Трехкорпусная выпарная установка для упаривания водных растворов NaNOз (стр. 2 из 5)
1. емкость исходного раствора;
2. ,10 - насосы;
3. - теплообменник;
4 – 6 – выпарные аппараты;
7 – барометрический конденсатор;
8 – вакуум-насос;
9 – гидрозатвор;
11 – емкость упаренного раствора;
12 – конденсатоотводчик;
2. Описание технологической схемы прямоточной трёхкорпусной выпарной установки
Исходный водный раствор NaNO3 в количестве 5,787 кг/с (25 т/час) с концентрацией 3% из ёмкости Е-1 нагнетается насосом Н-2 в трубное пространство подогревателя раствора АТ-1. Здесь раствор нагревается водяным паром (давление 8 кгс/см2, температура 169,6ºС) до температуры кипения (Т=155,5С) и направляется в первый корпус АВ-1 выпарной установки. В трубном пространстве нижней части аппарата раствор принимает тепло греющего пара, поступающего в межтрубное пространство (давление 10 кгс/см2, температура 169,6ºС). Процесс упаривания происходит в кипящем при температуре 141ºС растворе, который поднимается в трубном пространстве за счёт энергии поднимающихся паров. Образовавшаяся смесь вторичных паров, инертных газов и раствора нитрата натрия поднимается в верхнюю часть выпарного аппарата, где пары освобождаются от жидкости и поступают в межтрубное пространство второго корпуса АВ-2 выпарной установки в качестве греющего пара в количестве 2,7кг/час (давление 5,6 кгс/см2, температура 153,8ºС). Жидкая фаза самотёком сливается по внешней трубе в нижнюю часть выпарного аппарата. По достижению концентрации нитрата натрия в циркулирующем растворе 6,5% (контролируется по температуре кипения Т=141ºС) вентилями В-7 и В-12 устанавливается расход упаренного раствора 5,13кг/с (18,5 т/час), который самотёком перетекает из верхней части АВ-1 в трубное пространство АВ-2.
В трубном пространстве нижней части аппарата АВ-2 раствор принимает тепло вторичного пара от первого корпуса, процесс упаривания происходит в кипящем при температуре 109-141ºС растворе, аналогично процессу происходящему в первом корпусе. Вторичные пары из второго корпуса поступают в межтрубное пространство третьего корпуса АВ-3 выпарной установки в качестве греющего пара в количестве 1,9кг/час с давлением 2,76 кгс/см2 и температурой 107ºС. По достижению концентрации NaNO3 в циркулирующем во втором корпусе растворе 6,4% (контролируется по температуре кипения Т=109ºС), вентилями В-9 и В3-7 устанавливается расход упаренного раствора 1,89кг/с (6,8т/час), который самотёком перетекает из верхней части АВ-2 в трубное пространство АВ-3.
В трубном пространстве нижней части аппарата АВ-3 раствор принимает тепло вторичного пара от второго корпуса, процесс упаривания происходит в кипящем при температуре 71,4 - 109ºС растворе, аналогично процессу происходящему в первом и втором корпусах, но в отличие от двух первых корпусов, раствор в третьем корпусе кипит под давлением ниже атмосферного. Вакуум в третьем корпусе создаётся вакуум-насосом ВВН-12 поз. ВН-1 номинальной производительностью 12 м 3/мин, остаточным давлением 23 мм.рт.ст. и мощностью 20 кВт. Необходимая производительность вакуум-насоса ВН-1 (9,10 м 3/мин) задаётся путём регулирования количества подаваемой на всас вакуум насоса циркуляционной воды вентилем В48. Вода на всас вакуум-насоса ВН-1 подаётся для создания в нём кольцевого зазора, и отделяется от инертных газов завакуумированных из установки во влагоотделителе ВД-1.
По достижению концентрации нитрата натрия в циркулирующем в третьем корпусе растворе 18% (контролируется по температуре кипения Т=71,4ºС), вентилями В 40 и В 43 устанавливается расход упаренного раствора 1,157кг/с (4,356 т/час), который самотёком перетекает из верхней части АВ-3 в сборник готового раствора Е-2, из которого насосом Н-2 перекачивается на дальнейшую переработку или упаковку.
Технологической схемой предусмотрена возможность регулирования концентраций упаренных промежуточных и конечного растворов путём перепуска необходимого количества растворов с более низкой концентрацией с предыдущих стадий через систему байпасов. Регулирование расходов производится вентилями В17-20, В21. Также возможно разбавление исходного и конечного растворов конденсатом водяного пара.
Вторичные пары из корпуса АВ-3 поступают в количестве 2,07 кг/час с давлением 0,75 кгс/см 2 и температурой 60,7ºС конденсируются в барометрическом конденсаторе КБ-1, образующийся конденсат через барометрический стакан Е-3 выводится в канализацию. Охлаждение паров производится оборотной водой из производственной сети.
Образующийся после теплообменников АТ-1, АВ-1, АВ-2 и АВ-3 конденсат греющих паров отводится в производственную линию конденсата через конденсатоотводчик КО-1—КО-4 соответственно.
3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ
3.1 Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов
Принимаем схему выпарной установки, работающей по принципу прямотока и состоящей из 3-х аппаратов с естественной циркуляцией раствора.
3.1.1 Общее количество выпариваемой воды. Распределение по корпусам
Общее количество выпариваемой воды на установке определим по формуле:
(1)где G„ - расход исходного раствора, кг/с;
а„ — концентрация исходного раствора, % (масс);
ак ~ концентрация упаренного раствора, % (масс);
Нагрузку распределяем предварительно на основании практических данных. Принимаем следующее соотношение массовых количеств в выпариваемой воде по корпусам [5]:
Следовательно, количество выпариваемой воды по корпусам:
W1 = 
; 
W2 = 
;
W3 = 
;
Тогда концентрации раствора по корпусам:
а1=
(2)а1= 
(2а)
а1= 
(2б)
соответствует конечной концентрации упаренного раствора ак.
3.1.2 Определение температур кипения
Общий перепад давления в установке равен
∆Р = РrI–Рбк( 3)
где РrI- давление первичного пара, греющего первый корпус;
Рбк - давление пара в барометрическом конденсаторе;
∆Р = 9,81*104*(8 - 0,20) = 765,18 кПа
Предварительно распределяем перепад давления поровну между корпусами:
∆Ркор= 
; (4)
где n- число корпусов.
∆Ркор =
Тогда абсолютные давления по корпусам:
3 корпус Р1 ≈ Рвт3 ≈ Р6к = 0,20 кгс/см2,
2 корпус Р2 ≈ Р вт2 = 0,2 + 2,60 = 2,8 кгс/см2,
1 корпус Р3 ≈ Рвт1 » 2.8 + 2,60 = 5,4 кгс/см2.
Давление греющего пара: 5,4 + 2,60= 8 кгс/см .
По паровым таблицам [3] или [11.Приложение, таблица А.1] находим температуры насыщенных паров, удельные теплоты парообразования и сводим в таблицу 1.
Таблица 1 - Параметры вторичных паров
Корпус | Давление вторичных аров Р Вт кгс/cм | Температура вторичного пара Tвт2,  | Удельная теплота парообразования r, кДж/кг |
| 1 | 5,4 | 153,9 | 2108,2 |
| 2 | 2,8 | 130,24 | 2178,4 |
| 3 | 0,2 | 59,70 | 2358 |
Температурную депрессию ∆/ определяем по формуле:
∆/ =
(5)где ∆/ атм — температурная депрессия при атмосферном давлении °С;
Т- температура кипения чистого растворителя при данном давлении, К;
r-удельная теплота испарения растворителя при данном давлении, кДж/кг.
Температурные депрессии при атмосферном давлении находим из [11. Приложения, таблица Б.4.стр 31 ]
Тогда а по корпусам:
