Литературный обзор по теории и технологии процесса выпарки

Содержание

Введение

1.1 Литературный обзор по теории и технологии процесса выпарки

1.2 Обоснование выбора и описание технологической схемы

1.3 Выбор конструкционных материалов аппаратов

2.1 Материальный баланс установки

2.2 Тепловой расчёт установки

2.3 Определение расхода греющего пара

2.4 Определение поверхности теплопередачи, выбор типа выпарного аппарата

2.5 Расчёт и выбор вспомогательного оборудования (насос, конденсатоотводчик, барометрический конденсатор)

2.6 Расчёт диаметров трубопроводов и штуцеров

2.7 Расчёт толщины теплоизоляционных покрытий

2.8 Расчёт и выбор теплообменника исходной смеси

3. Основные требования техники безопасности при эксплуатации выпарных установок

Список используемой литературы

Введение

Выпаривание — термический процесс концентрирования растворов твердых веществ, при кипении и частичном удалении жидкого растворителя в виде пара. В химической и смежной с ней отраслях промышленности жидкие смеси, концентрирование которых осуществляется выпариванием, отличаются большим разнообразием как физических параметров (вязкость, плотность, температура кипения, величина критического теплового потока и др.), так и других характеристик (кристаллизующиеся, пенящиеся, нетермостойкие растворы и др.). Свойства смесей определяют основные требования к условиям проведения процесса (вакуум-выпаривание, прямо- и противоточные, одно- и многостадийные многокорпусные выпарные установки), а также к конструкциям выпарных аппаратов. В технике процесс выпаривания (упаривания) получил широкое распространение, так как многие вещества (сахар, поваренная соль, щелочные металлы, аммиачная селитра и многие другие) получают в виде слабых водных растворов, а в готовом для потребления, хранения или транспорта виде они должны быть полностью или частично обезвожены. Таким образом, выпарная установка является важным элементом оборудования многих предприятий химической, пищевой и других отраслей промышленности. От правильного её расчёта и конструирования нередко зависит нормальная работа цеха или завода в целом. В общем случае выбор схемы выпарной установки является задачей оптимального поиска и выполнятся технико-экономическим сравнением различных вариантов с использованием ЭВМ. Впервые выпаривание, как технологический процесс получило применение в производстве сахара. В России в 1802 г. был построен первый сахарный завод с применением упаривания сахарного сиропа. Глубокое научное обоснование и анализ процессов выпарки дан в 1915 г. русским ученым И. А. Тищенко в монографии "Современные выпарные аппараты и их расчёт".

Литературный обзор по теории и технологии процесса выпарки

Выпаривание – термический процесс концентрирования растворов твердых нелетучих веществ при кипении и удалении жидкого нелетучего растворителя в виде паров. Выпаривание применяют для концентрирования растворов в производстве минеральных солей, органических полупродуктов и удобрений, белково-витаминных концентратов, кормовых дрожжей и других продуктов, а также для регенерации различных растворов (с целью возврата их в технологический цикл) и термического обезвреживания промышленных стоков.

Растворитель может превращаться в пар при кипении жидкости или при поверхностном её испарении. В выпарных аппаратах применяется более интенсивный из этих способов превращения растворителя в пар, а именно кипение. Впервые выпаривание получило промышленное применение в производстве сахара, а в дальнейшем и в химической промышленности. При концентрировании растворов вода иногда удаляется до 90% первоначального веса.

В элементарном виде процесс выпаривания можно осуществить в простом открытом или закрытом сосуде, наполненном раствором, при подводе к нему тепла для кипения и отводе образующихся паров в атмосферу или в конденсирующее устройство.

Выпарные аппараты по принципу работы и конструктивному оформлению имеют много общего с испарителями, применяемыми на электростанциях. Но процесс выпарки водных растворов в выпарных аппаратах имеет принципиальное отличие от процесса кипения чистой воды в испарителях.

Понижение температуры образующихся из раствора водяных паров по сравнению с температурой кипения раствора называют физико-химической температурной депрессией. Обозначив её через ∆₁, можем написать

∆₁ = t_р – υ

где t_р – температура кипения раствора, ⁰С;

υ – температура образующихся паров воды, ⁰С.

Физико-химическая температурная депрессия различна для разных растворов. Она больше у растворов веществ с малым молекулярным весом. Для раствора одного и того же вещества физико-химическая температурная депрессия увеличивается с повышением его концентрации.

Под концентрацией раствора понимают отношение массы сухого вещества в растворе к общей массе раствора в процентах

где b – массовая концентрация раствора, %;

W – количество растворителя или воды в растворе, кг;

G_сух. – количество растворённого или сухого вещества в растворе, кг.

При выпарке вес сухого вещества в растворе остаётся постоянным, а количество растворителя (воды) уменьшается, а концентрация раствора увеличивается

На практике выпаривание часто ведут и под вакуумом и под давлением. В таких случаях физико-химическая температурная депрессия может быть вычислена по приближённой формуле И.А. Тищенко

где ∆₁ – искомая физико-химическая температурная депрессия при давлении выпаривания;

∆’₁ – депрессия, взятая из таблиц, при атмосферном давлении;

Т – температура кипения чистого растворителя, ⁰К;

r – скрытая теплота парообразования для воды при давлении выпаривания, кДж/кг.

Наличие физико-химической температурной депрессии понижает полезную разность температур между первичным и вторичным паром в выпарном аппарате.

С повышением концентрации раствора увеличиваются его вязкость, плотность и температурная депрессия и понижаются теплоёмкость и теплопроводность.

Удельную теплоёмкость раствора определяют по формуле, кДж/(кг*⁰С)

где с_сух. – удельная теплоёмкость безводного нелетучего вещества, раствор которого выпаривается (определяется по справочнику), кДж/(кг*⁰С);

с_в – теплоёмкость воды, с_в = 4,19 кДж/(кг*⁰С);

b – процентное содержание вещества в растворе.

Вследствие увеличения вязкости растворов и понижения их теплопроводности и теплоёмкости уменьшается и коэффициент теплоотдачи α_р от греющей стенки к кипящему раствору.