Расчет контактного аппарата по производству серной кислоты - Производство и технологии курсовая работа
Главная
Производство и технологии
Расчет контактного аппарата по производству серной кислоты
Выпаривание как процесс концентрирования растворов нелетучего вещества путем удаления жидкого летучего растворителя в виде пара, варианты реализации данного процесса и его обеспечение. Выбор конструкции аппарата, его критерии. Тепловые нагрузки корпусов.
посмотреть текст работы
скачать работу можно здесь
полная информация о работе
весь список подобных работ
Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Выпаривание - процесс концентрирования растворов нелетучего вещества путем удаления жидкого летучего растворителя в виде пара. Сущность выпаривания заключается в переводе растворителя в парообразное состояние и отвод полученного пара от оставшегося сконцентрированного раствора. Выпаривание обычно проводят при кипении, т.е. в условиях, когда давление пара над раствором равно давлению в рабочем объеме аппарата.
Этот процесс подучил широкое распространение в химической промышленности, в связи с тем, что многие вещества, например едкий натр, едкое кали, аммиачная селитра, сульфат аммония и др. получают в виде разбавленных водных растворов, а на дальнейшую переработку и транспорт они должны поступать в виде концентрированных продуктов.
Для нагревания выпариваемых растворов до кипения используют топочные газы, электрообогрев и высокотемпературные теплоносители, но наибольшее применение находит водяной пар, характеризующийся высокой теплотой конденсации и высоким коэффициентом теплоотдачи.
Выпаривание можно проводить под вакуумом, при атмосферном и повышенном давлении.
Процесс выпаривания проводится в выпарных аппаратах, конструкции которых очень разнообразны, что значительно усложняет их классификацию. Наибольшее распространение получили выпарные аппараты с паровым обогревом, имеющие поверхность теплообмена, выполненную из труб.
Выпарные аппараты с паровым обогревом состоят из двух основных частей:
- кипятильник (греющая камера) в котором расположена поверхность теплообмена и происходит выпаривание раствора;
- сепаратор - пространство, в котором вторичный пар отделяется от раствора.
В зависимости от характера движения кипящей жидкости в выпарном аппарате различают:
- выпарные аппараты со свободной циркуляцией;
- выпарные аппараты с естественной циркуляцией;
- выпарные аппараты с принудительной циркуляцией;
Выпарные аппараты с естественной циркуляцией отличаются высокой производительностью и широко используются для упаривания растворов с относительно невысокой вязкостью. В таких аппаратах циркуляция осуществляется за счет разности плотностей в отдельных точках аппарата.
Раствор, находящийся в кипятильных трубках закипает и в результате испарения части жидкости в этих трубках образуется парожидкостная смесь, плотность которой меньше плотности самого раствора. В результате этого раствор в кипятильных трубках поднимается, а в циркуляционной трубе опускается. При циркуляции повышается коэффициент теплоотдачи со стороны кипящей жидкости и предохраняется поверхность труб от образования накипи.
Существует несколько типов аппаратов с естественной циркуляцией: с центральной; циркуляционной трубой, с подвесной греющей камерой, с выносной греющей камерой и т.д.
Выпарные аппараты с центральной циркуляционной трубой получили наиболее широкое распространение из-за простоты конструкции и легко сти очистки и ремонта. В тоже время наличие обогреваемой циркуляционной трубы снижает интенсивность циркуляции.
Так как при упаривании раствора (NH 4 ) 2 SO 4 возможно выделение незначительного осадка, удаляемого механическим путем, то выбираем выпарной аппарат с естественной циркуляцией и с вынесенной греющей камерой - тип 1 исполнение 2 ГОСТ 11987 - 81 [ 3 c. 1 82].
Рис. 1. Схема аппарата (тип 1, исполнение 2): 1 -г реющая камера; 2 - се паратор; 3 - ци ркуляционная труба.
Так как водный раствор (NH 4 ) 2 SO 4 при температуре кипения является коррозионно-активным веществом, то в качестве конструкционного материала для основных деталей выбираем нержавеющую сталь Х18Н10Т ГОСТ 5632-72, которая является стойкой в сильноагрессивных средах до температуры 600С.
Рис. 2. Технологическая схема двухкорпусн ой выпарной установки
Исходный раствор центробежным насосом Н подается в кожухотрубный теплообменник Т, где нагревается до температуры кипения и поступает в первый корпус выпарного аппарата с центральной циркуляционной трубой АВ1. Нагрев раствора в теплообменнике и выпаривание осуществляются за счет теплоты конденсации греющего пара: образовавшийся при этом конденсат, сбрасывается в линию конденсата и может использоваться в качестве оборотной воды. Упаренный раствор из 1-го корпуса поступает во второй корпус АВ2 выпарного аппарата. Образовавшийся при выпаривании вторичный пар из первого корпуса подается во второй в качестве греющего пара, а вторичный пар из второго корпуса поступает в барометрический конденсатор КБ, где смешивается с холодной водой, конденсируется и сбрасывается в линию конденсата.
W = G н (1 - х н /х к ) = 2, 7 8 (1 - 18/39,1 ) = 1, 5 кг/с,
где G н = 10000 /3600 = 2,78 кг/с - массовый расход исходного раствора.
G к = G н - W = 2, 78 - 1,5 = 1,28 кг/с.
Принимаем, что w 1 :w 2 = 1 : 1,1 , тогда
w 1 = 1W/(1+1,1) = 1 1, 5 /2,1 = 0, 714 кг/с .
w 2 = 1,1W/(1+1,1) = 1,1 1, 5 /2,1 = 0, 786 кг/с .
x 1 = G н х н /(G н - w 1 ) = 2, 78 0, 18 /(2, 78 - 0, 714) = 0,242 = 24, 2% .
x 2 = G н х н /(G н - w 1 - w 2 ) = 2, 787 0, 18 /(2, 78 - 0, 714 - 0, 786 ) = 0,3 91 = 3 9, 1% .
Концентрация раствора в последнем корпусе х 2 соответствует заданной концентрации упаренного раствора х к .
Общий перепад давлений в установке:
Р об = Р г 1 - Р вп2 = 0, 3 - 0,0 8 = 0, 22 МПа
Принимаем, что перепад давлений между корпусами распределен как 1:1, тогда
Р г2 = 0,3 - 0, 22 1/2 = 0, 19 МПа t г2 = 118 С,
Принимаем гидростатическую депрессию , = 1 С, тогда температура и давление вторичного пара:
t вп1 = t гп2 + , = 1 18 + 1 = 1 19 С Р вп1 = 0, 195 МПа,
t вп2 = t бк2 + , = 93+1 = 9 4 С Р вп1 = 0,08 1 МПа,
Оптимальная высота раствора в трубках:
h опт = Н [0, 26+0,001 4 ( - в ) ] ;
где Н = 4 м - высота кипятильных трубок;
1 = 1138 кг/м 3 - плотность раствора [2 c . 539 ];
h опт1 = 4 [0, 26+0,001 4 (1138-1000 )] = 1,8 м .
h опт2 = 4 [0, 26+0,001 4 (1228-1000 )] = 2,31 м .
Р ср1 = 0,19 5 10 6 + 0,5 1,8 1138 9,8 = 0,205 МПа,
Р ср2 = 0,08 1 10 6 + 0,5 2,31 1228 9,8 = 0,095 МПа,
Этим давлениям соответствуют следующие температуры и теплоты испарения [ 1 c. 5 50]:
P cp1 = 0,205 МПа t cp1 = 122 C, r вп1 = 2208 кДж/кг,
P cp2 = 0,095 МПа t cp2 = 97,6 C, r вп2 = 2267 кДж/кг.
= t cp1 - t вп1 = 122 - 119 = 3 С.
= t cp2 - t вп2 = 97,6 - 94 = 3,6 С.
где - температурная депрессия при атмосферном давлении,
= 16, 2 (273+ 122 ) 2 2/2208 000 = 2,3 C.
= 16, 2 (273+ 97,6 ) 2 7/2267 000 = 6,9 C.
t к1 = t г2 + + + = 118 +1+ 3 + 21,3=124,3 C
t к2 = t вп2 + + = 94 + 3,6 + 6,9=104,5 C.
t п1 = t гп1 - t к1 = 1 32,9 - 1 24,3 = 8,6 С,
t п2 = t гп2 - t к2 = 1 18 - 104,5 = 13,5 С,
t п = t п1 + t п2 = 8,6 + 13,5 = 22 , 1 С.
Проверяем полезную разность температур
132,9 - 93 - ( 9,2 + 6,6 +2) = 22,1 С.
Для упрощения приближенного расчета составляем тепловые балансы без учета тепловых потерь и принимаем, что из каждого корпуса в последующий раствор поступает при средней температуре кипения .
По условию раствор попадает на выпарку подогретым до температуры кипения в 1 корпусе.
Q 1 =W 1 r 1 = 0,714 2171 = 1577 кВт
Q 2 =W 2 r 2 = 0,786 2270 = 1784 кВт
Тепловое сопротивление стенки . Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки и накипи . термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем. Получим: ст =46,5 Вт/м К - теплопроводность стали [1 c. 5 29]; ( / ) = 0,002/46 ,5 + 0,0005/2= 3,1 10 -4 м К / Вт .
где 1 = 0,210 10 -3 Па с - вязкость конденсата [1 c. 5 37];
1 = 0,686 Вт/м К - теплопроводность конденсата;
1 = 935 кг/м 3 - плотность конденсата;
t 1 - разность температуры конденсации пара и температуры стенки со стороны пара, предварительно принимаем t 1 = 1 C;
1 = 2,0 4 (0, 68 6 3 93 5 2 217 1000/0,210 10 -3 1 4) 0,25 =10614 Вт/м 2 К.
Для установившегося процесса теплопередачи справедливо уравнение для удельного теплового потока:
t ст = =10614 1 3,1 10 -4 = 3,3 С,
t 2 = t п - t 1 - t ст = 8, 6 - 3,3 - 1 = 4,3 С.
Теплофизические свойства кипящих растворов (NH 4 ) 2 SO 4
A=780 0, 610 1,3 11 38 0,5 1, 618 0,06 /[0,082 0,5 21710 00 0,6 0,579 0,66 368 0 0,3 (0,52 10 -3 ) 0,3 ] = 9,3
2 = A( 1 t 1 ) 0,6 = 9, 3 (10614 1) 0,6 = 2421 Вт/м 2 К.
Проверяем равенство удельных тепловых потоков:
q 1 = 1 t 1 =10614 1 = 10614 Вт/м 2 ,
q 2 = 2 t 2 = 2421 4,3 = 10410 Вт/м 2 .
К 1 = 1/(1/ 10 614+ 3,1 10 -4 + 1/ 2 421 ) = 1 224 Вт/м 2 К.
Принимаем предварительно t 1 = 2 С.
1 = 2,0 4 (0, 68 8 3 95 3 2 2208 000/0,206 10 -3 2 4) 0,25 = 8626 Вт/м 2 К.
t ст = 1 t 1 ( cт / ст ) = 8626 2 3,1 10 -4 = 5,3 С,
t 2 = t п - t 1 - t ст = 13,5 - 5,3 - 2 = 6,2 С.
A = 780 0, 620 1,3 1 228 0,5 0, 470 0,06 /
[0,095 0,5 2208 000 0,6 0,579 0,66 360 0 0,3 (1,18 10 -3 ) 0,3 ] = 7,6
2 = A( 1 t 1 ) 0,6 = 7, 6 (8626 2) 0,6 = 2891 Вт/м 2 К.
Проверяем равенство удельных тепловых потоков:
q 1 = 1 t 1 = 8626 2 = 1725 2 Вт/м 2 ,
q 2 = 2 t 2 = 2891 6,2 = 1 7924 Вт/м 2 .
К 2 = 1/(1/8 626 + 3,1 10 -4 + 1/ 2891 ) = 1288 Вт/м 2 К.
Принимаем, что разность температур распределяется по условию равенства поверхности теплообмена корпусов, тогда
t п = t п (Q 1 /K 1 )/ [ (Q 1 /K 1 ) + (Q 2 /K 2 )]
t п1 = 22, 1 (1577/ 1 224 )/[( 1577 /1 224 ) + (1 784 /1 288 )] = 10,7 С
t п2 = 22, 1 (1784/ 1 288 )/[(1 577 / 1224 ) + (1784/1288 )] = 11,5 С
F 1 = Q 1 /K 1 t п1 = 1577 10 3 / 1224 10,7 = 120 м 2 .
F 2 = 1784 10 3 / 1288 11,5 = 120 м 2 .
Выбираем по ГОСТ 11987-81 аппарат с ближайшей большей поверхностью теплообмена F = 125 м 2 [ 3 c. 1 83]:
диаметр греющей камеры, не более -1 0 00 мм ;
диаметр сепаратора, не более - 22 00 мм ;
диаметр циркуляционной трубы, не более 7 00 мм ;
высота аппарата, не более 13 500 мм ;
масса аппарата, не более 115 00 кг.
Число нагревательных трубок диаметром 38 2, высотой 4 м :
где d cp = 0,036 м - ср едний диаметр трубки.
n = 160/ 0,036 4,0 = 354 шт. Площадь суммарного сечения всех кипятильных трубок:
f тр = 0,785nd вн 2 = 0,785 354 0,034 2 = 0,32 м 2 .
Площадь сечения циркуляционной трубы:
f ц = 0,3f тр = 0,3 0,32 = 0,096 м 2 .
d ц = (f ц /0,785) 0,5 = (0,096/0,785) 0,5 = 0,350 м .
где = 1,25 - коэффициент шага трубок;
= 60 - при размещении труб по вершинам правильных треугольников;
= 0,8 - коэффициент использования трубной решетки;
d н = 0,038 м - наружный диаметр трубок;
А - площадь , занимаемая циркуляционной трубой.
A = (d ц +2 d н ) 2 = (0,40+2 1,25 0,036) 2 = 0,24 м 2
D = (0,4 1,25 2 sin60 160 0,038/0,8 4 + 0,24) 0,5 = 0,87 м .
Принимаем диаметр корпуса греющей камеры 1000 мм .
где D = 1,0 м - диаметр греющей камеры аппарата;
P = 0,3 МПа - давление греющего пара;
= 138 МН/м 2 - допускаемое напряжение для стали;
= 0,8 - коэффициент ослабления из-за сварного шва;
C к = 0,001 м - по правка на коррозию.
= 1,0 0,3/2 138 0,8 + 0,001 = 0,003 м .
Принимаем толщину обечайки = 8 мм .
Наибольшее распространение в химическом машиностроении получили эллиптические отбортованные днища по ГОСТ 6533 - 7 8, толщина стенки днища 1 = = 8 мм .
Соединение обечайки с днищами осуществляется с помощью плоских приварных фланцев по ОСТ 26- 4 28 - 7 9.
где G a = 11500 кг - масса аппарата,
G в - масса воды заполняющей аппарат.
G в = 1000 0,785D 2 H = 1000 0,785 1 2 13,5 =12598 кг,
где Н = 13,5 м - высота аппарата.
G max = 11500 +12598 =24098 кг = 0,22 МН.
Принимаем, что аппарат установлен на 4 опорах, тогда нагрузка, приходящаяся на одну опору:
Выбираем опору с допускаемой нагрузкой 0,063 МН, конструкция которой приводятся на рисунке:
Диаметр штуцеров рассчитывается по формуле:
где G - массовый расход теплоносителя,
w - скорость движения теплоносителя в штуцере.
Принимаем скорость жидкости в штуцере w = 1 м /с, а для пара w = 20 м /с, тогда диаметр штуцера для входа греющего пара
d 1 = (1,28/0,785 20 1,39) 0,5 = 0,242 м ,
диаметр штуцера для выхода конденсата:
d 1 = (1,28/0,785 1 935) 0,5 = 0,041 м ,
диаметр штуцера для входа раствора:
d 1 = (2,78/0,785 1 1095) 0,5 = 0,056 м ,
диаметр штуцера для выхода раствора:
d 1 = (1,28/0,785 1 1138) 0,5 = 0,038 м ,
Все штуцера снабжаются плоскими приварными фланцами по ГОСТ 12820 - 8 0 .
9 . Определение толщины тепловой изоляции
Расчет тепловой изоляции. В качестве материала тепловой изоляции выберем совелит (8 5% магнезии + 1 5% асбеста), имеющий коэффициент теплопроводности и = 0,09 Вт/м К. Принимаем температуру наружной поверхности стенки t ст.в. =40 С; температуру окружающей среды t в = 18 С, тогда толщина слоя изоляции:
где в- коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляции в окружающую среду:
в = 9,3+0,058 t ст.в. = 9,3+0,058 40 = 11,6 Вт/м 2 К.
и = 0,0 9 (127, 4 - 4 0)/11, 6 (40-1 8) = 0,031 м .
Принимаем толщину тепловой изоляции 40 мм .
выпаривание аппарат тепловой конструкция
1. Павлов К.Ф. , Романков П.Г. , Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. Л .:Хими я, 1 987, 576 с.
2. Лащинский А.А. , Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры - Л. «Машиностроение», 1975.
3. Основные процессы и аппараты химической технол огии: Пособие по проектированию. Под ред. Ю.И. Дытнерского . М.: Химия, 1983. 272 с.
Теоретическое изучение выпаривания - термического процесса концентрирования растворов нелетучих твердых веществ при кипении и частичном удалении жидкого растворителя в виде пара. Последовательность проектирования многоступенчатой выпарной установки. учебное пособие [944,7 K], добавлен 14.12.2010
Процесс концентрирования серной кислоты, описание технологической схемы и оборудования. Расчет материального и теплового баланса основного проектируемого аппарата, расчет вспомогательного аппарата. Расчет потребности сырья и численности рабочих. дипломная работа [206,6 K], добавлен 20.10.2011
Характеристика производимой продукции предприятия. Характеристика сырья для получения серной кислоты. Материально-тепловой расчет контактного аппарата. Увеличение температуры при окислении двуокиси серы. Расчет контактного аппарата на ветровую нагрузку. курсовая работа [114,2 K], добавлен 21.10.2013
Технологический процесс концентрирования жидких растворов нелетучих веществ путем частичного удаления растворителя испарением при кипении жидкости. Описание технологической схемы выпарной установки, расчет основного аппарата и поверхности теплопередачи. курсовая работа [51,2 K], добавлен 10.11.2010
Аналитический обзор технологии концентрирования серной кислоты. Модернизация концентрационной колонны, т. е увеличение числа абсорбционных ступеней и частичная автоматизация процесса. Материальные и тепловые расчеты. Экологическое обоснование проекта. дипломная работа [212,9 K], добавлен 12.03.2011
Определение тепловой нагрузки аппарата, расхода пара и температуры его насыщения, режима теплообменника. Выбор конструкции аппарата и материалов для его изготовления. Подсчет расходов на приобретение, монтаж и эксплуатацию теплообменного аппарата. курсовая работа [544,4 K], добавлен 28.04.2015
Пересчет массовых концентраций компонентов в мольные. Выбор ориентировочной поверхности аппарата и конструкции. Определение тепловой нагрузки и расхода горячей воды. Расчет коэффициента теплопередачи, гидравлического сопротивления для выбранного аппарата. курсовая работа [581,9 K], добавлен 28.04.2014
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .
© 2000 — 2021
Расчет контактного аппарата по производству серной кислоты курсовая работа. Производство и технологии.
Отчет Учебной Практики Менеджмент Организации Заполненный
Зож В Студенчестве Реферат
Сочинение Наука Ради Мира
Дневник Производственной Практики Медсестры По Педиатрии
Реферат: Gladiator Essay Research Paper The Roman Army
Курсовая работа по теме Исследование влияния семейного воспитания на агрессивное поведение сиблингов младшего школьного возраста
Реферат На Тему История Архитектуры
Реферат: Музыка в эпохе Просвещения. Скачать бесплатно и без регистрации
Курсовая работа по теме Анализ результативности системного менеджмента предприятия
Великий Русский Язык Сочинение 6 Класс
Реферат по теме Договор аренды транспортных средств
Бизнес и окружающая среда
Сочинение Повествование Жизнь Герасима В Деревне
Контрольная Работа На Тему Табличный Процессор Excel. Система Управления Базой Данных Ms Access. Векторный Редактор Coreldraw
Эссе Или Эсса
Реферат: Учение о государстве и праве в России в конце ХVIII начале ХХ вв. Скачать бесплатно и без регистрации
Мини Сочинение Использование Древесины В Современном Хозяйстве
Туберкулез Половых Органов Реферат
Реферат: Психологические механизмы взаимоотношения в рабочей группе и команде
Отчет по практике по теме Антикоррупционная политика в городском округе Самара (на примере Департамента по вопросам общественной безопасности и контроля Администрации городского округа Самара)
Родительская ответственность как феномен социального воспитания - Педагогика курсовая работа
Анализ особенностей реформ XIX века и их влияния на развитие России - История и исторические личности реферат
Технологія ATM та алгоритм RED - Программирование, компьютеры и кибернетика реферат