Примеры расчета многокорпусных выпарных установок
Пример 1
Спроектировать трехкорпусную прямоточную выпарную установку для концентрирования 18000 кг/ч (5,0 кг/с) водного раствора NaNO3 от начальной концентрации 5 масс.% до конечной концентрации 30 масс.%. Начальная температура раствора 20ºС. Обогрев производится насыщенным водяным паром, имеющим абсолютное давление 0,6 МПа. Давление в барометрическом конденсаторе 0,02 МПа. Выпарной аппарат – тип II, исполнение 1. Отбор экстра-пара не производится. Отношение коэффициентов теплопередачи по корпусам принять равным 
.
Расчет и подбор выпарных аппаратов
Производительность установки по выпариваемой воде
Расчет осуществляем с помощью уравнения (1)
Первое приближение
Концентрации растворов
Распределяем выпаренную воду по корпусам в соответствии с соотношением 
. Получаем:
Тогда концентрации растворов в корпусах установки(4):
Давления греющих паров
Общий перепад давлений для установки
Принимаем, что общий перепад давлений между корпусами делится поровну. Давления греющих паров в корпусах будут равны(5):
Давление пара в барометрическом конденсаторе
По давлениям паров находим их температуры, энтальпии и энтальпии конденсата паров (Приложение 10):
| Давление, МПа | Температура, 
| Энтальпия, кДж/кг | Энтальпия, кДж/кг |
| 
| 
| 
|
| 
| 
| 
|
| 
| 
| 
|
| 
| 
| 
|
Температуры кипения и полезные разности температур
|
|
|
Принимаем значение гидродинамической депрессии 
= 1 градусу для всех переходов вторичного пара. Тогда температуры вторичных паров в корпусах (в 
) будут равны:
Сумма гидродинамических депрессий
По температурам вторичных паров находим их давления, энтальпии и теплоты конденсации (Приложение 10):
| Давление вторичного пара, МПа | Энтальпия, кДж/кг | Теплота конденсации, кДж/кг |
| 
| 
|
| 
| 
|
| 
| 
|
Для определения гидростатических депрессий в корпусах находим, при соответствующих температурах вторичного пара и концентрациях растворов, плотности растворов (Приложение 14):
, 
, 
Рассчитываем давление в среднем слое кипящего раствора. Для этого находим ориентировочную поверхность теплопередачи выпарных аппаратов (на примере первого корпуса). Согласно рекомендаций [9] принимаем удельную тепловую нагрузку 
Вт/м2. Тогда ориентировочная поверхность теплопередачи составит(7):
По данным таблицы (Приложение 1)выбираем выпарной аппарат тип II, исполнение 1 с поверхностью теплопередачи 
, размером труб 
и высотой труб 
. Дополнительно принимаем паронаполнение раствора [9] в кипятильных трубах 
=0,5. Давления в среднем слое кипятильных труб (в Па) будут равны(6):
|
|
|
Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты испарения воды (Приложение 10):
| Давление, МПа | Температура,
| Теплота испарения, кДж/кг |
| 0,4286 | 
| 
|
| 0,2303 | 
| 
|
| 0,0327 | 
| 
|
Гидростатические депрессии в корпусах (в 
):
Сумма гидростатических депрессий равна
Находим значения температурных депрессий при атмосферном давлении при концентрациях раствора в корпусах(Приложение 11)
, 
, 
Уточняем температурные депрессии в зависимости от давления (8):
Сумма температурных депрессий для всей установки
Температуры кипения растворов в корпусах ( 
):
Полезные разности температур по корпусам ( ):
Суммарная полезная разность температур для выпарной установки
Проверяем суммарную полезную разность температур
Тепловые нагрузки корпусов
Вследствие малости теплоты концентрирования растворов в корпусах 
в уравнениях теплового баланса учитывать не будем. Задаемся потерями теплоты в окружающую среду в каждом корпусе в количестве 3% от тепловой нагрузки аппаратов. При расчете принимаем температуру раствора, подаваемого в первый корпус, равной 
, а теплоемкость воды постоянной и равной 
кДж/кг 
К.
|
|
|
По температурам кипения и концентрациям растворов находим их теплоемкости(Приложение 14)
,
,
,
Тогда систему уравнений для расчета тепловых нагрузок аппаратов получаем в виде (14)
Система уравнений имеет семь неизвестных. Сначала находим расход первичного греющего пара и нагрузки по выпаренной влаге 
, 
, 
, . Для этого из системы исключаем выражения тепловых нагрузок. После этого определяем 
, , .
одставляем в систему уравнений известные значения параметров:
Получим:
, 
, 
, 
, 
Наибольшее отклонение вычисленных нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе от предварительно принятых не превышает 5%, поэтому первые принимаем в качестве окончательных и не будем пересчитывать ранее полученные концентрации и температуры кипения растворов по корпусам.
Полученные значения параметров сводим в таблицу Таблица 3.1
Таблица 3.1 – Параметры растворов и паров по корпусам
| Параметр | Корпус
 Мы поможем в написании ваших работ! | ||||