Выбор конструкционных материалов аппаратов

Выбор конструкционных материалов для проектируемого аппарата определяется особенностями протекающего в нем технологического процесса, свойствами рабочих веществ, их параметрами и характером механической нагрузки. В свою очередь технологические свойства конструкционного материала предопределяют способ изготовления из него деталей аппарата.

Теплообменные аппараты изготовляют обычно на специализированных заводах. Значительная часть продукции этих заводов нормализована и представлена в каталогах и ценниках. Кроме специализированных заводов, теплообменники, изготовляют по индивидуальным заказам и чертежам неспециализированные машиностроительные заводы и мастерские. Независимо от места проектирования и изготовления теплообменные аппараты, предназначенные для работы под давлением выше 0,7 ат избыточных, должны соответствовать правилам Проматомнадзора в отношении устройства, монтажа и м эксплуатации.

В соответствии с "Правилами устройства и безопасности эксплуатации сосудов, работающих под давлением" за правильность конструкции сосуда, его расчет на прочность и выбор материала отвечает организация, разработавшая конструкцию и выполнившая ее расчет. Все изменения, могущие возникнуть в процессе изготовления или монтажа сосуда, должны быть согласованы между организацией, составляющей проект, и организацией, потребовавшей изменения проекта, оформлены в виде протокола и подписаны обеими сторонам.

Основным материалом для изготовления теплообменной аппаратуры служит прокатная сталь различных марок. Стальные теплообменные аппараты нашли широкое применение в энергетической, химической, нефтеперерабатывающей, пищевой, легкой и других отраслях промышленности. Многие аппараты массового применения (теплофикационные подогреватели, конденсаторы, испарители, выпарные аппараты, ректификационные колонны некоторых типов и др.) нормализованы и изготовляются специализированными заводами и цехами в больших количествах.

Аппарат изготовляют на основе технологического процесса, степень совершенства которого определяет качество, трудоемкость и сроки изготовления изделия, а также потребность в механосборочном и специальном оборудовании и квалифицированной рабочей силе. Технологический процесс выбирают обычно после сопоставления нескольких вариантов. В технологическом процессе предусматривается порядок изготовления отдельных деталей и узлов и последовательность сборки изделия.

В первой части разработки технологического процесса содержатся подробные сведения о качестве и порядке изготовления аппарата в соответствии с техническими условиями: класс аппарата, марки материалов по ГОСТ, способы заготовительных операций, условия сварки, требования к сварным швам, режимы термической обработки, методы межоперационного и окончательного контроля, условия испытания готового изделия. Вторая часть разработки технологического процесса посвящается выбору рациональных операций обработки деталей, последовательности рабочих операций, а также выбору наиболее рациональных оборудования, инструмента и приспособлений. В третьей части разработки определяется квалификация рабочих для различных операций технологического процесса, трудоемкость работ по каждой операции и по всему процессу изготовления изделия, продолжительность каждой операции, количество расходуемых вспомогательных материалов, размер необходимой производственной площади и место монтажа.

Разработанный технологический процесс изготовления деталей и сборки аппарата вносят в технологические карты и инструкции.

Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде сахар интервале изменения концентраций от 10 до 65% [6]. В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х17. Скорость коррозии её менее 0,1мм/год, коэффициент теплопроводности l=58 Вт/(м*К).

Материальный баланс установки

Принципиальная схема двухкорпусной выпарной установки

Описание схемы

Принципиальная схема двухкорпусной выпарной установки показана на схеме. Исходный разбавленный раствор из промежуточной емкости центробежным насосом подается в теплообменник (где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения), а затем — в первый корпус выпарной установки. Предварительный подогрев раствора повышает интенсивность кипения в выпарном аппарате.

Первый корпус обогревается свежим водяным паром. Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус. Сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из 1-го корпуса.

Самопроизвольный перетек раствора и вторичного пара в последующие корпуса возможен благодаря общему перепаду давлений, возникающему в результате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса в барометрическом конденсаторе смешения (где заданное давление поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующихся газов вакуум-насосом). Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи барометрической трубы с гидрозатвором. Образующийся во втором корпусе концентрированный раствор центробежным насосом II подается в промежуточную емкость упаренного раствора.

Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов выводится с помощью конденсатоотводчиков.

Определяем количество раствора после выпарки G_к, кг/ч

. (1)

где G₀ – количество исходного раствора, поступающего на выпарку, кг/ч;

b₀ – начальная концентрация раствора, %;

b_к – конечная концентрация раствора, %.

.

Определяем количество воды, выпаренной в установке, W, кг/ч

W = G₀ – G_к, (2)

W = 1000 – 268,3 = 731,7.

Определяем количество воды, выпаренной на 1кг раствора, поступающего на выпарку, w, кг/кг

, (3)

.