Для предотвращения кристаллизации карбамида на стенках сепараторов поз. S-401 и поз. S-402, а также в газоходе соковых паров от сепаратора поз. S-402, предусмотрена постоянная промывка ам. водой от насоса поз. Р-703А(В).

В эжекторах I-ой и II-ой ступени выпарки используется пар 0,32-0,45 МПа (PIC 2139).

2.2 Выбор выпарного аппарата

Разнообразные конструкции выпарных аппаратов, применяемых в промышленности, можно классифицировать по типу поверхности нагрева (паровые рубашки, змеевики, трубчатки различных видов) и по ее расположению в пространстве (аппараты с вертикальной, горизонтальной иногда наклонной греющей камерой), по роду теплоносителя (водяной пар, высокотемпературные теплоносители, электрический ток и др.), а также в зависимости от того, движется теплоноситель снаружи или внутри труб нагревательной камеры.

Различают выпарные аппараты с неорганизованной, или свободной, направленной естественной и принудительной циркуляцией раствора.

Выпарные аппараты делятся также на аппараты прямоточные, в которых выпаривание раствора происходит за один его проход через аппарат без циркуляции раствора и аппараты, работающие с многократной циркуляцией раствора.

В зависимости от организации процесса различают периодические и непрерывно действующие аппараты.

Аппараты со свободной циркуляцией раствора

Простейшими типами являются периодически действующие открытые выпарные чаши с паровыми рубашками и змеевиковые. В выпарных аппаратах с рубашками происходит мало интенсивная неупорядоченная циркуляция выпариваемого раствора вследствие разности плотностей более нагретых и менее нагретых веществ. Поверхности нагрева рубашек и соответственно нагрузки этих аппаратов очень невелики.

Применяют при выпаривании сильноагрессивных и вязких, выделяющих твердые осадки, растворов.

Значительно большей поверхностью теплообмена в единице объема обладают змеевиковые выпарные аппараты. Аппараты более компактные, чем аппараты с рубашками, и отличаются несколько большей интенсивностью теплопередачи. В этих аппаратах также производят выпаривание небольших количеств химически агрессивных сред.

В вертикальных аппаратах с направленной естественной циркуляцией выпаривание осуществляется при многократной естественной циркуляции раствора.

В аппаратах с внутренней нагревательной камерой и центральной циркуляционной трубой обеспечивается естественная циркуляция, улучшающая теплопередачу и препятствующая образованию накипи на поверхности теплообмена. Недостатком является жесткое крепление кипятильных труб, не допускающее значительной разности тепловых удлинении труб и корпуса аппарата.

В аппаратах с подвесной нагревательной камерой благодаря свободному подвесу нагревательной камеры устраняется опасность нарушения плотности соединения кипятильных труб с трубными решетками вследствие разности тепловых удлинении труб и корпуса аппарата. Интенсивность циркуляции в аппаратах с подвесной нагревательной камерой недостаточна для эффективного выпаривания высоковязких и особенно кристаллизирующихся растворов.

В аппаратах с выносными циркуляционными трубами достигается более интенсивная теплопередача и уменьшается расход метала на 1м2 поверхности нагрева по сравнению с аппаратами с подвесной нагревательной камерой или центральной циркуляционной трубой.

В аппаратах с выносной нагревательной камерой скорость циркуляции может достигать 1,5м/с, что позволяет выпаривать в них концентрированные и кристаллизирующиеся растворы, не опасаясь слишком быстрого загрязнения поверхности теплообмена.

Аппараты с вынесенной зоной кипения могут эффективно применятся для выпаривания кристаллизирующихся растворов умеренной вязкости. Коэффициенты теплопередачи в таких аппаратах достигают 3000 Вт/(м2град).

В отличии от аппаратов с естественной циркуляцией в прямоточных аппаратах выпаривание происходит при однократном прохождение выпариваемого раствора по трубам нагревательной камеры. Таким образом, выпаривание осуществляется без циркуляции раствора. Различают аппараты с восходящей пленкой (упаривание кипящих растворов) и со стекающей пленкой (упаривание вязких и термоноестойких растворов).

Для того чтобы устранить отложение накипи в трубах, особенно при выпаривании кристаллизирующихся растворов, необходима скорость циркуляции не менее 2-2,5 м/с. Такие условия можно создать в аппаратах с принудительной циркуляцией. Скорость циркуляции определяется производительностью циркуляционного насоса и не зависит от высоты уровня жидкости в трубах, и также от интенсивности парообразования.

По технологическим причинам использование многокорпусных выпарных аппаратов иногда может оказаться неприемлемым. Так, например, приходится отказываться от многокорпусного выпаривания тех чувствительных к высоким температурам растворов, для которых температура кипения в первых корпусах многокорпусных установок слишком высоки и могут вызвать порчу продукта.

Проанализировав физические свойства выпариваемого раствора выбираем выпарной трубчатый аппарат с естественной циркуляцией и соосной греющей камерой.

3. Технологический расчет

Поверхность теплопередачи корпуса выпарного аппарата определяется по основному уравнению теплопередачи:

(3.1)

где F- площадь теплообменника, м2; Q -количество передаваемой теплоты, Дж; k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К); tп - полезная разность температур, К.

Для определения тепловых нагрузок Q, коэффициентов теплопередачи k, и полезной разности температур tп, необходимо знать количество упаренной воды, концентрацию раствора и ее температуру кипения в корпусе.

Производительность установки по выпариваемой воде определяют из уравнения материального баланса:

(3.2)

где W - производительность установки по упариваемой воде, кг/с; xн - начальная концентрация, xк - конечная концентрация, Gн - производительность установки (кг/с).

Температура кипения раствора в корпусе :

tk=132C0

3.1 Материальный баланс

На выпаривание поступает кг/с исходного раствора с концентрацией xн и удаляется Gк кг/с упаренного раствора с концентрацией xк. Если в аппарате выпаривается W кг/с растворителя, то общий материальный баланс выражается уравнением:

Производительность аппарата по упаренному раствору:

Производительность установки по выпариваемой воде:

В аппарат входит поток № 401 со следующим составом:

- карбамид - 95%;

- вода - 5%.

С аппарата выходят потоки № 402 и 709 со следующим составом:

Расчет статьи прихода:

;

.

Расчет статьи расхода:

Поток № 402

;

.

Поток № 709

;

;

;

;

;

Таблица 3.1

Материальный баланс

3.2 Определение тепловых нагрузок

Расход греющего пара в корпусе, производительность корпуса по выпариваемой воде и тепловую нагрузку корпуса определим путем совместного решения уравнений :

(3.3)

где 1.03-коэффициент учитывающий 3% потери тепла в окружающую среду; сн - теплоемкость раствора карбамида кДж/кгК; tнач- начальная температура кипения исходного раствора С0; tкон - температура кипения раствора в корпусе С0 (Ткон=Тк=132С0); I2 ,I1 -энтальпии сухого насыщенного греющего пара и энтальпия конденсата, кДж/кг; Iвт.п. - энтальпия воды при температере tк; - расход греющего пара.

(3.4)

где cc - теплоемкость 100% раствора карбамида, Дж/кгС0,; х - массовая доля карбамида в растворе; 4.190 - теплоемкость воды кДж/кгС0.

Пар в теплообменник поступает под давлением 0,4МПа, что соответствует температуре 143С0,.Температуре греющего пара равной 143С0 соответствуют следующие энтальпии сухого насыщенного греющего пара и энтальпии конденсата,:

Расход греющего пара будет:

3.3 Тепловой баланс

Для составления теплового баланса определим приход и расход тепла. Тепло в аппарат приходит с исходным раствором и греющим паром, а уходит с упаренным раствором, вторичным паром, паровым конденсатом и потерями тепла в окружающую среду.

Уравнение теплового баланса имеет вид:

, (3.5)

Где Gг.п. - расход греющего пара; I , Iг, iн, iк - энтальпии вторичного и греющего пара, исходного и упаренного раствора соответственно; с1 - удельная теплоемкость парового конденсата; - температура конденсата.

Приход тепла:

;

.

Расход тепла:

;

.

Таблица 3.2

Тепловой баланс

Страницы: 1, 2, 3