Расчёт выпарной непрерывной установки

er">Далее рассчитывают концентрации раствора в корпусах :

х₁ = G_н×х_н / (G_н - w₁) = 8,33·0,1/ (8,33 – 1,85) = 0,13 или 13%

х₂ = G_н×х_н / (G_н - w₁ - w₂) = 8,33·0,1/ (8,33 – 1,85 -2,04) = 0,19 или  19%

х₃= G_н×х_н / (G_н - w₁ - w₂ - w₃) = 8,33·0,1/ (8,33 –1,85-2,04-2,22) = 0,38 или 38 %

Концентрация  раствора в последнем корпусе  х₃ соответствует заданной концентрации упаренного раствора х_к. 

      3.1.2 Температуры кипения растворов. 

      Общий перепад давления в установке  равен :

1мм.рт.ст.=133,325 Па

133,325-80=53,325 Па=0,05 МПа

DР_ОБ  =Р _Г1 - Р_БК  = 1-0,05= 0,95 МПа

  В первом приближении общий перепад давлений распределяют между  корпусами поровну. Тогда давления греющих паров в корпусах ( в МПа ) равны :

Р_Г1  = 1 МПа

Р_Г2  =Р _Г1 - DР_ОБ  / 3 =1  - 0,95 / 3 = 0,68МПа

                               Р_Г3  =Р _Г2 - DР_ОБ  / 3 = 0,68-0,95 / 3 =0,36 МПа

                               Давление пара в барометрическом конденсаторе :

Р_БК  =Р _Г3 - DР_ОБ  / 3=0,36 -0,95  / 3 = 0,05МПа

что соответствует  заданному значению Р_БК .

      По  давлениям паров находим их температуры и энтальпии :

Таблица1-Температуры  греющих паров

 

      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 в следствии 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 SD от температурной ( D^I ) , гидростатической ( D^II ) и гидродинамической ( D^III ) депрессий :

SD =  D^I + D^II + D ^III

      Гидродинамическая депрессия обусловлена потерей  давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчетах принимают D^III = 1.0 - 1.5 град. на корпус. Примем  D^III = 1 град.  Тогда температуры вторичных паров в корпусах (в ⁰ С) равны :

t_ВП1 = t_Г2 + D₁^III  =163,77+ 1,0 = 164,77

t_ВП2 = t_Г3 + D₂^III  = 133,57 + 1,0 = 134,57

t_ВП3 = t_Г4+ D₃^III  = 81,36 + 1,0 =82,36

 

Сумма гидродинамических  депрессий :

SD^III = D₁^III + D₂^III + D₃^III = 1 + 1 + 1= 3 ⁰ C.

      По  температурам вторичных паров определяем их давление и энтальпию. Они равны  соответственно :

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

Р_ср=Р_вп+ρgН(1-ε)/2

где Н-высота кипятильных труб в аппарате, м; ρ-плотность кипящего раствора, кг/м³;

ε-поронаполнение, м³ /м³.

      Для выбора значения Н необходимо оринтеровочно оценить поверхность  теплопередачи выпарного аппарата F_ор. При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с принудительной циркуляцией q=40000-80000 Вт/м². Примем q=40000 Вт/м². Тогда поверхность теплопередачи первого корпуса оринтеровочно равна:

                                      F_ор=Q/q=(ω₁r₁)/q=     ·     ·1000/40000= м²  

r₁- теплота парообразования вторичного пара,Дж/кг

Примем высоту кипятильных труб Н= 5м при диаметре d_п=38мм и толщине стенки δ_ст=2 мм.

При пузырьковом  режиме кипения паронаполнение составляет  ε=0,4-0,6. Примем   ε=0,5. Плотность водного раствора К₂СО₃ ,   при соответствующих концентрациях в корпусах равна:

       ρ₁= 1120 кг/м³;   ρ₂= 1180 кг/м³ ;   ρ₃= 1283,3 кг/м³ .

При определение  плотности раствора пренебрегаем изменением её с повышением температуры ввиду малого значения коэффициента объёмного расширения и оринтеровочно принятого значения паронаполнения.

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

            Р_ср1=Р_вп1+ρgН(1-ε)/2= 701500+5·1120· 9,81·(1-0,5)/2= 715234 Па=0,7152МПа                                  

                  Р_ср2=Р_вп2+ρgН(1-ε)/2= 309400 +5·1180· 9,81· (1-0,5)/2= 323869 Па=0,3239 МПа

                  Р_ср3=Р_вп3+ρgН(1-ε)/2= 50000+5·1283,3·9,81· (1-0,5)/2= 65736,5 Па=0,0657 МПа 
 
 
 

Этим давлениям  соответствуют температуры кипения и теплоты испарения воды:

Определим гидростатическую депрессию по корпусам (в ⁰ C):

                                    D₁^II=t_ср1-t_вп1=165,8-164,77=1,03

                                    D₂^II=t_ср2-t_вп2=135,9-134,57=1,33

                                    D₃^II=t_ср3-t_вп3=85,77-82,36=3,41

                                    Сумма гидростатических депрессий

                               ΣD^II=D₁^II+D₂^II+D₃^II=1,03+1,33+3,41=5,77 ⁰ C

Температурную депрессию определим по уравнению

                                       D^I=1,62·0,01·D^I_атм ·Т²/r_вп

где Т-температура  паров в среднем слое кипятильных труб, К;  D^I_атм- температурная депрессия при атмосферном давлении.

Находим значения D^I по корпусам (в ⁰ C):

                                        D^I₁=1,62·0,01· (165+273)²·1,3/2070=1,96

                                        D^I₂=1,62·0,01· (135,9+273)²·1,9/2180=2,36

                                        D^I₃=1,62·0,01· (785,77+273)²·3,8/2303=3,44

                                     Сумма температурных депрессий

                            ΣD^I=D^I₁+D^I₂+D^I₃ =1,96+2,36+3,44=7,76⁰ C 

      Температуры кипения растворов в корпусах равны(в ⁰ C) :

t_K1 = t_Г2 + D₁^I +D₁^II +D₁^III = 163,77+1,96+1,03+1= 167,76 ⁰ C

t_K2 = t_Г3 + D₂^I+D₂^II + D₂^III = 133,57+2,36+1,33+1 = 138,26 ⁰ C

t_K3 = t_бк + D₃^I +D₃^II + D₃^III = 81,36+3,44+3,41+1 = 89,21⁰ C 
 
 
 

3.1.3. Полезная разность температур.