Примеры решения задач

Конденсация смешением. Противоточный конденсатор смешения

сбарометрической трубой

Ваппарате (рис. 4.4) конденсируется насыщенный водяной пар, отдающий тепло конденсации воде, перетекающей с полки на полку. Охлаждающая вода вместе с конденсатом выводится через барометрическую трубу. При конденсации пара в конденсаторе образуется вакуум. Давление столба жидкости в барометрической трубе компенсирует вакуум в конденсаторе. Из охлаждающей воды десорбируются неконденсирующиеся газы, которые выводят из конденсатора при помощи вакуум-насоса.

215

Рис. 4.4. Принципиальная схема конденсатора смешения с барометрической трубой

Дано:

В конденсатор для конденсации подают насыщенный водяной пар D = 12000 кг/ч, теплосодержание λ = 2730 кДж/кг, температура конденсации при давлении в конденсаторе 55 °С. Температура

входящей воды tвн = 10 °С, уходящей tвк = 50 °С. Давление в конденсаторе Pк = 19600 Па. Плотность конденсирующихся паров – 0,16 кг/м3.

Определить: расход охлаждающей воды; высоту барометрической трубы, соответствующую гидрозатвору; диаметр конденсатора.

Решение:

1. Расход охлаждающей воды. Тепловой баланс

216

2. Высота барометрической трубы (обеспечивающей

Простое (однократное, однокорпусное) выпаривание

Выпарной аппарат с выносной циркуляционной трубой с естественной циркуляцией раствора представлен на рис. 4.5.

Разбавленный раствор подают в аппарат снизу, затем он попадает в трубы кипятильника, в которых происходит кипение раствора за счет тепла, отдаваемого

конденсирующимся при tгп греющим паром (водяным). Пар,

образующийся при кипении раствора (вторичный пар), отводится через сепаратор капель и далее подается в конденсатор для конденсации. Из нижней части сепаратора выводится упаренный концентрированный раствор.

За счет разности плотности раствора в выносной циркуляционной трубе и парожидкостной смеси в трубах кипятильника в аппарате осуществляется естественная циркуляция раствора: по циркуляционной трубе вниз, по трубам кипятильника вверх.

За счет гидростатического давления температура кипения раствора уменьшается от tн (низ) до tв (верх кипятильника), tc – температура кипения у середины греющих труб. Температура вторичного пара tвп ниже tв на величину физико-химической

217

депрессии. Температура вторичного пара на входе в конденсатор tк ниже tвп на величину гидравлических потерь г.

Рис. 4.5. Схема однокорпусной выпарной установки с выносной циркуляционной трубой

счет гидростатического эффекта, физико-химической депрессии и сопротивления трубопроводов вывода вторичного пара.

Дано:

218

(теплосодержание λ = 2750 кДж/кг, tгп =150 С ). Потери

сн = 3,77 кДж/(кг × К), ск = 2,50 кДж/(кг × К) . Раствор подают

раствора и тепловые потери в окружающую среду не учитывают).

Определить: расход выпаренной воды (вторичного пара), расход греющего пара, поверхность теплообмена кипятильника (греющей камеры).

Решение:

1. Определение расхода выпаренной воды W

+ 8500 2500 - 3,77 × 50 = 9285 кг/ч . 2750 -150 × 4,19

219

3. Тепловая нагрузка кипятильника Q

Q = D(λ - tгпсв ) = 9285(2750 -150× 4,19) = 19698000 кДж/ч .

Dtобщ = tгп - tк =150 - 60 = 90 С

Dtп = 90 - 6- 20 -1 = 63 С.

Охлаждение до температур ниже температуры

окружающей среды. Умеренное охлаждение (до ≈ -100 °С). Парокомпрессионные холодильные машины

Хладагент (аммиак, углекислота и др.) сжимается (рис. 4.6) в компрессоре (1-2, S = const), перегретый пар хладагента охлаждается до состояния насыщения в конденсаторе (2-3, P = const), конденсируется в нем (3-4, T = const), полученный конденсат хладагента переохлаждается от Т до Тп в конденсаторе (4-5).

Из конденсатора (теплообменника) выводится тепловой поток Qк . Далее хладагент дросселируется (5-6, i = const) и выводится в испаритель (теплообменник), где испаряется за счет подвода теплового потока Qи , отбираемого у

охлаждаемого материала (6-1, T0 = const). Процесс охлаждения материала происходит в испарителе.

Дано:

Для парокомпрессионной холодильной установки с сухим ходом компрессора (хладагент – аммиак) требуемая холодопроизводительность Q0 = 104750 кДж/ч.

220

Температура испарения хладагента T0 = -20 °C, температура конденсации T = -20 °C, температура переохлаждения конденсата хладагента Tп = 51 °C.

Рис. 4.6. Принципиальная схема работы парокомпрессионной машины

Определить теоретически необходимую мощность компрессора, удельную холодопроизводительность, расход циркулирующего хладагента (аммиака), расход отбираемого в конденсаторе тепла и холодильный коэффициент установки.

Решение:

1.Строят цикл в T-S диаграмме для аммиака. В каждой точке диаграммы (1, 2, 3, 4, 5, 6) определяют энтальпию:

3.Расход циркулирующего в установке аммиака

Gамм = Qо qо = 1047501178 = 88,9 кг/ч .

4.Расход отбираемого в конденсаторе тепла

Qк = Gамм (i2 − i5 ) = 88,9(1848 − 490) = 120726 кДж/ч .

221

6.Теоретически необходимая мощность аммиачного компрессора

NT = Gамм (i2 − i1 ) = 88,9(1848 − 1668) = 4,45 кВт.

3600 3600

Массообменные процессы

Абсорбция

Определение средней движущей силы процесса и числа единиц переноса массы

Дано:

Концентрация распределяемого компонента в газовой фазе

массовых потоков жидкой и газовой фаз L / G для противоточной абсорбции компонента из газовой фазы (рис. 4.8).

Решение:

В координатах y-x строят равновесную линию yp = 0,5x и рабочую [А( yк , xн ), В( yн , xк )] .

1. Определение средней движущей силы yср

222

Рис. 4.7. Принципиальная схема процесса противоточной абсорбции и его изображение на у-х диаграмме

3. Определение чисел единиц переноса массы

4. Определение L / G (из материального баланса)

L(xк − xн ) = G(yн − yк )

Дано:

Для случая прямоточной абсорбции компонента из газовой фазы (рис. 4.8).

223

Рис. 4.8. Принципиальная схема процесса прямоточной абсорбции и его изображение на у-х диаграмме

3. Определение чисел единиц переноса массы

224