Учебное пособие: Тепловые и массообменные процессы

Тепловые и массообменные процессы. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Процессы и аппараты химической технологии» для студентов очной, заочной и вечерней форм обучения специальностей:

240401.65 - Химическая технология органических веществ

240403.65 - Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов

240406.65 -Технология химической переработки древесины.

Составители: Губанов Н.Д., Баяндин В.В. – Иркутск, 2007. – 33 с.

Иркутский государственный технический университет

664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83

ИСПЫТАНИЕ ДВУХКОРПУСНОЙ ВЫПАРНОЙ УСТАНОВКИ

Цель работы: изучение двухкорпусной выпарной установки непрерывного действия, определение количества выпариваемой воды, коэффициентов теплопередачи по корпусам и удельного расхода греющего пара.

Приборы и принадлежности: двухкорпусная выпарная установка, раствор глицерина, денсиметры.

Введение

Выпаривание – это процесс концентрирования растворов нелетучих веществ, заключающийся в удалении растворителя путем испарения его при кипении. Движущей силой выпаривания является разность температур между горячим теплоносителем и кипящим раствором, называемая полезной разностью температур.

Выпаривание является одним из наиболее энергоемких процессов химической и пищевой технологии, как по абсолютному количеству расходуемой энергии, так и по ее удельному расходу на 1кг перерабатываемого раствора. В промышленности в большинстве случаев выпаривают водные растворы нелетучих веществ.

Выпаривание ведут как под атмосферным давлением, так и под повышенным или пониженным давлениях. При выпаривании под атмосферным давлением образующийся вторичный пар удаляется в атмосферу. При выпаривании под пониженным давлением вакуум в аппарате создают за счет конденсации вторичного пара в барометрическом конденсаторе. Выпаривание под вакуумом позволяет снизить температуру кипения раствора, а значит увеличить разность температур между греющим паром и кипящим раствором, то есть повысить движущую силу процесса. Это дает возможность уменьшить поверхность теплообмена. Выпаривание под повышенным давлением позволяет образующийся вторичный пар использовать в качестве греющего или для других технологических нужд.

В промышленности применяют как однокорпусные, как и многокорпусные выпарные установки. Многокорпусные выпарные установки состоят из нескольких соединенных друг с другом выпарных аппаратов (корпусов). Различают прямоточные и противоточные многокорпусные выпарные установки.

В прямоточных выпарных установках греющий пар и выпариваемый раствор движутся прямотоком от корпуса к корпусу, а в противоточных – навстречу друг другу. Подробнее о многокорпусных выпарных установках в [1, 2]. В многокорпусных выпарных установках первичным паром обогревают только первый корпус, а вторичный пар, образующийся в каждом предыдущем корпусе, используют для обогрева последующего корпуса. Таким образом, в многокорпусных выпарных установках осуществляется многократное использование тепла, отдаваемого первичным греющим паром. Это позволяет значительно снизить расход первичного греющего пара. В качестве горячего теплоносителя в первом корпусе в основном используют насыщенный водяной пар.

1 Требования безопасности

Перед пуском установки по наружному осмотру проверить исправность аппаратов, трубопроводов, арматуры, приборов КИПиА, заземления, защитного отключения, тепловой изоляции. Пуск установки проводить в присутствии учебного мастера и при его непосредственном руководстве. Работая на площадках с высокой отметкой и вблизи вращающихся частей проявлять осторожность и аккуратность.

К выполнению лабораторной работы студенты допускаются только после прохождения инструктажа по безопасности труда и пожарной безопасности в лаборатории и на рабочем месте.

2 Описание установки и порядок выполнения работы

Выпарная установка (рисунок 1) состоит из двух аппаратов 1 и 1а с внутренней греющей камерой и центральной циркуляционной трубой. Выпарной аппарат состоит из двух основных частей: греющей камеры, в которой происходит кипение раствора, и сепаратора, в котором вторичный пар отделяется от раствора. Высота выпарного 1500мм, диаметр 408мм, поверхность теплообмена 1,5м² .

Водный раствор глицерина из бака 2, снабженного указателем уровня, центробежным насосом 13 подается в выпарной аппарат 1. Расход раствора измеряется ротаметром 7. Обогрев корпуса 1 осуществляется насыщенным водяным паром, поступающим от электропарового котла. Давление пара в трубопроводе измеряется манометром и регулируется клапанами. Вторичный пар из корпуса 1 проходит брызгоуловитель 5 и поступает в греющую камеру корпуса 1а.

Раствор, упаренный до некоторой концентрации в корпусе 1, под действием разности давлений поступает в корпус 1а, где упаривается до заданной концентрации. Концентрированный раствор из корпуса 1а, пройдя через холодильник 9 и фонарь 16, поступает в сборники упаренного раствора 3 или 4, работающие попеременно. По мере их заполнения упаренный раствор переливается в бак 2.

I, Iа – выпарные аппараты; 2 – бак-хранилище; 3, 4 – сборники упаренного раствора; 5, 5а – брызгоуловители; 6 – барометрический конденсатор; 7, 8 – ротаметры; 9 – холодильник; 10 – барометрический ящик; 11, 12 – сборнки конденсата; 13 – центробежный насос; 14 – водокольцевой вакуум-насос; 15 – водоотделитель; 16 – смотровой фонарь, Рисунок 1 – Схема двухкорпусной выпарной установки

Вторичный пар из корпуса 1а проходит через брызгоуловитель 5а и поступает в барометрический конденсатор 6, орошаемый водой. Расход воды измеряется ротаметром 8. Смесь воды и конденсата удаляется из конденсатора самотеком через барометрическую трубу в барометрический ящик 10, а затем в канализацию. Воздух из барометрического конденсатора отсасывается вакуум-насосом 14. Концентрацию разбавленного и упаренных растворов в корпусах 1 и 1а определяют ареометром. Давление в аппаратах измеряются манометрами, вынесенными на щит КИП. Измерение температур конденсата и поверхности аппаратов производится термометрами сопротивления, работающими в комплекте с лагометрами. Отбор проб исходного и упаренного растворов производится через пробоотборники.

Перед пуском установки необходимо: Закрыть все воздушные краны и вентили на линии вакуума, паровой линии и линии раствора. Проверить наличие исходного раствора в баке 2. Проверить наличие воды в водопроводе.

Пуск установки производить следующим образом: Открыть вентили на отборных устройствах манометров и вакуумметров. Подать воду в холодильник упаренного раствора. Затем заполнить аппарат 1 исходным раствором из бака 2 с помощью наноса 13 через ротаметр 7 до верхней красной черты и подать пар на установку. Продуть межтрубное пространство греющей камеры первого корпуса по обводной линии. После продувки направить конденсат через конденсационные горшки и нагреть раствор до кипения. После того, как раствор в корпусе 1 начнет кипеть, следует создать вакуум во втором аппарате. Под действием разности давлений раствор из корпуса 1 начнет самотеком переливаться в корпус 1а. Перелив раствора производить до тех пор, пока уровень в корпусе 1 не достигнет нижней красной черты. После этого первый аппарат заполнить до верхней красной черты и процесс повторить. Когда во втором аппарате уровень раствора достигнет красной черты, заполнение системы прекращают и начинают процесс выпаривания. Далее необходимо продуть греющую камеру второго аппарата, выпустив часть пара по обводной линии. Затем конденсат направить через конденсационный горшок. Установить по ротаметру указанный преподавателем расход исходного раствора в первый корпус. Начать подачу раствора из корпуса 1 в корпус 1а. для чего открыть регулирующий вентиль на линии раствора между корпусами с таким расчетом, чтобы уровень в первом аппарате не опускался ниже красной черты. Одновременно с началом подачи раствора подать воду в барометрический конденсатор. Расход воды установить по ротаметру 8. Подключить к корпусу 1а сборники упаренного раствора. Пустив, таким образом, всю установку, обязательно при непрерывной подаче раствора в аппараты, дать ей поработать 40-45 минут. После этого приступить к замерам. Измерения производятся через каждые 10-15 минут 3-4 раза. Результаты наблюдений сводятся в таблицу 1.

Таблица 1

Измеренные и рассчитанные параметры

Наименование величины	Значение и момент измерения	Среднее значение
Расход исходной смеси, кг/с
Расход воды на барометрический конденсатор, кг/с
Давление греющего пара, Па
Температура греющего пара, о С
Температура исходного раствора, о С
Давление в корпусе 1, Па
Температура вторичного пара в первом корпусе, о С
Температура кипения раствора в корпусе 1, о С
Давление во втором корпусе, Па
Температура вторичного пара в корпусе 1а, о С
Температура кипения раствора во втором корпусе, о С
Концентрация исходного раствора, % масс.
Концентрация раствора после первого корпуса, % масс.
Концентрация раствора после второго корпуса, % масс.
Температура поверхности первого аппарата, о С
Температура поверхности второго аппарата, о С
Температура холодной воды, 0 С
Температура смеси в барометрической трубе, 0 С
Температура воздуха, 0 С

3 Обработка опытных данных

3.1 Материальный баланс установки

Количество воды, выпариваемой в первом корпусе

,

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--