Выпарные аппараты

%                                           (2.9)

 

или 50 %.

 

Концентрация раствора в последнем корпусе соответствует заданной концентрации упаренного раствора .

 

2.1.2 Температуры кипения  растворов

 

Общий перепад давлений в установке  равен:

 

 МПа.                                                          (2.10)

 

В первом приближении  общий перепад давлений распределяются между корпусами поровну. Тогда давления греющих паров в корпусах равны:

 

 

Р_г1=0,8 МПа;

 

 МПа;                                               (2.11)

 

 МПа.                                      (2.12)

 

Давление пара в барометрическом  конденсаторе:

 

 МПа.                                      (2.13)

 

Оно соответствует заданному значению р_6к.

По давлениям паров в барометрической камере и корпусах находим их температуры и энтальпии (табл.П32 [11]) полученные данные введем в таблицу 1.

 

Таблица 1. Параметры в  корпусах и барометрической камере

р, МПа	t,оС	I, кДж/кг
Рг1=0,8	tг1=170,35	I1=2776,6
Рг2=0,5433	t г2=154,84	I2 =2761,5
Рг3=0,2866	Tг3=132,05	I3=2728,3
рбк=0,0299	tбк=69,035	Iбк=2596

 

При определении температуры кипения  растворов в аппаратах исходят  из следующих допущений. Распределение концентраций раствора в выпарном аппарате с интенсивной циркуляцией практически соответствует модели идеального перемешивания. Поэтому концентрацию кипящего раствора принимают равной конечной в данном корпусе и, следовательно, температуру кипения раствора определяют при конечной концентрации.

Изменение температуры  кипения по высоте кипятильных труб происходит вследствие изменения гидростатического  давления столба жидкости. Температуру  кипения раствора в корпусе принимают  соответствующей температуре кипения в среднем слое жидкости. Таким образом, температура кипения раствора в корпусе отличается от температуры греющего пара в последующем корпусе на сумму температурных потерь ∑Δ от температурной ( ), гидростатической (Δ") и гидродинамической (Δ"') депрессий (∑Δ= +Δ"+Δ"').

Гидродинамическая депрессия  обусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений  трубопроводов при переходе из корпуса  в корпус. Так в расчетах принимают Δ"'=1,0-1,5 ⁰С на корпус. Примем для каждого Δ"'=1 °С. Тогда температуры вторичных паров в корпусах будут равны:

 

 °С;                                                         (2.14)

 

 ^°С;                                                          (2.15)

 

 ^°С.                                                         (2.16)

 

Сумма гидродинамических  депрессий:

 

 =1+1+1=3 °С.                                                                       (2.17)

 

По температурам вторичных  паров определим их давления. Они  равны 

соответственно: Р_вп1=0,557 МПа; Р_вп2 = 0,394 МПа; Р_вп3 = 0,037 МПа.

Гидростатическая депрессия обусловлена разностью давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности. Давление в среднем слое кипящего раствора Р_ср каждого корпуса определяется по уравнению:

 

                                                                                 (2.18)

 

где

Н — высота кипятильных труб в аппарате, м;

ρ- плотность кипящего раствора, кг/м³;

ε — паронаполнение (объемная доля пара в кипящем растворе), м³/м³.

Для выбора значения Н необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата F_оp. При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляцией q = =20 000 - 50 000 Вт/м², аппаратов с принудительной циркуляцией q = 40 000 - 80 000 Вт/м². Примем q= 40000 Вт/м². Тогда поверхность теплопередачи 1-го корпуса ориентировочно равна:

 

м².                                       _(2.19)

 

где

r₁ — теплота парообразования вторичного пара, Дж/кг.

По ГОСТ 11987—81, трубчатые аппараты с принудительной циркуляцией и вынесенной греющей камерой (тип 2, исполнение 2) состоят из кипятильных труб высотой 4 и 5 м при диаметре d_н = 38 мм и толщине стенки δ_ст= 2 мм. Примем высоту кипятильных труб Н= 4 м.

При пузырьковом (ядерном) режиме кипения паронаполнение составляет ε=0,4—0,6. Примем ε = 0,5. Плотность раствора КОН, находиться по табл. П27 [11].

 

ρ₁ = 975,76 кг/м³; ρ₂= 1019,71 кг/м³; ρ₃=1185,97 кг/м³.                                       (2.20)

 

Давления в среднем  слое кипятильных труб корпусов (в Па) равны:

 

;     (2.21)

 

;      (2.22)

 

.      (2.23)

 

Этим давлениям соответствуют  следующие температуры кипения  и теплоты испарения растворителя (табл. П32 ; [11]) Внесем полученную температуру, давление и удельную теплоту парообразования корпусов в таблицу 2, по которым в дальнейшем будут рассчитаны следующие параметры.

 

Таблица 2. Давление, температура и удельная теплота парообразования

Р, МПа	t,оС	r, кДж/кг
Р1ср=0,56	t1ср=156,41	r1вп =2100
Р2ср=0,4	t2ср=143,85	r2вп=2138,2
Р3ср=0,04	t3ср=80,73	r3вп=2307,4

 

Находим гидростатическую депрессию по корпусам:

 

=t_1ср- t_вп1=156,41-155,84=0,57 ^оС;                                                                     (2.24)

 

=t_2ср- t_вп2=133,85-133,05=0,8 ^оС;                                                                      (2.25)

 

=t_3ср- t_вп3=80,73-70,73=10 ^оС.                                                                           (2.26)

 

Сумма гидростатических депрессий:

 

∑ = + + =0,57+0,8+10=11,37 ^оС.                                                       (2.27)

 

Температурную депрессию  определим по уравнению:

 

= 1,62 .                                                                              (2.28)

 

где

Т – температура паров  в среднем слое кипятильных труб, К;

_атм – температурная депрессия при атмосферном давлении (табл. П32 [11]).

Находим значение по корпусам:

 

 ^ºС;                                  (2.29)

 

 ^{°С;                             (2.29)}

 

 ^ºС.                                   (2.30)

 

Сумма температурных депрессий:

 

 ^°С.                                       (2.31)

 

Температуры кипения  растворов в корпусах равны:

 

 ^ºС;                         (2.32)

 

      ^°С;                   (2.33)

 

 ^оС.                         (2.34)

 

2.1.3 Полезная  разность температур

 

Общая полезная разность температур равна:

 

.                                                                                      (2.35)

 

Полезные разности температур по корпусам равны:

 ^°С;                                                              (2.36)

 

 ^°С;                                                          (2.37)

 

 ^°С.                                                             (2.38)

 

Тогда общая полезная разность температур:

 

∑Δt_п =10,44+6,1 + 54,02 = 70,56 ^оС.                                                                     (2.39)

 

Проверим общую полезную разность температур:

 

 170,35-69,03 –

– (16,38+11,37 +3) =70,56 ^оС.                                                                              ( 2.40)

 

2.1.4 Определение  тепловых нагрузок

 

Расход греющего пара в 1-й корпус, производительность каждого  корпуса по выпаренной воде и тепловые нагрузки по корпусам определяются путем совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения баланса по воде для всей установки:

 

;                  (2.41)

 

                             (2.42)

 

                         (2.43)

 

.                                                                                            (2.44)

 

где

1,03 — коэффициент,  учитывающий 3% потерь теплоты в окружающую среду;

с₁, с₂, с₀ — теплоемкости растворов соответственно исходного, в первом и во втором корпусах, ;

Q_д1, Q_д2, Q_д3 — теплоты концентрирования по корпусам. кВт;

t_н—температура кипения исходного раствора при давлении в 1-м корпусе; t_н = t_вп1- _н= 155,84 + 1,0 = 156,84°С (где _н— температурная депрессия для исходного раствора).

При решении уравнений можно принять:

 

;    ;   

 

Система уравнений:

 

 

;                                                                                       (2.45)

 

                      (2.46)

 

                        (2.47)

^=1,598.

 

Решение этой системы  уравнений дает следующие результаты:

 

D=1,57 кг/с;       

 

W₁=0,485 кг/с;     Q₁=3233,61 кВт;  

 

 W₂=0,527 кг/с;      Q₂=2094,89 кВт;

 

W₃=0,586 кг/с;     Q₃=1123,09 кВт.

 

Полученные результаты сведем в таблицу 3, для сравнения в каждом приближении и дальнейшем выборе наиболее приближенного расчета.

 

Таблица 3. Параметры каждого корпуса выпарной установки

Параметр	Корпус
	1	2	3
Производительность по испаряемой воде W, кг/с	0,485	0,527	0,586
Концентрация растворов Х, %	20,15	28,19	50
Давление греющих паров  Рг, МПа	0,8	0,54	0,28
Температура  греющих  паров tг, оС	170,35	154,84	142,05
Температурные потери ΣΔ, оС	5,07	6,69	18,99
Температура кипения  раствора tк, оС	159,91	148,74	88,02
Полезная разность температур Δ tп, оС	10,44	16,1	54,02

 

Наибольшее отклонение вычисленных нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе от предварительно принятых (W₁=0,48 кг/с; W₂=0,52 кг/с; W₃=0,58 кг/с) не превышает 3 %, поэтому не будем пересчитывать концентрации и температуры кипения растворов по корпусам. Если же расхождение составит более 5 %, необходимо заново пересчитать концентрации, температурные депрессии и температуры кипения растворов, положив в основу расчета новое, полученное из решения балансовых уравнений, распределение нагрузок по испаряемой воде.