Выпорная установка
Содержание
Введение
1 Основная часть
1.1 Краткое описание технологического процесса
1.2 Анализ технологического процесса как объекта управления
1.3 Постановка задачи автоматизации
1.4 Описание принципиальной электрической схемы
1.5 Описание функциональной схемы
1.6 Выбор приборов и средств автоматизации
1.7 Спецификация используемых средств автоматизации
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Современная промышленность
характеризуется весьма большим
числом разнообразных производств,
различающихся условиями
Испарение при температурах ниже температуры кипения данного раствора происходит с его поверхности, в то время как при кипении растворитель испаряется во всем объеме кипящего растворителя из раствора.
Обычно из раствора удаляют
лишь часть растворителя, так как
в применяемых для выпаривания
аппаратах вещество должно оставаться
в текучем состоянии. В ряде случаев
при выпаривании растворов
Процесс выпаривания широко
применяется для повышения
Для осуществления процесса
выпаривания необходимо теплоту
от теплоносителя передать кипящему
раствору, что возможно лишь при
наличии разности температур между
ними. При анализе и расчете
процесса выпаривания эту разность
температур между теплоносителем и
кипящим раствором принято
Таким образом, выпаривание является типичным процессом переноса теплоты от более нагретого теплоносителя - греющего пара – к кипящему раствору. Основные отличия процесса выпаривания, вследствие которых выпаривание в ряду тепловых процессов выделяют в самостоятельный раздел, заключаются в особенностях его аппаратурного оформления и методе расчета выпарных установок.
Выпаривание проводят при атмосферном давлении, под вакуумом или под давлением, большим атмосферного. Образующийся при выпаривании растворов пар называется вторичным, или соковым [3].
Выпаривание под вакуумом
имеет ряд преимуществ по сравнению
с атмосферной выпаркой: снижается
температура кипения раствора, что
дает возможность использовать этот
способ для выпаривания растворов
термически нестойких веществ; повышается
полезная разность температур, что
ведет к снижению требуемой поверхности
теплопередачи выпарного
При выпаривании под повышенным давлением (выше атмосферного) вторичный пар может быть использован в качестве греющего агента для различных технологических нужд.
В случае, если в выпарной установке имеется один выпарной аппарат, такую установку называют однокорпусной. Если же в установке имеются два и более последовательно соединенных корпусов, то такую установку называют многокорпусной. В этом случае вторичный пар одного корпуса используют для нагревания в других выпарных аппаратах той же установки, что приводит к существенной экономии свежего греющего пара. Вторичный пар, отбираемый из выпарной установки для других нужд, называют экстра-паром. В многокорпусной выпарной установке свежий пар подают только в первый корпус. Из первого корпуса образовавшийся вторичный пар поступает во второй корпус этой же установки в качестве греющего, в свою очередь вторичный пар второго корпуса поступает в третий корпус в качестве греющего и т.д.
При больших производительностях
(от нескольких кубических метров выпариваемого
раствора в час и выше), что
характерно для промышленности, выпаривание
проводят по непрерывному принципу. В
аппаратах непрерывного действия обычно
создают условия для
- Основная часть
- Краткое описание технологического процесса
Выпариванием называется концентрирование растворов практически нелетучих или мало летучих веществ в жидких летучих растворителях.
Выпариванию подвергают растворы твердых веществ (водные растворы щелочей, солей и др.), а также высококипящие жидкости, обладающие при температуре выпаривания весьма малым давлением пара, — некоторые минеральные и органические кислоты, многоатомные спирты и др. Выпаривание иногда применяют также для выделения растворителя в чистом виде: при опреснении морской воды выпариванием образующийся из нее водяной пар конденсируют и воду используют для питьевых или технических целей.
При выпаривании обычно осуществляется частичное удаление растворителя из всего объема раствора при его температуре кипения. Поэтому выпаривание принципиально отличается от испарения, которое, как известно, происходит с поверхности раствора при любых температурах ниже температуры кипения. В ряде случаев выпаренный раствор подвергают последующей кристаллизации в выпарных аппаратах, специально приспособленных для этих целей.
Получение высококонцентрированных
растворов, практически сухих и
кристаллических продуктов
Тепло для выпаривания
можно подводить любыми теплоносителями,
применяемыми при нагревании. Однако
в подавляющем большинстве
Первичным элементом служит либо пар, получаемый из парогенератора, либо отработанный пар, или пар промежуточного отбора паровых турбин.
Пар, образующийся при выпаривании
кипящего раствора, называется вторичным.
Тёпло необходимое для
концентрированных растворов осуществляют при непосредственном соприкосновении выпариваемого раствора стопочными газами или другими газообразными теплоносителями.
Процессы выпаривания проводят под вакуумом, при повышенном и атмосферном давлениях. Выбор давления, связан со свойствами выпариваемого раствора и возможностью использования тепла вторичного пара.
Выпаривание под вакуумом имеет определённые преимущества перед выпариванием при атмосферном давлении, несмотря на то, что теплота испарения раствора несколько возрастает с понижением давления и соответственно увеличивается расход пара на выпаривание 1 кг растворителя (воды).
При выпаривании под вакуумом
становится возможным проводить
процесс при более низких температурах,
что важно в случае концентрирования
растворов веществ, склонных к разложению
при повышенных температурах. Кроме
того, при разрежении увеличивается
полезная разность температур между
греющим агентом и раствором,
что позволяет уменьшить
Применение вакуума дает возможность использовать в качестве греющего агента, кроме первичного пара, вторичный пар самой выпарной установки, что снижает расход первичного греющего пара. Вместе с тем при применении вакуума удорожается выпарная установка, поскольку требуются дополнительные затраты на устройства для создания вакуума (конденсаторы, ловушки, вакуум-насосы), а также увеличиваются эксплуатационные расходы.
При выпаривании под давлением выше атмосферного также можно исполь-
зовать вторичный пар, как для выпаривания, так и для других нужд, несвязанных с процессом выпаривания.
Вторичный пар, отбираемый на сторону, называют экстрапаром. Отбор экстрапара при выпаривании под избыточным давлением позволяет лучше использовать тепло, чем при выпаривании под вакуумом. Однако выпаривание под избыточным давлением сопряжено с повышением температуры кипения раствора. Поэтому данный способ применяется лишь для выпаривания термически стойких веществ. Кроме того, для выпаривания под давлением необходимы греющие агенты с более высокой температурой.
При выпаривании под атмосферным давлением вторичный пар не используется и обычно удаляется в атмосферу. Такой способ выпаривания является наиболее простым, но наименее экономичным.
Выпаривание под атмосферным
давлением, а иногда и выпаривание,
под вакуумом проводят в одиночных
выпарных аппаратах (однокорпусных
выпарных установках). Однако наиболее
распространены многокорпусные выпарные
установки, состоящие из нескольких
выпарных аппаратов, или корпусов, в
которых вторичный пар каждого
предыдущего корпуса
В химической промышленности применяются в основном непрерывно действующие выпарные установки. Лишь в производствах малого масштаба, а
иногда используют выпарные аппараты периодического действия. Концентрация
раствора в таком аппарате приближается к вырабатываемой лишь в конечный период процесса. Поэтому средний коэффициент теплопередачи здесь может быть несколько выше, чем в непрерывно действующем аппарате, где концентрация раствора ближе к конечной в течение всего процесса выпаривания.
Современные выпарные установки
имеют очень большие
1.2 Анализ технологического процесса как объекта управления
Показателем эффективности процесса является концентрация упаренного раствора. Цель управления выпарной установки состоит в получении раствора заданной концентрации, а также в поддержании материального и теплового балансов.
Расход свежего раствора
можно стабилизировать или
Концентрация свежего раствора определяется предшествующими технологическими процессами; её изменения будут сильными возмущениями для процесса выпаривания. Расход паров растворителя определяется параметрами исходного раствора, а также режимными параметрами в аппарате: температурой давлением, концентрацией раствора, интенсивностью подвода тепла.
Если предположить, что
цель управления достигнута, т.е. концентрация
упаренного раствора на выходе из аппарата
постоянна и соответствует
Концентрация упаренного
раствора зависит от расхода, концентрации
и температуры исходного
Концентрацию упаренного раствора можно регулировать изменением расхода раствора. При таких схемах регулирования количество поступающего исходного раствора определяется условиями работы выпарной установки. Не рекомендуется стабилизировать концентрацию упаренного раствора воздействием на подачу свежего раствора на установку. Вследствие большого запаздывания такая схема не обеспечит высокого качества регулирования
К наиболее сильным возмущающим
воздействиям относятся изменения
расхода теплоносителя. Эти возмущения
компенсируют установкой стабилизирующего
регулятора расхода. При целенаправленном
изменении расхода
С изменением других параметров теплоносителя в объекте будут иметь место другие возмущения.
Анализ возмущающих
Чтобы при наличии возмущающих воздействий цель управления была достигнута, следует в качестве главной регулируемой величины брать концентрацию упаренного раствора, а регулирующее воздействие вносить изменением расхода свежего раствора.
- Постановка задачи автоматизации
Концентрацию упаренного раствора (Су.р.) определяют по разности между температурами кипения раствора и растворителя (по температурной депрессии). Температурная депрессия - разность между температурами кипения раствора и растворителя. О концентрации упаренного раствора можно судить и по плотности.
Итак, для достижения цели управления процессом следует регулировать температурную депрессию (изменением расхода свежего раствора); давление в аппарате (изменением расхода паров растворителя) и расход теплоносителя.
Для поддержания материального баланса в аппарате необходимо регулировать уровень раствора изменением расхода упаренного раствора.
В процессе выпаривания контролируют расходы свежего раствора, упаренного раствора, пары теплоносителя; температуру, давление и расход теплоносителя; давление и уровень в аппарате; температурную депрессию. Сигнализации подлежат отклонение концентрации Су.р. от заданного значения и прекращение подачи раствора. В последнем случае устройство защиты должно отключить линию теплоносителя для предотвращения порчи продукта и аварии.
- Описание принципиальной электрической схемы
Рисунок Принципиальная электрическая схема выпарной установки
При размещении нагревательной камеры вне корпуса аппарата имеется возможность повысить интенсивность выпаривания не только за счет увеличения разности плотностей жидкости и парожидкостной смеси в циркуляционном контуре но и за счет увеличения длины кипятильных труб.
Аппарат с выносной нагревательной камерой (рис. 3) имеет кипятильные трубы, длина которых часто достигает 7м. Он работает при более интенсивной естественной циркуляции, обусловленной тем, что циркуляционная труба не обогревается, а подъемный и опускной участки циркуляционного контура имеют значительную высоту.
Выносная нагревательная камера 1 легко отделяется от корпуса аппарата, что облегчает и ускоряет ее чистку и ремонт. Ревизию и ремонт нагревательной камеры можно производить без полной остановки аппарата (а лишь при снижении его производительности), если присоединить к его корпусу две камеры.
Исходный раствор поступает под нижнюю трубную решетку нагревательной камеры и, поднимаясь по кипятильным трубам, выпаривается.
Вторичный пар отделяется от жидкости в сепараторе 2. Жидкость опускается по не обогреваемой циркуляционной трубе 3, смешивается с исходным раствором, и цикл циркуляции повторяется снова. Вторичный пар, пройдя брызгоуловитель 4, удаляется с сверху сепаратора. Упаренный раствор отбирается через боковой штуцер в коническом днище сепаратора.
Скорость циркуляции в аппаратах с выносной нагревательной камерой может достигать 1,5 м/сек, что позволяет выпаривать в них концентрированные и кристаллизующиеся растворы, не опасаясь слишком быстрого загрязнения поверхности теплообмена. Благодаря универсальности, удобству эксплуатации и хорошей теплопередаче аппараты такого типа получили широкое распространение.
В некоторых конструкциях выпарных аппаратов с выносной нагревательной камерой циркуляционная труба отсутствует. Такие аппараты аналогичны аппарату, приведенному на рис. 3, у которого удалена циркуляционная труба.
В этом случае выпаривание происходит за один проход раствора через нагревательную камеру, т.е. аппарат работает как прямоточный. Выпарные аппараты прямоточного типа не пригодны для выпаривания кристаллизующихся растворов.
1.5 Описание функциональной схемы
Использование: вакуум-выпарная
установка может найти
Изобретение относится к производству оборудования для химической, пищевой, медицинской и биотехнологий, в частности вакуум-выпарных установок.
Известна вакуум-выпарная установка, включающая выносную нагревательную камеру, сепаратор и поверхностный конденсатор, размещенный в отдельном кожухе (авт.св. N 611624, СССР, кл. B 01 D 1/00).
Недостатком известной установки является ее большая металлоемкость, громоздкость и нетехнологичность в процессах с применением вакуума.
Наиболее близкой
Недостатком этой установки является то, что в ней охлаждающая вода, конденсаты греющего и вторичного пара проходят через водокольцевой вакуум-насос, что предполагает повышенную на него нагрузку и может сказываться на качестве вакуума. Кроме того, конденсатор такой конструкции предлагает повышенный расход воды, не допускает возможности возвращения в производство конденсата вторичного пара, не позволяет проводить процесс в асептических условиях, например для производства медицинских и биолого-активных препаратов.
Устранить подобные недостатки
позволяет предлагаемая вакуум-выпарная
установка, включающая выносную нагревательную
камеру, сепаратор, совмещенный с
конденсатором в одном корпусе,
вакуум-насос и систему
Сущность изобретения заключается в том, что выполнение конденсатора поверхностным позволяет использовать конденсат вторичного пара (органические растворители, дистиллированную воду и т. д.), обеспечивает проведение процесса в стерильных условиях при производстве медицинских препаратов и биолого-активных веществ, обеспечивает устойчивый режим работы вакуум-насоса, так как исключена нагрузка на него в виде конденсата вторичного пара и греющего пара, снижается расход охлаждающей воды, поскольку она возвращается в процесс.
Выполнение конденсатора встроенным в объем сепаратора так, что отсасывающая труба сепаратора выполняет функцию кожуха конденсатора позволяет снизить хладопотери и повысить тем самым эффективность работы конденсатора (применительно к конденсаторам поверхностного типа), а кроме того снижает металлоемкость и габариты конструкции.
Наличие же емкости-сборника позволяет собирать конденсат вторичного пара в виде чистого органического растворителя или дистиллированной воды и направлять их в производстве, а кроме того предотвращает выброс выпариваемого продукта в вакуум-насос и канализацию.
На чертеже изображена схема предлагаемой вакуум-выпарной установки.
Установка включает выносную нагревательную камеру 1, сепаратор 2 со встроенным в его объем конденсатором 3, кожухом которого является отсасывающая труба 4 сепаратора 2, вакуум-насос 5 и подводящие и отводящие трубопроводы 6 с вакуум-запорной арматурой 7. Кроме того, установка может быть снабжена емкостью-сборником 8 конденсата вторичного пара.
Установка работает следующим образом.
Нагревательную камеру 1 заполняют смесью, которую необходимо сконцентрировать, удалив максимум растворителя. В нагревательной камере в вакууме смесь нагревают до температуры кипения. Кипящая парожидкостная смесь поступает в сепаратор 2, где жидкая фаза, собираясь в нижней части сепаратора, возвращается в нагревательную камеру, а отогнанный растворитель в виде пара, собираясь в верхней части сепаратора 2, затягивается в кольцевое пространство между отсасывающей трубой-кожухом 4 и охлаждающей поверхностью конденсатора 3, где он конденсируется и может быть собран в емкости-сборника 8 для дальнейшего использования.
Затем в нагревательную камеру 1 установки добавляют следующую порцию упариваемой смеси и процесс повторяется снова, при этом концентрация смеси в установке с каждым циклом повышается. При достижении необходимой концентрации смеси процесс прекращают и через сливной вентиль 9 выгружают сконцентрированный продукт.
Предлагаемая вакуум-выпарная установка компактна, надежна, технологична, при необходимости стерильна и экономична.
Рисунок Принципиальная схема выпарной установки
Расход греющего пара на
выпаривание растворов в
Если греющий пар и жидкий раствор поступают в первый, «головной», корпус выпарной установки, то последняя называется прямоточной (Рисунок 1.1). По такому принципу работает большинство выпарных установок. Если же греющий пар поступает в первый по порядку корпус, а жидкий раствор — в последний и переходит из последнего корпуса к первому, то установка называется противоточной. Такое встречное движение пара и раствора применяется в случае упаривания растворов с высокой вязкостью и большой температурной депрессией в целях повышения коэффициентов теплопередачи. Однако одновременно усложняется и обслуживание аппарата в связи с тем, что подобная схема требует установки между каждыми двумя корпусами установки насосов для перекачки раствора, движущегося по направлению возрастающих давлений, не говоря уже об дополнительных затратах на расход энергии на насосы. При выпаривании кристаллизующихся растворов их перегон из корпуса в корпус может сопровождаться закупоркой соединительных трубопроводов и нарушением нормальной работы установки. При этом часто используют аппараты с параллельным питанием корпусов (Рисунок 1.3). Здесь раствор выпаривается до конечной концентрации в каждом корпусе, а пар, как и в предыдущих двух схемах, движется последовательно по направлению от первого корпуса к последнему. В этом же направлении снижаются рабочие давления и температуры кипения раствора в корпусах.
В химической промышленности
применяются непрерывно и периодически
действующие выпарные установки. При
периодической выпарке в
Применяемые схемы многокорпусных выпарных установок различаются по давлению вторичного пара в последнем корпусе. В соответствии с этим признаком установки делятся на работающие под разряжением, под избыточным и атмосферном давлениях. Выбор давления связан со свойствами выпариваемого раствора и возможностью использования тепла вторичного пара.
Установки, в которых последняя
ступень находится под

- Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина для пути и стрелочных переводов
- Выпрямители
- Выпрямители. Исследование фазочувствительного выпрямителя
- Выпуск алкогольной продукции
- Выпуск банками ценных бумаг
- Выпуск быстрозамороженных готовых блюд и полуфабрикатов на промышленной основе
- Выпуск готовой продукции
- Выполнение стрижки на длинные волосы
- Выполнение учебного проекта открытки в программном средстве CorelDraw
- Выполненте теоретического чертежа детали
- Выполнить проектные расчеты 3-х установок пищевых производств
- Выполнить проект обогатительной фабрики по переработке медно-никелевых руд
- Выполнить проект обогатительной фабрики по переработке медно-никелевых руд
- Выполнить расчёт и разработать конструкцию механического захватного устройства промышленного робота