Расчёт концентраций упариваемого раствора
Распределение концентраций раствора по корпусам установки зависит от соотношения нагрузок по выпариваемой воде в каждом аппарате. В первом приближении на основании практических данных принимают, что производительность по выпариваемой воде распределяется между корпусами в соответствии с соотношением:
где производительность по испаряемой воде в первом корпусе, кг/с; производительность по испаряемой воде во втором корпусе, кг/с; производительность по испаряемой воде в третьем корпусе, кг/с;
Тогда
(3)
(4)
(5)
Далее рассчитывается концентрация растворов в корпусах по зависимостям:
(6)
(7)
(8)
Концентрация раствора в последнем корпусе х3 должна соответствовать заданной концентрации упаренного раствора хк.
Определение температур кипения растворов
Общий перепад давлений в установке равен, МПа:
(9)
где давление греющего пара в первом корпусе, МПа; давление греющего пара в барометрическом конденсаторе, МПа.
|
|
В первом приближении общий перепад давлений распределяют между корпусами поровну. Тогда давления греющих паров в корпусах (в МПа) равны:
(10)
(11)
Давление пара в барометрическом конденсаторе:
(12)
Что должно соответствовать заданной величине РБК.
Согласно Н-S диаграмме водяного пара по давлениям паров находим их температуры и энтальпии [1].
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 вследствие 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 от температурной (Δ’), гидростатической (Δ”) и гидродинамической (Δ”’) депрессий. Гидродинамическая депрессия обусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчётах принимают Δ”’ = 1,0 – 1,5 град на корпус. Примем для каждого корпуса Δ”’ = 1 град. Тогда температуры вторичных паров в корпусах (в °С) равны:
|
|
(13)
(14)
(15)
Сумма гидродинамических депрессий определяется выражением:
(16)
По температурам вторичных паров по Н-S диаграмме определяют их давления [1].
Гидростатическая депрессия обусловлена разностью давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности. Давление в среднем слое кипящего раствора Рср каждого корпуса определяется по уравнению:
(17)
|
|
где РВП – давление вторичных паров, МПа; Н – высота кипятильных труб в аппарате, м; ρ – плотность кипящего раствора, кг/м3; ε – паронаполнение (объёмная доля пара в кипящем растворе), м3/м3.
Для выбора значения Н необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата FОР[5]. При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппарата с естественной циркуляцией q =20000-50000 Вт/м2 с принудительной циркуляцией q = 40000 – 80000 Вт/м2. Тогда поверхность теплопередачи первого корпуса ориентировочно равна, м2:
(18)
где r1, кДж/кг – теплота парообразования вторичного пара [2].
По ГОСТ 11987-81 выбираем высоту кипятильных труб, м; диаметр dН , мм и толщину стенки δСТ, мм кипятильных труб.
В зависимости от режима кипения раствора (пузырьковый и пленочный) определяют величину паронаполения ε = 0,4…0,6. Плотность водных растворов ρ1, ρ2, ρ3, кг/м3 при температуре 35 °С и соответствующих концентрациях в корпусах определяют по таблице 2[9].
При определении плотности растворов в корпусах пренебрегаем изменением её с повышением температуры от 35 °С до температуры кипения ввиду малого значения коэффициента объёмного расширения и ориентировочно принятого значения ε.
|
|
Давления в среднем слое кипятильных труб корпусов (в Па) определяют по зависимостям:
(19)
(20)
(21)
По найденным давлениям по H-S диаграмме определяют температуры кипения [1]. Определяем гидростатическую депрессию (°С) по корпусам с помощью уравнений:
(22)
(23)
(24)
Температурная депрессия Δ определяется по уравнению:
(25)
где Т – температура паров в среднем слое кипятильных труб, К; rВП– теплота парообразования вторичного пара, кДж/кг; - температурная депрессия при атмосферном давлении, К [4,6]. Находят температурную депрессию в каждом корпусе.
Температуры кипения растворов в корпусах определяют зависимостями:
(26)
(27)
(28)
В аппаратах с вынесенной греющей камерой и принудительной циркуляцией обычно достигаются скорости раствора v = 2 – 2,5 м/с [5,7,8]. Для этих аппаратов масса циркулирующего раствора равна:
(29)
где ρ– плотность раствора, кг/м3; S – сечение потока в аппарате, м2.
Сечение потока в аппарате S рассчитывается по формулам:
(30)
(31)
S=Sтруб ∙ nтруб (32)
где dВН – внутренний диаметр труб, м; Н – принятая высота труб, м.
Таким образом, перегрев раствора в j-м аппарате Δtперj равен:
(33)
где IВП – энтальпия вторичного греющего пара, кДж/кг; сВ , сН – теплоемкости соответственно воды и конденсата греющего пара, кДж/(кг×К); tК – температура конденсата греющего пара, К; М – масса конденсата, кг.
Полезная разность температур в каждом корпусе может быть рассчитана по уравнению: (34)
Анализ этого уравнения показывает, что величина Δtпер/2 представляет собой дополнительную температурную потерю. В связи с этим общую полезную разность температур выпарных установок с аппаратами с вынесенной зоной кипения нужно определять по следующему выражению:
(35)
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 595; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!