Конструкции наиболее распространенных выпарных аппаратов
1. Аппараты с паровым обогревом. Наибольшее распространение получили вертикальные выпарные аппараты с трубчатой поверхностью нагрева, которые хорошо компонуются и занимают меньшую площадь. Во всех конструкциях для облегчения очистки поверхности нагрева от накипеобразований пар поступает в межтрубное пространство, а раствор подогревается и кипит в трубках. Выпарные аппараты с паровым обогревом можно разбить на три группы: с естественной циркуляцией раствора, с принудительной циркуляцией раствора и пленочные аппараты. Аппараты с естественной циркуляцией раствора. Движущей силой естественной циркуляции раствора является разность весов столба жидкости в опускных трубах и парожидкостной эмульсии в подъемных за счет разницы плотностей ρж и ρэ.
Тепловой расчет
1. Производим тепловой расчет в первом приближении. Количество воды, выпариваемой всей установкой:
где Gо – количество исходного раствора, кг/ч; bо – начальная концентрация, %; bк – конечная концентрация раствора, %. На 1 кг начального раствора выпарено , кг/кг р-ра.
Количество воды, выпариваемое по корпусам, предварительно принимаем одинаковым; W=idem
Концентрация раствора на выходе i-ой ступени: или
2. Примем в первом приближении одинаковые перепады давлений по корпусам и найдем давления в корпусах
Давление вторичного пара по корпусам:
3. Полная разность температур для всей установки
где tIГ – температура греющего пара в 1-ом корпусе при заданном давлении. Находится по рр1 на линии насыщения; = f(рп3) – температура вторичного пара на выходе 3-й ступени (температура пара в конденсаторе при давлении в конденсаторе). Температуры взяты по таблицам насыщенных водяных паров М.П. Вукаловича. Потери общей разности температур определяем как сумму депрессионных физико-химических потерь, потерь от гидростатического эффекта и гидравлических потерь в трубопроводах. Потери температур в установке:
13,81+28,07+3=44,88
где ∆ji – потери температурного напора по ступеням. а) Σ∆1 – потери общей разности температур за счет физико-химической депрессии. Для i-ой ступени:
где Т – температура кипения воды при данном давлении, К; r – теплота парообразования при данном давлении, кДж/кг; ∆i1Н – нормальная температурная депрессия (при нормальном давлении 760 мм рт. ст.); определяется по таблицам 2.22, 2.24 │7│, определена экспериментально и затабулирована для различных веществ. Или ∆1i определяется по упрощенной формуле Тищенко
,
где К = f(t) – поправочный коэффициент, принимается по табл. 2.2. Общие депрессионные физико-химические потери определяются по формуле: б) Σ∆2 – потери от гидростатического эффекта; зависят от высоты уровня раствора, плотности ρ парожидкостной эмульсии и скорости циркуляции. Для i-ой ступени:
147,18 144,76 126,79 =122,7 81,27 59,8 147,18–144,76=2,42 126,79–122,7=4,09 81,27–59,8=21,47
где tк.с.в-температура кипения воды при давлении ; tк.в - температура кипения воды при давлении рвт; рвт – давление вторичного пара над раствором; ∆рг – гидростатическое давление раствора у середины греющих труб. Давление раствора в середине греющих труб больше, чем давление пара на величину ρэgh. Определяем гидростатическое давление раствора у середины греющих труб ∆рг:
,
0,5 м , 4 м , 0,5 + 4/2 =2,5 м , где ; ρi – плотность раствора в зависимости от его концентрации, находится по графику 2.9 или таблицам 2.21, 2.23 │7│; h – расстояние от верхнего уровня раствора до середины греющих труб; hизб – расстояние от уровня раствора до трубной доски, принимаем 0,25–0,5 м; hтр – высота греющих труб, принимается 3–5 м. Давление вторичного пара по корпусам было определено выше. Давление растворов у середины греющих труб:
Общие потери за счет гидростатического эффекта:
2,42+4,09+21,47=27,98 в) Гидравлическая температурная депрессия связана с потерями давления при движении пара по трубопроводам. В выпарных установках гидравлические потери при прохождении пара из парового пространства предыдущего корпуса в греющую камеру последующего составляют 1,0–1,5 оС. Принимаем: λ=0,03; l=15 м; W=20 м/с; ρ=2,2 кг/м3; d=0,3 м. Из этого Δр будет равно примерно 1 кПа, что соответствует потерям в 0,1–0,2 0С, но по опыту предыдущих расчетов принимаем:
оС
Общие гидравлические потери: = 3 оС. 4. Полезная разность температур для всей установки:
99,81–43,56=56,25
Будем проектировать установку исходя из равенства поверхностей нагрева по ступеням установки, тогда суммарная полезная разность температур должна быть распределена по ступеням пропорционально отношениям тепловых нагрузок к коэффициентам теплопередачи. Из практических данных эксплуатации установок известно:
КI: КII: КIII = 1: 0,7: 0,4
Примем при этом, что количество тепла, передаваемое через греющую поверхность будет равным для всех корпусов: QI = QII = QIII. Тогда полезная разность температур i-ой ступени:
При наших допущениях имеем:
; ; ; ;
Проверить (округлить), чтобы .
5. Температура кипения раствора у середины греющих труб и у верхнего уровня в 1-ой ступени: при 6,2 ата по таблице Вукаловича
159,61–11,413=148,197
148,197 – 2,42=145,777 Температура вторичного пара в 1-ой ступени:
145,777 – 2,66=143,117 Температура греющего пара во 2-ой ступени:
143,117 – 1=142,117 Температура кипения раствора у середины греющих труб и у верхнего уровня во 2-ой ступени:
142,117 – 16,304=125,813
125,813 – 4,09=121,723 Температура вторичного пара во 2-ой ступени:
121,723 – 4,63=117,093 Температура греющего пара в 3-ей ступени:
117,093 – 1=116,093 Температура кипения раствора у середины греющих труб и у верхнего уровня в 3-ей ступени: 116,093 – 28,533=87,56
87,56 –21,47=66,09 Температура вторичного пара в 3-ей ступени:
66,09 – 5,29=60,8 Температура пара в конденсаторе:
60,8 – 1=59,8 Полезные перепады температур должны быть не менее 10–15 оС при ≤ 2.10-6 Па.с, 18–24 оС при 2.10-6 < < 5.10-6 Па.с где – динамический коэффициент вязкости раствора при средней концентрации. По температурам паров находим в таблицах М.П. Вукаловича давления и энтальпии паров и конденсата, а по концентрациям растворов определяем теплоемкости и интегральные теплоты растворения (берем из графиков), полученные данные сводим в таблицу.
6. Удельный расход пара на выпаривание 1 кг раствора без учета теплоты дегидратации и равенстве = 1 коэффициента самоиспарения во всех корпусах
кг/кг р-ра β1 = 0, если раствор вводят в 1-ую ступень с температурой кипения.
; – это коэффициенты самоиспарений.
;
Расход пара на 1, 2 и 3 ступени, кг/с:
, кг/с Расходы пара можно подсчитать и следующим образом. Расчет начинаем с 3-ей ступени.
где kзап = 1,03 – коэффициент, учитывающий потери тепла аппаратом в окружающую среду; снi, скi – теплоемкости раствора при начальной и конечной концентрации раствора в ступени аппарата (по составленной нами таблице); ∆qRi – разность интегральных теплот растворения вещества между существующей и предыдущей концентрациями растворов. – количество раствора, перетекающего из одной ступени в другую. Таким образом:
– для 1 ступени; 18000 – 3750=14250 – для 2 ступени; 14250 – 3750=10500 – для 3 ступени. 10500 – 3750=6750
7. Количество теплоты, передаваемой через поверхность нагрева i-го корпуса
, кВт 3422,61 (645,13 – 116,38)=1809705 ккал/ч =2104867 Вт
8. Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к кипящему раствору
Проверка: q3=∆tп3*k3=28,533*1041,2=29708
м² 3422,61 ккал/ч =2043364Вт
Проверка: q2=∆tп2*k2=16,304*1408,1=22958
м² 3439,79 ккал/ч=1922588 Вт
Проверка: q1=∆tп1*k1=11,413*1743,5=19898
м² 9. Ориентировочные значения поверхности нагрева i-го корпуса:
Если Fi далеки друг от друга, или W1≠D2, а W2≠D3, то сделать перерасчет. Произведем перерасчет количества воды, выпариваемой по ступеням: в 1-ой ступени:
во 2-ой ступени:
в 3-ой ступени:
Для получения более точного значения поверхностей нагрева произведем расчет во втором приближении. Концентрации растворов: в 1-м корпусе
Общая разность температур находится по той же формуле, что и в первом приближении.
=99,81 Гидростатические давления растворов у середины греющих труб:
, ,
Плотности ρi взяты при новых концентрациях растворов по корпусам. Давления вторичных паров по корпусам будут те же, что в первом приближении. Давления растворов у середины греющих труб пересчитываются по известной формуле:
Далее все пересчитываем по уже известным формулам, но подставляя новые значения, полученные при пересчете. Все полученные данные сводим в таблицу, как и при расчете в первом приближении
– для 1 ступени; 18000 – 3646,46=14353,54 – для 2 ступени; 14353,54 – 3628,24=10725,3 – для 3 ступени. 10725,3 – 3975,3=6750
Количество теплоты, передаваемой через поверхность нагрева i-го корпуса , кВт 3691,47 (643,85–112,73)=1960612 ккал/ч=2280192 Вт
Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к кипящему раствору
Проверка: q3=∆tп3*k3=24,399*1040,64=25222
м² 3691,47 ккал/ч =2195706 Вт
Проверка: q2=∆tп2*k2=17,515*1408,36=24667
м² 3685,92 ккал/ч =2037887 Вт
Проверка: q1=∆tп1*k1=13,306*1730,81=22490
м²
Средняя поверхность нагрева: м²
Популярное: Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (193)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |