2. Технологический расчет.

2.1.Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов.

Производительность установки по выпариваемой воде определяют из уравнения материального баланса:

,

подставив, получим:

2.2 Концентрации упариваемого раствора.

Распределение концентраций раствора по корпусам установки зависит от соотношения нагрузок по выпариваемой воде в каждом аппарате. Принимают, что производительность по выпариваемой воде распределяется между корпусами в соответствии с соотношением

w₁: w₂=1.0:1.1,

Тогда

Далее рассчитывают концентрации растворов в корпусах:

Концентрация раствора в последнем корпусе соответствует заданной концентрации упаренного раствора.

2.3. Температура кипения растворов

Общий перепад давлений в установке равен:

∆P_об =P_г.п1 – P_б.к. ,

∆P_об =10⁵ – 12.99·10³ = 87.01 кПа,

Тогда давления греющих паров в корпусах равны:

P_г.п1=100 кПа,

P_г.п2= P_г.п1 - ∆P_об/2.1 =56.495 кПа.

Давление пара в барометрическом конденсаторе

P_б.к. = P_г.п2 - ∆P_об/2.1 = 12.99 кПа,

Что соответствует заданному значению.

По давлениям паров находим их температуры и энтальпии :

P, МПа t, ⁰С І, кДж/кг

P_г.п1=1.0 t _г.п1=99.3 І₁=2674.2

P_г.п2=0.056495 t _г.п2=83.7 І₂=2648.7

P_б.к.=0.01299 t _б.к.=51.0 І _б.к.=2594.5

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 кипения в корпусе отличается от температуры греющего пара в последующем корпусе на сумму температурных потерь ΣΔ от температурной Δ' ,гидростатической Δ'' и гидродинамической Δ''' депрессий ( ΣΔ= Δ' + Δ'' + Δ''')

Гидродинамическая депрессия обусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Примем для каждого корпуса Δ'''=1 град. Тогда температуры вторичных паров в корпусах равны:

t _{в.п 1.}= t _г.п2+ Δ''' =83.7 + 1 = 84.7 ⁰С,

t _{в.п 2}= t _б.к+ Δ''' =51.0 + 1 = 52.0 ⁰С.

Сумма гидродинамических депрессий:

ΣΔ'''= Δ'''₁+ Δ'''₂=1+1=2.0 ⁰С.

По температурам вторичных паров определяем их давления. Они равны соответственно (в МПа): P_вп1 = 0.057; P_вп2 = 0.0136.

Гидростатическая депрессия обусловлена разностью давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности. Давление в среднем слое кипящего раствора каждого корпуса определяется по уравнению:

P_ср = P_вп + ρgH(1-ε)/2,

где Н - высота кипятильных труб в аппарате, м;

ρ – плотность кипящего раствора, кг/м³;

ε – паронаполнение, м³/м³.

Для выбора значений Н необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата. При кипение водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляцией q = 20 000-50 000 Вт/м². Примем q = 30 000 Вт/м².

Тогда

F_ор = Q/q=w₁r₁/q=0.508·2296·10³/30 000=38.8 м².

По ГОСТ 11987-81 трубчатые аппараты с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой состоят из кипятильных труб высотой 4 и 5 м при диаметре 38 мм и толщине стенки 2 мм. Примем высоту кипятильных труб Н=4 м.

При пузырьковом режиме кипения паронаполнение составляет ε = 0.4-0.6. Примем ε = 0.5. Плотность водных растворов, при температуре 15 ⁰С и соответствующих концентрациях в корпусах равна:

ρ = 10[1.42Х+(100-Х)],

ρ₁ = 10[1.42·14.6+(100-14.6)],

ρ = 10[1.42·40+(100-40)],

ρ₁ =1061.3 кг/м³,

ρ₂ =1168.0 кг/м³.

Давления в среднем слое кипятильных труб корпусов равны:

P_ср1 = 57·10³ + (1061.3·9.81·4·0.5)/ 2 = 67.4 кПа,

P_ср2 = 13.6·10³ + (1168·9.81·4·0.5)/ 2 = 25.1 кПа.

Этим давлениям соответствуют соответствующие температуры кипения растворителя: t _ср1 = 89 ⁰С, t _ср2 = 65 ⁰С.

Определим гидростатическую депрессию по корпусам:

Δ''₁ = t _ср1- t _{в.п 1.}= 89 – 84.7 = 4.3 ⁰С,

Δ''₂ = t _ср2- t _{в.п 2.}= 65 – 52 = 13.0 ⁰С.

Сумма гидростатических депрессий:

ΣΔ'' = Δ''₁+ Δ''₂ = 13 + 4.3 = 17.3 ⁰С.

Температурную депрессию Δ' определяем по уравнению:

Δ' = 0.38ехр(0.05 + 0.045Х),

Δ'₁ = 0.38ехр(0.05 + 0.045·14.6) = 0.77 ⁰С,

Δ'₂ = 0.38ехр(0.05 + 0.045·40) = 2.42 ⁰С.

Сумма температурных депрессий:

ΣΔ' = Δ'₁+ Δ'₂ = 0.77 + 2.42 = 3.19 ⁰С.

Температуры кипения растворов в корпусах равны:

t _к1 = t _r2 + Δ'₁ + Δ''₁ + Δ'''₁ = 83.7+0.77+4.3+1 = 89.7 ⁰С,

t _к2 = t _б.к ++ Δ'₂ + Δ''₂ + Δ'''₂ = 51+2.42+13+1 = 67.4 ⁰С.