Определениетемпературкипениярастворов.

Впервомприближенииобщийперепаддавленийвустановкераспределяютпокорпусампоровну. Общийперепаддавленийравен:

ΔPОБ= Pr1 - PБК =128* -1,35* =126,65* Па

 

Тогдадавлениепокорпусамравны:

Pr1=128* Па

Pr2= Pr1- ΔPОБ/3=128* - =128* - 42,22* =85,78* Па

Pr3= Pr2- ΔPОБ/3=85,78*    - 42,22* =43,56* Па

Давление пара в барометрическом конденсаторе:

РБК= Pr2- ΔPОБ/3=43,56*  -42,22* =1,34* Па

Подавлениюпаровнаходим (1)ихтемпературыиэнтальпии:

Давление, Па	Температура, °С	Энтальпия, кДж/кг
Pr1=128* Па	190,901	2 785,98
Pr2=85,78* Па	173,3	2 771,13
Pr3=43,56*  Па	146,7	2 741,92
РБК=1,34* Па	51,65	2 594,22

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.

По высоте кипятильных труб происходит изменение температуры кипения вследствие изменения гидростатического давления столба жидкости. Принимают температуру кипения раствора в корпусе соответствующую 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 от температурной (D’), гидростатической (D”) и гидродинамической (D”’) депрессий.

Гидродинамическаядепрессиявызвана потерей давления паром на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчётах D”’ принимают равной 1,0 ÷1,5 градуса на корпус. Примем D”’ для каждого корпуса по 1°, тогда температуры вторичных паров в корпусах будут равны:

tв1= tr1+D₁”’=173,3+1=174,3°С

tв2= tr2+D₁”’=146,7+1=147,7°С

tв3= tr3+D₁”’=51,65+1=52,65°С

Сумма гидродинамических депрессий

                      ƩD”’=D₁”’+D₂”’+D₃”’=1+1+1=3°С.    

Потемпературамвторичныхпаровопределимихдавления.

Температура, °С	Давление, Па
tв1=174,3°С	P в1=87,8*
tв2=147,7°С	P в2=44,7*
tв3=52,65°С	P в3=1,407*

Определениегидростатическойдепрессии.Давлениевсреднемслое кипящего раствора каждого корпуса определяется по уравнению:

Pср = Pв + H * ρ * g * ε / 2,

где Pв – давление вторичного пара в корпусе, Па;

H – высота кипятильных труб в аппарате, м;

ρ - плотность кипящего раствора, кг.м3;

ε - паронаполнение (объёмная доля пара в парожидкостной смеси), м3/м3.

Для выбора значения Н необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата Fср. При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляцией q=20000-50000 Вт/м2 , аппаратов с принудительной циркуляцией q=20000-80000 Вт/м2 . Примем q=40000 Вт/м2, тогда поверхность теплопередачи 1-го корпуса ориентировочно равна:

F_ср= = = = =145,8 м²

где r₁- теплота парообразования вторичного пара, Дж/кг.

По ГОСТу [2] (см. приложение 1) аппараты с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой (тип 1,исполнение 1) имеют высоту кипятильных труб 4 м и 5м. при диаметре dн=38 мм и толщине стойки dст=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 водных растворов, в том числе раствора NaOH [3] (см. приложение 3), при температуре 15°С и соответствующих концентрациях в корпусах равна:

r1=1087 кг/м3

r2=1131 кг/м3

r3=1327 кг/м3

При определении плотности растворов в корпусах пренебрегаем изменением ее с повышением температуры от 15°С до температуры кипения ввиду малого значения коэффициента объемного расширения и ориентировочного принятого значения ε.

Давления в среднем слое кипятильных труб по корпусам равно:

P1ср = Pв1 + H * ρ1 * g* ε / 2=87,8* +4*1087*9,8* =87,8* +10652,6=88,9* Па

P2ср = Pв2 + H * ρ2 * g* ε / 2=44,7* +4*1131*9,8* =44,7* +11191,6=45,8* Па

P3ср = Pв3 + H * ρ3 * g* ε / 2=1,407* +4*1327*9,8* =1,407* +13514,2= 2,75* Па

Этим давлением соответствует следующие температуры кипения и теплоты испарения растворителя:

Давление, Па	Температура, °С	Температура испарения,кДж/кг
P1ср=88,9* Па	t1ср=174,8	rв1=2032
P2ср=45,8* Па	t2ср=148,6	rв2=2 118
P3ср=2,75*  Па	t3ср=67,1	rв3=2 340

 

Определим гидростатическую депрессию по корпусам:

D₁”’= t1ср- tв1=174,8-174,3=0,5°С

D₂”’= t2ср- tв2=148,6-147,7=0,9°С

D₃”’= t3ср- tв3= 67,1-52,65=14,45°С

Сумма гидростатических депрессий равна:

ƩD’’=D1’’+D2’’+D3’’=0,5+0,9+14,45=15,85°С

Температурная депрессия

Температурную депрессию D’ определим по уравнению

D’=1,62*10^-2 *D’_атмTср²/r_в.                                                     

uде, Т- температура паров в среднем слое кипятильных труб, К; 

Т ср =(t ср + 273), К;

D’ атм – температурная депрессия при атмосферном давлении

r_в-теплота испарения, кДж/кг.

Температурная депрессия по корпусам равна:

D1’=1,62*10^-2* *2,8=4,47°С

D2’=1,62*10^-2* *8,2=11,1°С

D3’=1,62*10^-2* *17=13,6°С

Сумма температурных депрессий равна:

ƩD' = D1’+ D₂’ + D₃’=4,47+11,1+13,6=29,17°С

Температуры кипения раствора по корпусам равны :

t_K1 = t_{r 2} + D₁’+ D₁’’+ D₁’’’=173,3+4,47+0,5+1=179,27°С

t_K2 = t_{r 3} + D₂’+ D₂’’+ D₂’’’=146,7+11,1+0,9+1=159,7°С

t_K3 = t_БК + D₃’+ D₃’’+ D₃’’’=51,65+13,6+14,45+1=80,7°С

При расчете температуры кипения в пленочных выпарных аппаратах(тип 3, см. Приложение 4.1) гидростатическую депрессию D’’ не учитывают. Температуру кипения в этих аппаратах находят как среднюю между температурами кипения растворов с начальной и конечной концентрациями при давлении в данном корпусе, полагая, что движение раствора в аппарате соответствует модели полного вытеснения.

Ваппаратах с вынесенной зоной кипения как с принудительной, так и с естествен­ной циркуляцией кипение раствора происходит в трубе вскипания, устанавливаемой над греющей камерой. Кипение в греющих трубках предотвращается за счет гидро­статического давления столба жидкости в трубе вскипания. В греющих трубках проис­ходит перегрев жидкости по сравнению с температурой кипения на верхнем уровне раздела фаз. Поэтому температуру кипения раствора в этих аппаратах также опреде­ляют без учета гидростатических температурных потерь D’’. Перегрев раствораDt_пер может быть найден из внутреннего баланса тепла в каждом корпусе. Уравнение тепло­вого баланса для j-го корпуса записывается в следующем виде:

G_нj /С_нj (t_кj-₁ —t_кj) + МС_jнDt_{пер j} =W (I_впjC_bt_кj) ,       

 где M — производительность циркуляционного насоса (в кг/с), тип которого опреде­ляют по каталогу для выпарного аппарата с поверхностью теплопередачи F.

Для первого корпуса i —это температура раствора, поступающего в аппарат из теплообменника-подогревателя.

В аппаратах с принудительной циркуляциейциркуляционные насосы обеспечивают высокоразвитый турбулентный режим при скоростях раствора в трубках υ = 2,0—2,5 м/с.

В аппаратах с естественной циркуляцией обычно достигаются скорости раствора υ=0,6—0,8 м/с. Для этих аппаратов масса циркулирующего раствора равна:

                                  M = υ Sr.

               M₁=0.7*0.414*1087=315.01 кг/с;

               M₂=0.7*0.472*1131=373.68 кг/с;

               M₃=0.7*0.561*1327=521.12 кг/с.

Здесь S — сечение потока в аппарате (м2), рассчитываемое по формуле:

S= F_сpd_вк/4H,

где d_BH — внутренний диаметр труб, м;

Н—принятая высота труб, м.

Таким образом, перегрев раствора в j-м аппарате Dперj; равен:

D_перj=w_j(I_dв.пj– c_{в *}t_нj) – G_нj*c_н (t_кj-₁ —t_кj)/ Мс_нj

Полезную разность температур в каждом корпусе можно рассчитать по уравнению:

Dt _пj=t_rj– (t_кj+Dt _перj/2 )

Анализ этого уравнения показывает, что величина Д/_пер/2 — не что иное как допол­нительная температурная потеря. В связи с этим общую полезную разность температур выпарных установок с аппаратами с вынесенной зоной кипения нужно определять по выражению

ƩDt_п=t_r1- t_бк– ƩD' – ƩD''' – Ʃ(Dt _пер/2).

Полезная разность температур

Dtп1= tr1- tк1=190,901-179,27=11,631°С

Dtп2= tr2- tк2=173,3-159,7=13,6°С

Dtп3= tr3- tк3=146,7-80,7=66°С

Суммарная полезная разность температур равна:

=tп1+Dtп2+Dtп3=11,631+13,6+66=91,231

Проверка суммарной полезной разности температур:

= tr1-tБК1 – ( + + =190,901-51,65-(29,17+15,85+3)=91,22

 

---

Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 243; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!