеющая температурной компенсации.

Достоинства: простота конструкции и легкость доступа для чистки и ремонта.

Выпарной аппарат с подвесной греющей камерой состоит из греющей камеры 2, которая свободно подвешивается внутри корпуса 1, опираясь на лапы.

1 - корпус; 2 - кожух греющей камеры; 3 - кипятильные трубы; 4 - труба для подвода пара к греющей камере.

Рисунок 4. Выпарной аппарат с подвесной греющей камерой

Греющий пар подаётся в межтрубное пространство нагревательной камеры по трубе 4. Образующийся вторичный пар проходит сепаратор над греющими трубками и далее инерционный каплеуловитель, из которого уловленная жидкость стекает вниз по трубе.

Принцип циркуляции:

Малоэмульгированный раствор из-за большой плотности опускается вниз по кольцевому пространству между корпусом аппарата и нагревательной камерой, передавливая вверх постоянно образующуюся в трубках более лёгкою парожидкостную эмульсию.

Погружение нагревательной камеры в выпариваемую среду препятствует возникновению температурных напряжений, так как в этом случае корпус камеры и трубки находятся в одинаковых температурных условиях.

Недостатками являются усложнение конструкции и большие габариты.

Достоинства - повышенный коэффициент теплопередачи за счет хорошего охлаждения раствора в кольцевом пространстве и легкость выемки греющей камеры из аппарата для чистки, ремонта или замены.

Выпарной аппарат с вынесенной греющей камерой состоит из нагревательной камеры (кипятильника) 1, представляющей собой пучок труб, сепаратора 3 и циркуляционной трубы 4, присоединенной к нижней растворной камере.

1 - кипятильник; 2 - труба для парожидкостной смеси; 3 - сепаратор; 4 - циркуляционная труба.

Рисунок 5. Выпарной аппарат с вынесенной греющей камерой

Выпариваемый раствор, поднимаясь по трубкам, нагревается и по мере подъема вскипает. Образовавшаяся парожидкостная смесь направляется в сепаратор, где происходит разделение жидкой и паровой фаз. Вторичный пар, пройдя сепаратор и брызгоуловитель, освобождается от капель, а раствор возвращается по циркуляционной трубе в греющую камеру.

Высота трубок в таких аппаратах составляет 5 … 7 м. Сечение циркуляционной трубы равно или больше площади поперечного сечения всех кипятильных трубок. В результате значительной скорости циркуляционного раствора повышается коэффициент теплоотдачи и уменьшается опасность отложения пристенных осадков.

Чистка и замена трубок выпарных аппаратов с выносной греющей камерой достаточно удобны.

Так же в промышленности применяют выпарные аппараты:

ѕ С поднимающейся плёнкой;

ѕ С падающей плёнкой;

ѕ роторный прямоточный аппарат;

ѕ барботажный выпарной аппарат;

ѕ С погружными горелками.

1.2 Физико-химическая характеристика продуктов заданного процесса

Гидроокись натрия (едкий натр) NaOH - бесцветные кристаллы. Плотность 2,13 кг/м3, температура кипения 13780С, температура плавления 3200С. Теплота образования H = ккал/моль. Давление пара 0,1 мм. рт. ст.). Теплоёмкость 19,2 кал/моль·град. Технический продукт - белая твёрдая непрозрачная масса. С водой реакция экзотермическая, т.е. с выделением тепла.

Едкий натр растворим в метиловом и этиловом спиртах, практически нерастворим в жидком аммиаке и большинстве органических растворителей. Расплавленная гидроокись натрия растворяет металлический натрий и гидрид натрия. Разрушает кожу и бумагу, а так же другие материалы органического происхождения. На кожу и слизистые оболочки действует прижигающее. Особенно опасно попадание даже малейших её количеств в глаза. Все работы с едким натрием должны проводиться в резиновых перчатках и очках.

Гидроокись натрия получают электрохимическим и химическим методами. Электрохимическое получение основано на электролизе растворов NaCI; одновременно получается хлор. В промышленности для получения щёлочи и хлора применяют два типа ванн: с твёрдыми электродами и прочным электролитом, движущимися от анода к катоду, и с ртутным катодом. Электролиз ведут при 60-900С.

Химический способ получения едкого натра основан на взаимодействии горячего раствора карбоната натрия с известью, в результате которого образуются 10-12%-ные растворы NaOH.

Гидроокись натрия является одним из основных продуктов химической промышленности и широко применяется как в самой химической промышленности, так и во многих других производствах.

Вода H2O- главное и наиболее распространённое химическое соединение на нашей планете - обязательный компонент всех живых организмов (составляющий до 99% их массы), главный компонент среды их пребывания, а также большинства продуктов питания.

Наибольшие запасы содержатся в гидросфере - 96% в мировом океане, остальные запасы воды - это реки, озёра, ледники, подземные и почвенные воды; 3% воды - пресные. Воды является наиболее изученным соединением; её свойства использованы при определении единиц измерения физических величин (плотность, температура, теплота, теплоёмкость).

Является хорошим сильнополярным растворителем. В природных

условиях всегда содержит растворённые вещества (соли, газы).

Вода - единственное химическое соединение, которое в природе может находиться в жидком, твёрдом и газообразном состояниях одновременно. Чистая вода - прозрачная, бесцветная жидкость без запаха и вкуса. Многие её физические свойства и их изменения имеют аномальный характер.

Вода обладает рядом необычных особенностей:

- При таянии льда его плотность увеличивается (с 0,9 до 1 г/смі), когда почти у всех остальных веществ при плавлении плотность уменьшается.

- Высокая теплоёмкость жидкой воды.

- Высокое поверхностное натяжение.

Температура замерзания - 0; температура кипения - 100; удельная теплота парообразования 2250 КДж/кг.

1.3 Эксплуатация выпарных аппаратов

Процесс выпаривания может производиться периодически или непрерывно. При периодическом выпаривании в аппарат заливается определенное количество раствора, который нагревается до кипения (период подогрева), после чего начинается процесс выпаривания (период испарения воды). В процессе выпаривания непрерывно повышаются концентрация и температура кипения раствора, так как последняя зависит от концентрации. По мере испарения воды уровень раствора в аппарате понижается. Выпаривание ведут до достижения заданной конечной концентрации раствора.

Понижение уровня раствора часто нарушает работу аппарата, поэтому описанный способ проведения процесса обычно видоизменяют следующим образом, начиная с момента закипания раствора, в аппарат непрерывно подают слабый раствор в таком количестве, чтобы уровень раствора не изменялся. При этом способе работы (выпаривание при постоянном уровне) получаемый в конце операции упаренный раствор занимает тот же объем, что и первоначально залитый в аппарат слабый раствор.

Страницы: 1, 2

Меню

Выпарной аппарат с вынесенной греющей камерой

Выпарной аппарат с вынесенной греющей камерой