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


Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 814;