Типы, основные параметры и размеры подберем выпарной аппарат с удельной площадью теплообмена, равной 1000 м² и приведем его характеристики в таблице 4. Таблица 4 — Основные характеристики выпарного аппарата [2]Номинальная поверхность теплообмена, м2Действительная поверхностьтеплообмена, м2Диаметр греющей камеры DiСепараторзатор
Расстояние между болтами на опорах В2Высота аппарата Н при длине трубы
Диаметр D2Высотапри диаметре трубы 38×2 идлине L=7000количество трубпри диаметре трубы57×2,5 и длине L=7000количество трубпри р = 1 кгс/см2при р = 0,92 кгс/см2до брызгоотделителя
Н1до отбойника Н25 000 700 090 001 001 387 645 384 521 099 637 964 100 261 198 147 092 480;13590155904 РАСЧЕТ И ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ4.1 Расчет обечайки
Выберем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора KCl в интервале изменения концентраций от 6 до 30%. В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х17. Скорость коррозии её менее 0,1 мм/год, коэффициент теплопроводности λст = 25,1 Вт/(м∙К)[9]. Главным элементом корпуса рассчитываемого выпарного аппарата является обечайка. В химическойтехнологии наиболее распространены цилиндрические отличающиеся простотой изготовления обечайки. Для них также характерны рациональный расход материала и достаточная прочность. Цилиндрические обечайки из стали, сплавов из основы цветных металлов и иных материалов при избыточном давлении среды в аппарате до 10 МПа изготовляют вальцовкой листов с последующей сваркой стыков. Определим толщину стенок сварной цилиндрической обечайки корпуса рассчитанного выпарного аппаратас внутренним избыточным давлением Р = 0,5 МПа, при условиях: материал обечайки — сталь Х18Н10Т, проницаемость П ≤ 0,1 мм/год, запас на коррозию Ск = 1 мм; среда — насыщенный водяной пар с абсолютном давлением 0,3 МПа и температурой407,6 К.
Внутренний диаметр обечайки Dв = 1,8 м, отверстия в обечайке укреплённые, сварной шов стыковой двухсторонний (φш = 0,95). Допускаемое при 150 °Снапряжение для стали данной марки составляет σд = 236 МН/м2. С учётом запаса на коррозию толщина обечайки рассчитывается по формуле:(4.1)где D — наружный или внутренний диаметр обечайки, м; σд — допускаемое напряжение на растяжение для материала обечайки, МН/м2. Коэффициент φ учитывает ослабление обечайки из-за сварного шва и наличия неукреплённых отверстий.
При отсутствии неукреплённых отверстий φ = φш, причём для стальных обечаек принимают φш =0,7 — 1,0, в зависимости от типа сварного шва. Прибавка толщины с учётом коррозии Ск определяется формулой (41), а полученное суммарное значение толщины округляется до ближайшего нормализованного значения добавлением Сокр.
0,0006 = 0,04мГраницей применимости формулы (4.1) является условие:(4.2)Следовательно, условие выполняется.
4.2 Расчёт ёмкостей
Рассчитаем две ёмкости: для исходного и упаренного раствора. Определим объём ёмкости для начального раствора.(4.3)где τ - время, τ = 4 часа; ρ - начальная плотность CaCl2 при 15 °C, ρ = 1065,5 кг/м3.м3По ГОСТ 9931– — 79 выберем ёмкость ГЭЭ, исполнение 2 — горизонтальная с эллиптическим днищем и крышкой. V = 50 м³, Dв = 3000 мм; l = 7380 мм; Fв = 74,9 м2[1]. Рассчитаем ёмкость для упаренного раствора (ρ = 1182 кг/м3):(4.4)м3По ГОСТ 9931– — 79 выбираем ёмкость ГЭЭ, исполнение 2 — горизонтальная с эллиптическим днищем и крышкой. V = 16 м³, Dв = 2200 мм; l = 4480 мм; Fв = 33,8 м2[1]. Ёмкости выбираются из расчёта 4 часа непрерывной работы при отсутствии поступления раствора + 20% - запас на переполнение ёмкости.
4.3 Подбор фланцевих соединений
В химической технологиисреди разъёмных неподвижных соединений наибольшее распространение получили фланцевые соединения. При конструировании аппаратов применяют стандартные и нормализованные фланцы по ГОСТ 12 815–67-ГОСТ 12 839−67, ГОСТ 1233–67-ГОСТ 1235−67.Конструкцию фланцевого соединения принимают в зависимости от рабочиего параметра аппарата. Так, при температуре t ≤ 300 °C и давлении Р ≤ 2,5 МПа и числе циклов нагружениядо 2000 в период эксплуатации используются плоские приварные фланцы, скрепленные болтами. Таблица 5 -Основные размеры фланцевого соединения [10]D, мм
Ру, Мпа
Размеры, мм
Число отверстий zDφDБD1D2D3haa1sd18000,6 193 018 901 848 185 974 554 624,514102368
Болты подбираются по ГОСТ 7798– — 70 из стали 12Х18Н10Т [10]. ЗАКЛЮЧЕНИЕВ представленной курсовой работе были рассмотрены теоретические основы процесса выпаривания и принцип действия выпарных аппаратов. Выпариванием называют процесс концентрирования раствора нелетучего веществав результате полного или частичного испарения жидкого летучего растворителя. Процесс выпаривания применяется как с целью частичного удаления из системы растворителя, так и с целью полного выделения растворенного вещества из раствора в результате параллельно протекающей в недостатке растворителя кристаллизации. В данном проекте рассмотрена технологическая схема и произведен расчет многокорпусной вакуум-выпарной установки с естественной циркуляцией раствора в корпусах, работающей при прямоточном движении греющего пара и раствора. В результате проведенных расчетов для повышения концентрации раствора хлорида кальция с 7% до 20% производительностью по исходному раствору 10 000 кг/час был выбран трехкорпусной выпарной аппарат с суммарной площадью поверхности теплообмена, равной 1000 м², поровну разделенной между корпусами. Характеристики аппарата представлены в таблице 4 основной части работы. Также в работе были рассчитаны параметры вспомогательного оборудования: цилиндрической обечайки, емкостей для исходного и конечного растворов объемами 50 м³ и 15 м³ соответственно, а такжеосуществлен подбор фланцевых соединений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ГОСТ 9931–85 Корпусы цилиндрические стальных сварных сосудов и аппаратов [Текст]. — Госстандарт СССР, 1985. ГОСТ 11 987;81 Аппараты выпарные трубчатые стальные. Типы, основные параметры и размеры [Текст]. — Госстандарт СССР, 1981
Дытнерский, Ю. И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию [Текст] / Ю. И. Дытнерский, — М.: Химия, 1983. — 270 с. Багров И. В., Шаханов В.
Д., Чулкова Э. Н. Процессы и аппараты химической технологии. Тепловые и массообменные процессы [Текст] / Под ред.
проф. Л. Я. Терещенко. — СПб.: С.-Петерб.
государственный университет технологии и дизайна, 1998. — 103 с. Кузнецова Л. Н., Селянина Л. П., Третьяков С.II. Расчет выпарных установок: Учебное пособие[Текст]. ;
Архангельск: Изд-во АГТУ, 2004. — 72 с. Справочник химика, т V, М.: Химия, 1968. — 976 с. Рабинович В. А., Хавин З. Я. Краткий химический справочник. Изд.
2-е, испр. и доп[ Текст]. — Л.: Химия, 1978. — 420 с. Кальций хлористый.
Хладогент в холодильных системах [Электронный ресурс]. — Режим доступа:
http://calcium-chloride.ru/Hladogent_v_holodilnih_sistemah__Oblast_primeneniya32.htm — Загл. с экрана. Воробьёва, Г. Я.
Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств [Текст]. — М.: Химия, 1975. — 816 с. Лащинский, А. А. Конструирование сварочных химических аппаратов [Текст]. ;
Л.: Машиностроение, 1981. — 382 с.
