2.1 Определение количества выпаренной воды
Количество выпаренной воды W,кг/с, определяют из уравнений материального баланса:
где Gн – расход исходного раствора, кг/с.
Bн,
Bк –концентрация
начального и упаренного раствора, %
Тогда количество упаренного раствора Gк, кг/с, составит:
2.2 Температурный режим работы выпарного аппарата
Для проведения последующих расчётов необходимо определить температуру греющего пара, вторичного пара и температуру кипения раствора.
Температуру греющего пара tsнаходят по его давлению Pн /1/.
бар
=>
Соответственно
температуру вторичного пара
определяю по
бар
=>
Температуру кипения раствора в среднем слое определяю с учётом температурных депрессий
,
Где
-физико-химическая
температурная депрессия,
.
-гидростатическая
температурная депрессия,
.
Физико-химическая депрессия определяется по формуле Тищенко:
,
– нормальная депресия,
;
определяется при атмосферном давлени
в зависимости от Bк =
17 % ./1/
– поправочный коэффициент, зависящий
от давления вторичного пара P1
/1/.
,
=>
=1,3*0,19=0,247
Гидростатическая температурная депрессия определяется как разность температур кипения раствора в среднем слое и на поверхности
,
-
температура кипения, соответствующая
давлению
,
бар, в среднем слое жидкости, которое
складывается из давления вторичного
пара P1 на середине
высоты трубы:
=P1+
бар
где p- плотность раствора, кг/м3; определяют по концентрации Bк /1/.
Высоту кипятильных труб H принимают для выпарных аппаратов с ВЦТ в пределах от 3 до 5 метров.
Bк = 16 => p =1030 кг/м3.
Высоту принимаем H= 3 м.
Зная , найдем ,
=86
Найдем гидростатическую температурную депрессию
Рассчитаем температуру кипения раствора в среднем слое:
t1 = 81,4 + 0,0247 + 4,6 = 86,25
2.3 Определение расхода греющего пара
Для определения расхода греющего пара D,кг/с, составляют тепловой баланс выпарного аппарата
+
Учитывая,
что
=Gн+W,
легко определить расход греющего пара
В этом уравнении в числителе первое слагаемое представляет собой теплоту, которую необходимо затратить, чтобы нагреть исходный раствор от температуры tн до температуры кипения t1; второе слагаемое –теплота, затрачиваемая непосредственно на процесс выпаривания и, наконец, третье – тепловые потери в окружающую среду, величину которых принимают равной 5% от теплоты, затрачиваемой на выпаривание.
Учитывая так же, что по заданию исходный раствор поступает в аппарат предварительно нагретым до температуры кипения, т.е. t1 = tн, уравнение приводиться к виду
где значения энтальпий i’’ , i’ и i’’w, определяют соответственно по значениям Pн иP1 /1/;
св – теплоемкость воды , Дж/(кг*К), определяют по температуре кипения t1 /1/.
Удельный расход греющего пара d, кг/кг, для данного корпуса выпарной установки определяется как отношение
d=
=
.
2.4 Расчёт поверхности теплообмена
При проектировании выпарного аппарата поверхность теплообмена греющей камеры F, м2, определяют из основного кинетического уравнения теплопередачи
где Q–тепловая нагрузка греющей камеры, Вт;
-движущая
сила процесса выпаривания,
;
К-коэффициент теплопередачи ,Вт/(м2К).
2.4.1Тепловую нагрузку Q ,Вт, греющей камеры рассчитываю по уравнению
Q=W*(iw’’-
cвt1)=1,170(2645000-4180
)=2672800Вт
где значение энтальпий вторичного пара iw’’ , Дж/кг, и удельной теплоемкости воды cв, Дж/кгК) ,определены ранее в пункте 2.2.
2.4.2 Движущую силу процесса выпаривания , ,определяют как разность температур греющего пара и кипения раствора в среднем слое
=131,2
– 86,25= 44,9
.
где
и
определены
ранее в пункте 2.2.
2.4.3 Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2К) рассчитываю по уравнению аддитивности термических сопротивлений
где
-коэффициент
теплопередачи от греющего пара к
поверхности кипятильных труб, Вт/(м2К);
-коэффициент
теплопередачи от поверхности кипятильных
труб к кипящему раствору Вт/(м2К);
-
суммарное термическое сопротивление
стенок кипятильных труб и слоя
загрязнения,(м2К)/Вт:
=
+
,
,
–
толщина стенок кипятильных труб и
слоя загрязнений, м;
–
коэффициент теплопроводности стенок
кипятильных труб и загрязнений, Вт/(мК).
Обычно принимают:
=0,002м;
0,005м;
=17Вт/(мК)
для нержавеющей стали,
для загрязнений.
=
+
(м2К)/Вт.
Коэффициент
принимают
из интервала 8000
Вт/(м2К)
Вт/(м2К).
вычисляют
по уравнению
где А2 – расчётный коэффициент, зависящий от концентрации раствора и его температуры кипения;
q2 – удельный тепловой поток, Вт/м2
Значение коэффициента А2 определяю в зависимости от температуры кипения и концентрации Bк из графиков представленных на рисунке 3 /2/.
Из графика по Bк =20 А2=5,2.
Ввиду того ,что в уравнении не известен истинный удельный тепловой поток q, Вт/м2, значения коэффициента теплоотдачи , и следовательно коэффициенты теплопередачи К определяют методом постепенных приближений. Для этого задаются значениями q в диапазоне от 30000 до 8000 Вт/м2, вычисляя и К, затем проверяют правильность выбранного значения qпо уравнению:
q*=K ;
где
- движущая сила процесса выпаривания,
Пусть q2 = 70000 Вт/м2,
то =4198,1
Найдем коэффициент теплопередачи
Проверяем правильность выбранного значения q
q*=1494*44,95 = 67159,7 Вт/м2
Выбор q удовлетворяет условиям расчёта.
Определив значения Q, K , рассчитаю поверхность теплообмена греющей камеры выпарного аппарата F
Номинальную поверхность теплообмена греющей камеры принимают из
ряда – 40 м2.