Выпарная установка непрерывного действия для выпаривания водного раствора NH4NO3 (колонна ректификационная ф2600)

БГТУ им. Кирова, г. Минск, Республика Беларусь
Кафедра «Процессы и аппараты химических производств»
Дисциплина «Процессы и аппараты химических производств»
Тема "Выпарная установка непрерывного действия для выпаривания водного раствора NH4NO3", 2003 год.

В данном курсовом проекте рассмотрены типовые конструкции выпарных аппаратов, а также патентные образцы оборудования. Приведены наиболее распространенные схемы проведения процесса выпаривания. Рассмотрено и рассчитано основное и допол-нительное оборудования для осуществления процесса выпаривания под вакуумом.
В курсовом проекте приводится подробный расчет основного аппарата (с естетсвенной циркуляцией, сосной греющей камерой и вынесенной зоной кипения), а также подробный расчет теплообменника-подогревателя.
Рассмотрена конструкция и принцип работы основного и дополнительного оборудования.

В результате выполнения данного курсового проекта была рассчитана двухкорпусная вакуум установка для концентрирования раствора NH4NO3 от 10 % масс. до 45 % масс. В результате было подобрано следующее оборудование:
1. Выпарной аппарат с естественной циркуляцией, сосной греющей камерой и вынесенной зоной кипения (тип 1 исполнение 2) с номинальной поверхностью теп-лопередачи 250 м2.
2. Кожухотрубчатый теплообменник-подогреватель с номинальной поверхностью теплопередачи 46 м2.
3. Барометрический конденсатор диаметром 600 мм с барометрической трубой диаметром 250 мм и высотой 5,1 м.
4. Вакуум-насос типа ВВН-3 мощность на валу 6,5 кВт.
5. Центробежный насос Х20/53 с напором 45 м столба исходной жидкости, оборудованный электродвигателем АО2-52-2 номинальной мощностью 13 кВт.
6. Поплавковый конденсатоотводчик с диаметром условного прохода 40 мм.
7. Емкости ГЭЭ (исп.2) на 40 м3 и 8 м3 для исходного и упаренного раствора соответственно.

ВВЕДЕНИЕ 4
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6
1.1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ВЫПАРИВАНИЯ 6
1.1.1. Однокорпусное (однократное) выпаривание 7
1.1.2. Температура кипения раствора и температурные потери 9
1.1.3. Многокорпусное (многократное) выпаривание 11
1.1.3.1. Материальный и тепловые балансы многокорпусных установок 12
1.1.3.2. Полезная разность температур в многокорпусной установке и ее распределение по корпусам 13
1.1.3.3. Предельное и оптимальное число корпусов многокорпусной установки 15
1.2. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПРОЦЕССА ВЫПАРИВАНИЯ 17
1.3. ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ 21
1.3.1. Аппараты со свободной циркуляцией раствора 21
1.3.2. Вертикальные аппараты с направленной естественной циркуляцией 23
1.3.3. Аппараты с внутренней нагревательной камерой и центральной циркуляционной трубой. 23
1.3.4. Аппараты с подвесной нагревательной камерой 24
1.3.5. Аппараты с выносными циркуляционными трубами 25
1.3.6. Аппараты с выносной нагревательной камерой 26
1.3.7. Аппараты с вынесенной зоной кипения 27
1.3.8. Прямоточные (пленочные) аппараты 28
1.3.9. Роторные прямоточные аппараты 30
1.3.10. Аппараты с принудительной циркуляцией 31
1.3.11. Выпарные аппараты с тепловым насосом 32
1.3.12. Барботажные выпарные аппараты 33
1.3.13. Области применения и выбор выпарных аппаратов 34
1.4. ПАТЕНТНЫЕ ОБРАЗЦЫ ОБОРУДОВАНИЯ 35
1.4.1. Устройство выпарное центробежного типа 35
1.4.2. Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией 37
1.4.3. Роторный пленочный выпарной аппарат 39
1.4.4. Выпарной аппарат с восходящей пленкой 40
1.4.5. Выпарной аппарат с восходящей и нисходящей пленками 42
1.4.6. Теплопередающее устройство 44
2. ОБОСНОВАНИЕ И ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ 49
2.1. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ВЫПАРНОГО АППАРАТА И ТИПА УСТАНОВКИ 49
2.2. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ 49
2.3. ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ 51
2.3.1. Насосы 51
2.3.2. Конденсатоотводчики 53
2.3.3. Барометрический конденсатор 54
3. РАСЧЕТ ВЫПАРНОГО АППАРАТА 56
3.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ВЫПАРНОГО АППАРАТА 56
3.1.1. Концентрации упариваемого раствора 56
3.1.2. Температуры кипения растворов 57
3.1.3. Расчет полезной разности температур 61
3.1.4. Определение тепловых нагрузок 61
3.1.5. Выбор конструкционного материала 63
3.1.6. Расчет коэффициентов теплопередачи 63
3.1.7. Распределение полезной разности температур 68
3.1.8. Уточненный расчет поверхности теплопередачи 69
3.1.8.1 Расчет тепловых нагрузок 70
3.1.8.2. Расчет коэффициентов теплопередачи 70
3.1.8.3. Распределение полезной разности температур 74
3.1.8.4. Расчет поверхности теплопередачи выпарных аппаратов 75
3.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ 76
4. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКА-ПОДОГРЕВАТЕЛЯ 77
4.1. ОРИЕНТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ 77
4.2. УТОЧНЕННЫЙ РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ 78
4.3. ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ 80
5. РАСЧЕТ И ПОДБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ 82
5.1. РАСЧЕТ БАРОМЕТРИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА 82
5.1.1. Расход охлаждающей воды 82
5.1.2. Диаметр конденсатора 82
5.1.3. Высота барометрической трубы 83
5.1.4. Расчет производительности вакуум-насоса 84
5.2. РАСЧЕТ ЕМКОСТЕЙ 84
5.2.1. Емкость для исходного раствора 85
5.2.2. Емкость для упаренного раствора 85
5.3. РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ, ПОДБОР ШТУЦЕРОВ 85
5.4. НАПОР И МАРКА НАСОСОВ 87
5.4.1 Выбор трубопровода 87
5.5. РАСЧЕТ И ПОДБОР КОНДЕНСАТООТВОДЧИКОВ 89