 |
Пленочные выпарные аппараты
|
|
|
|
Содержание
| Введение | ||||
| Физико-химические основы процесса выпаривания | ||||
| 1.1 | Классификация, устройство и принцип действия выпариваемых аппаратов 1.1.1Аппараты с естественной циркуляцией с соосногреющей камерой 1.1.2 аппарат с принудительной циркуляцией и вынесенной греющей камерой 1.1.3Пленочные выпарные аппараты 1.1.4 Барботажные выпарные аппaраты. | |||
| 1.2 | Основные технологические схемы | |||
| 1.3 | Факторы, влияющие на интенсивность выпаривания 1.4 Патентный обзор 1.4.1 Вертикальный выпарной аппарат(1805571) 1.4.2 Выпарная установка(2050908) 1.4.3 Способ выпаривания алюминатных растворов и установка для его осуществления(2194559) | |||
| Расчетная часть | ||||
| 2.1 | ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ | |||
| 2.2 | Параметры отработанных газов. Расход сушильного агента | |||
| 2.3 | Определение основных размеров барабанной сушилки | |||
| Заключение | ||||
| Список используемой литературы | ||||
Введение
Выпаривание - процесс концентрирования растворов нелетучих веществ путем удаления жидкого летучего растворителя в виде паров. Сущность выпаривания заключается в переводе растворителя в парообразное состояние и отводе полученного пара от оставшегося сконцентрированного раствора. Выпаривание обычно проводится при кипении, т.е. в условиях, когда давление пара над раствором равно давлению в рабочем объеме аппарата.
Процесс выпаривания относится к числу широко распространенных. Последнее объясняется тем, что многие вещества, например едкий натр, едкое калий, аммиачная селитра, сульфат аммония и др., получают в виде разбавленных водных растворов, а на дальнейшую переработку и транспорт (для сокращения объемов тары и транспортных расходов) они должны поступать в виде концентрированных продуктов.
|
|
|
Концентрирование растворов методом выпаривания - один из наиболее распространенных технологических процессов в химической, пищевой, металлургической и других отраслях промышленности. На выпаривание растворов расходуется огромное количество тепла, а на создание выпарных установок - большое количество углеродистых и легированных сталей, никеля и других металлов. Поэтому в каждом конкретном случае необходима рациональная организация процесса выпаривания, что позволяет обеспечить максимальную производительность выпарной установки при минимальных затратах тепла и металла.штучные массивные по объему материалы и изделия (керамика, штучные строительные материалы, изделия из древесины и т.п.); изделия, подвергающиеся сушке после грунтования, окраски, склеивания и других поверхностных работ.
Целью данной курсовой работы является расчет процесса выпаривания и разработка 3-х корпусной вакуум-выпарной установки.
1. Физико-химические основы процесса выпаривания
Выпариванием – называется теплообменный процесс концентрирования растворов нелетучих или практически нелетучих веществ путем удаления части растворителя при его кипении. Кипение растворов осуществляется за счет нагревания паром, который называется греющим или первичным. Пар, образующийся при кипении раствора, называется вторичным. Выпаривание используется для получения концентрированных растворов, удаления части влаги перед сушкой.
При кипении растворов концентрация растворенных веществ увеличивается за счет превращения в пар части растворителя. Процесс концентрирования растворов называется выпариванием.
|
|
|
Превращение жидкости с ее свободной поверхности в пар будем называть испарением.
В пищевой промышленности обычно выпаривают водные растворы: свекловичный сок, барду, молоко и т. д. Поэтому образующийся при выпаривании пар, называемый вторичным паром, является насыщенным водяным паром, который может быть использован как горячий теплоноситель в других аппаратах. На выпаривание растворов расходуется огромное количество теплоты, поэтому от рациональной организации процессов выпаривания в значительной степени зависит рентабельность производства.
Количество теплоты, необходимой для выпаривания,
| Q = тr | (10.1) |
где т — масса выпаренного растворителя, кг; r—скрытая теплота парообразования, Дж/кг.
Затраты теплоты на выпаривание зависят от давления и температуры, при которых осуществляется процесс, так как r =f(р).
При этом скрытая теплота парообразования тем выше, чем ниже давление.
Расход энергии на выпаривание под вакуумом выше, чем при выпаривании при атмосферном или избыточном давлении. Однако термолабильность растворов в пищевой промышленности ограничивает допустимую температуру кипения. Так, например, растворы красящих веществ, содержащиеся в экстрактах, полученных из растительного сырья, разлагаются при нагревании до 50...60 °С. Аскорбиновая кислота и другие витамины и биологически активные вещества, содержащиеся в растворах, при нагревании также разлагаются. Вот почему в пищевой промышленности широко используется выпаривание под вакуумом.
| 1.1 | Классификация, устройство и принцип действия выпариваемых аппаратов |
Процесс выпаривания можно рассматривать как двухсторонний состоящий из кипения и выпариваемого раствора (1 стадия) и разделения парожидкостной смеси (2 стадия). Поэтому любой выпарной автомат состоит из калоризатора и сепаратора пароотделителя (сепарационного пространства)
В зависимости от условий кипения выпариваемого раствора выпарные аппараты подразделяются на: циркуляционные; пленочные.
В циркуляционных аппаратах выпариваемый раствор кратко нагревается с многократным разделением парожидкостной смеси. Циркуляция может быть естественной или принудительной.
В пленочных выпариваемый раствор контактирует с греющей поверхностью однократно, причем на греющей поверхности создается пленка раствора, т.е. пленочное кипение. Пленка может быть восходящей, образуется за счет стекания продукта по поверхности греющихся труб и создаваемой механической пленкой в роторно-пленочных аппаратах с мешалкой.
|
|
|
Классификация ВВУ может осуществляться:
1) по периодичности проведения процесса: непрерывного действия, периодического действия;
2) по принципу использования вторичного пара (одно- и многокорпусные): с использованием, без использования;
3) по типу калоризаторов: трубчатыми, пластинчатыми, змеевиковыми, рубашечными.
4) по виду теплоносителя: с нагревом водяным паром, с аммиачным или хладоновым обогревом;
5) по организации движения продукта: с естественной циркуляцией, с принудительной циркуляцией.
Использование вторичных паров позволяет сократить расход острого пара на 40-70 %, а также и в многокорпусных ВВУ, в однокорпусных установках с термокомпрессий существенно сократить потребность в воде на конденсацию вторичных паров, т.к. в конденсатор их поступает немного.
1.1. 1Аппараты с естественной циркуляцией с соосногреющей камерой (рисунок 10.8).
Калоризатор представляет собой вертикальный кожухотрубный теплообменник, в центре которого расположена циркуляционная труба. Продукт, нагреваясь в теплообменных трубах, поднимается вверх, где сепараторе (сепарационной зоне) разделяется на жидкость и вторичный пар. Вторичный пар выводится из сепаратора, а жидкость по циркуляционной трубе стекает вниз, затем опять нагревается и обеспечивается качественная циркуляция во внутреннем контуре.
Рисунок 10.8 – Аппараты с естественной циркуляцией с соосногреющей камерой: 1 – брызгоуловитель; 2 – сепаратор-пароотделитель; 3 – циркуляционная труба; 4 – патрубок для входа греющего пара;
5 – калоризатор;
6 – патрубок для отвода конденсата;
7 – патрубок для выхода раствора;
8 – греющая труба;
9 – патрубок для отвода воздуха;
|
10 – патрубок для подачи исходного продукта.
|
|
|
1.1.2 аппарат с принудительной циркуляцией и вынесенной греющей камерой
Более высокие кратности циркуляции, соответствующие скоростям движения парожидкостной смеси более 2-2,5 м/с, достигаются в выпарных аппаратах с принудительной циркуляцией (рис. 4). Повышение кратности циркуляции обеспечивается установкой в циркуляционной трубе осевых насосов 4, обладающих высокой производительностью. В связи с более высокими скоростями движения жидкости в этих аппаратах достаточно высоки коэффициенты теплопередачи - более 2000 Вт/(м2•К), поэтому такие аппараты могут эффективно работать при меньших полезных разностях температур (равных 3-5°С). В аппаратах с принудительной циркуляцией можно с успехом концентрировать высоковязкие или кристаллизующиеся растворы.
В ряде случаев выпарные аппараты с принудительной циркуляцией выполняют с вынесенной нагревательной камерой (см. рис. 4.). В этом случае появляется возможность производить замену нагревательной камеры при ее загрязнении, а иногда к одному сепаратору подсоединять две или три нагревательные камеры. Роль зоны вскипания выполняет труба, соединяющая нагревательную камеру и сепаратор. Достоинством выпарного аппарата с соосными греющей камерой и сепаратором (см. рис. 5.) является меньшая производственная площадь, необходимая для его размещения.
Рисунок 10.11 – Схема аппарата с принудительной циркуляцией и вынесенной греющей камерой: 1 – калоризатор; 2 – сепаратор-пароотделитель; 3 – циркуляционная труба; 4 – двигатель (насос). 
К общим недостаткам выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией следует отнести повышенный расход энергии, связанный с необходимостью работы циркуляционного насоса.
Все рассмотренные выше конструкции аппаратов по структуре движения в них жидкости близки к моделям идеального перемешивания, поэтому при сравнительно большом объеме циркулирующего раствора последний находится при повышенных температурах достаточно длительное время (а отдельные частицы жидкости - бесконечно долго). Это существенно затрудняет выпаривание нетермостойких растворов. Для таких растворов можно использовать пленочные выпарные аппараты.
Пленочные выпарные аппараты
Их относят к группе аппаратов, работающих без циркуляции; процесс выпаривания осуществляется за один проход жидкости по кипятильным трубам, причем раствор движется в них в виде восходящей или нисходящей пленки жидкости. Как правило, эти аппараты работают при прямоточном движении раствора и образующегося вторичного пара, который занимает центральную часть труб. В связи с этим здесь отсутствует гидростатический столб парожидкостной смеси и, следовательно, гидростатическая депрессия. Для обеспечения заданных пределов изменения концентраций упариваемых растворов кипятильные трубы делают длинными (6-10 м).
|
|
|
Выпарной аппарат с восходящей пленкой жидкости (рис. 6) работает следующим образом. Снизу заполняют раствором трубы на 1/4 и 1/5 их высоты, подают греющий пар, который вызывает интенсивное кипение. Выделяющийся вторичный пар, поднимаясь по трубам, за счет сил поверхностного трения увлекает за собой раствор. В сепараторе пар и раствор отделяются друг от друга.
| Рисунок 10.13 – Схема аппарата пленочного типа с падающей пленкой: 1 – сепаратор-пароотделитель; 2 – калоризатор; 3 – распределительное устройство, 4 –тангенциальная соединительная трубка. |
1.1.4 Барботажные выпарные аппaраты.
Выпаривание некоторых сильно агрессивных
и высококипящих растворов, например растворов серной, соляной, фосфорной
кислот, растворов мирабилита,: хлористого магния и других, производят при
непосредственном соприкосновении раствора с нагретыми инертными газами. Для
таких растворов передача через стенку тепла, необходимого для выпаривания,
оказывается практически неосуществимой из-за трудностей, связанных с
выбором конструкционного материала, который должен сочетать хорошую
теплопроводность с коррозионной и термической стойкостью.
Выпаривание при непосредственном соприкосновении раствора и
теплоносителя осуществляют обычно с помощью топочных газов или нагретого
воздуха в аппаратах с металлическим кожухом, футерованным изнутри
коррозионно-стойкими материалами, например диабазовой и керамической
плиткой, кислотоупорным и шамотным кирпичом и т.д. Барботажные трубы, по
которым поступают в раствор газы, изготавливаются из термосилида, графита и
других коррозионностойких материалов.
|
|
|
