Задача 2

Рассчитать выпарную установку по данным таблицы В.1 для выпаривания G (кг/с) водного раствора от начальной концентрации С_н % (масс.) до С_к % (масс.). Давление греющего пара P_г.п., МПа. Давление в последнем корпусе P, Мпа. Число корпусов в выпарной установке n

Таблица В.2 – Исходные данные к расчетному заданию

Последняя цифра зачетки	Водный раствор	Начальная концентрация раствора Сн, % (масс)	Конечная концентрация раствора Ск, % (масс)	Предпоследняя цифра зачетки	Производительность G, кг/с	Давление греющего пара, Рг.п., МПА	Давление в последнем корпусе Р, Мпа	Число корпусов, n
0	NaOH	4	48	0	0,6	0,9	0,008	1
1	NaOH	10	60	1	1,0	0,7	0,01	1
2	NaOH	23	84	2	1,4	0,6	Выбрать	1
3	NaCL	6	17	3	1,8	0,5	0,015	1
4	NaCL	11	20	4	2,2	1,4	Выбрать	1
5	NaCL	14	25	5	2,6	1,6	0,01	1
6	CaCl2	20	58	6	3,0	1,0	Выбрать	1
7	KCl	15	36	7	3,4	0,8	0,08	1
8	NaNO3	22	69	8	3,8	0,9	Выбрать	1
9	NaNO2	10	50	9	4,2	1,0	0,02	1

Приложение г

(обязательное)

Основные термины и определения

Водоотводчик (конденсатоотводчик) – устройство, применяемое для удаления из аппарата конденсата без выпуска с ним пара.

Водяной пар – теплоноситель (насыщенный водяной пар), обладающий следующими преимуществами: 1) высоким коэффициентом теплоотдачи; 2) большим количеством тепла, выделяемым при конденсации единицей количества пара; 3) возможностью транспортировки по трубопроводам на значительные расстояния; 4) равномерностью обогрева, так как конденсация пара происходит при постоянной температуре; 5) легким регулированием обогрева.

Вторичный пар – пар, образующийся при выпаривании растворов.

Выпаривание – процесс концентрирования растворов, заключающийся в удалении растворителя путем испарения при кипении.

Гидравлическая депрессия – температурная поправка, которая учитывает повышение давления в аппарате вследствие гидравлических потерь при прохождении вторичного пара через ловушку и выходной трубопровод.

Гидростатическая депрессия – температурная поправка, которая вызывается тем, что нижние слои жидкости в аппарате закипают при более высокой температуре, чем верхние (вследствие гидростатического давления верхних слоев).

«Глухой» пар – пар, который не соприкасается с обогреваемой жидкостью, жидкость отделена от него стенкой, через которую и передается тепло.

Греющий пар – насыщенный водяной пар, используемый в качестве теплоносителя в выпарных аппаратах.

Ионный обмен – избирательное извлечение ионов из растворов электролитов. Этот процесс представляет собой переход извлекаемого вещества из жидкой фазы в твердую. Применяют для извлечения веществ из растворов, в которых эти вещества находятся при низких концентрациях.

Капельная конденсация пара – образование капель конденсата на несмачиваемой поверхности.

Конвекция – перенос теплоты, который осуществляется вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов жидкости и газа.

Концентрация вещества – отношение количества какого-либо компонента смеси (молярная концентрация, моль/м³) или его массы (массовая концентрация, кг/м³) к объему смеси. На практике часто используют безразмерную величину – массовую, молярную или объемную долю, равную отношению массы, количества или объема какого-либо компонента смеси соответственно к массе, количеству или объему смеси.

Коэффициент теплоотдачи  – показывает, какое количество теплоты передается от теплоносителя к 1 м² поверхности стенки (или от стенки поверхностью 1 м² к теплоносителю) в единицу времени при разности температур между теплоносителем и стенкой в 1 К. [] = [Q / Ft] = [Вт/м²·К] = [Дж/м²·с·К].

Коэффициент теплопередачи К – показывает, какое количество теплоты передается от горячего теплоносителя к холодному за одну секунду через 1 м² разделяющей теплопроводящей стенки при разности температур между теплоносителями в 1 К.

[К] = [Q/Ft_ср] = [Дж/м²·с·К].

Коэффициент теплопроводности –показывает, какое количество теплоты проходит вследствие теплопроводности в единицу времени через единицу поверхности теплообмена при падении температуры на один градус на единицу длины нормали к изотермической поверхности.[] = [-Q/F·l/t)] = [Дж/м·с·К] = [Вт/м·К].

Критерии теплового подобия:

критерий Фурье – характеризует условия подобия неустановившихся процессов теплоотдачи: Fo = a/l²;

критерий Пекле – характеризует соотношение между интенсивностью переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью в движущемся потоке: Ре = l/а;

критерий Прандтля – характеризует вязкостные и температуропроводные свойства теплоносителя; связь скоростного и температурного полей: Pr = /а;

критерий Нуссельта – характеризует интенсивность перехода теплоты на границе раздела фаз, а также характеризует отношение суммарного переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью (т.е. теплоотдачей) к теплоте, передаваемой теплопроводностью: Nu = l/

критерий Грасгофа – характеризует соотношение сил трения, инерции и подъемной силы, обусловленной различием плотностей в отдельных точках неизотермического потока: Gr = gl³t/²;

Критерий Био – безразмерный комплекс, который характеризует соотношение между внешним и внутренним теплопереносом: Bi = l/

Критический коэффициент теплоотдачи - значения коэффициента теплоотдачи, которые соответствуют переходу от пузырькового режима кипения к пленочному.

Критический температурный напор – значения температурного напора, которые соответствуют переходу от пузырькового режима кипения к пленочному.

Лимитирующая стадия – стадия, которая определяет общую скорость многостадийного процесса; определяется взаимным расположением стадий и соотношением их скоростей.

Многокорпусная выпарная установка – установка, в которой имеются два и более последовательно соединенных выпарных корпусов.

Однокорпусная выпарная установка – установка, в которой имеется один выпарной аппарат.

Оптимизация – выбор наилучших (оптимальных) условий проведения процесса, заключительный этап моделирования.

Оптимизирующие факторы – те из входов в систему, которые в процессе оптимизации относят к управляющим; воздействия, которые применяют для оптимизации.

Основное уравнение теплопередачи:

Q = KFt_ср

где Q – тепловой поток, Вт;

К – кинетический коэффициент (коэффициент теплопередачи), характеризующий скорость переноса теплоты, Вт/м²·К;

F – поверхность теплопередачи, м²;

t_ср – средняя движущая сила или средняя разность температур между теплоносителями (средний температурный напор) по поверхности теплопередачи, К;

- время.

«Острый» пар – используют в тех случаях, когда допустимо смешение нагреваемой среды с образующимся при конденсации пара конденсатом.

Пленочная конденсация пара – образование сплошной пленки конденсата на смачиваемой поверхности.

Пленочное кипение – режим, при котором на поверхности нагрева образуется сплошная пленка пара, периодически прорывающегося в объем жидкости.

Полезная разность температур – разность температур греющего пара, поступающего в первый корпус, и температуры насыщения вторичного пара из последнего корпуса за вычетом суммы температурных потерь по корпусам.

Полная депрессия – депрессия, равная сумме температурной, гидростатической и гидравлической депрессий.

Пролетный водяной пар – неполная конденсация пара, когда из аппарата отводится смесь конденсата и пара. При неполной конденсации пара расход его повышается.

Поверхностные теплообменники – теплообменники, в которых теплоносители разделены стенкой, причем теплота передается через поверхность этой стенки.

Проектный расчет – расчет аппаратов, целью которого является определение необходимой поверхности теплообмена.

Проверочный расчет – расчет, задачей которого является определение количества передаваемой теплоты и конечных температур теплоносителей в данном теплообменнике с известной поверхностью теплообмена.

Промежуточный теплоноситель – вещество (среда), передающее от прямых источников тепловой энергии теплоту нагреваемой среды через стенку теплообменника.

Пузырьковое кипение (ядерное) - режим кипения, при котором паровые пузырьки, достигшие предельного (критического) размера, отрываются от поверхности нагрева, всплывают к свободной поверхности жидкости, возрастая в объеме за счет теплообмена с менее нагретой жидкостью.

Регенеративные теплообменники – теплообменники, в которых процесс переноса теплоты от горячего теплоносителя к холодному разделяется во времени на два периода и происходит при попеременном нагревании и охлаждении насадки.

Самоиспарение – дополнительное испарение растворителя из этого же раствора.

Смесительные теплообменники – теплообменники, в которых теплообмен происходит при непосредственном соприкосновении теплоносителей.

Скорость тепловых процессов – количество тепла, передаваемое в единицу времени через 1 м² площади поверхности, нормальной к направлению теплопереноса (плотность теплового потока): q = Q/(Fτ), Вт/м².

Средняя разность температур - движущая сила тепловых процессов, в которых изменяется температура хотя бы одного теплоносителя.

Температурный напор – см. средняя разность температур.

Температура мокрого термометра – температура, принимаемая жидкостью при испарении ее после достижения теплового равновесия.

Температура точки росы – температура, соответствующая полному насыщению воздуха водяными парами в процессе охлаждения.

Температурная депрессия – разность между температурами кипения раствора и чистого растворителя.

Теплоемкость удельная – количество теплоты, необходимое для нагревания единицы массы вещества на 1 К.

Теплообмен – процесс переноса тепла, происходящий между телами, имеющими различную температуру.

Теплоотдача – процесс теплообмена между твердым телом и соприкасающейся с ним жидкостью или газом.

Теплопередача – перенос теплоты от более нагретой среды к менее нагретой через разделяющую их стенку.

Теплопроводность (кондукция) – явление молекулярное, которое состоит в том, что перенос теплоты происходит путем непосредственного соприкосновения между микрочастицами.

Термическое сопротивление – величина, обратная тепловой проводимости: для теплоносителя r_т=1/ ; для стенки r_ст = (_i/_i).

Термическое сопротивление системы – величина, обратная коэффициенту теплопередачи: R = 1/К = 1/_ + _i/_i + 1/_,

где 1/_,1/_термическое сопротивление более нагретой и менее нагретой среды соответственно;

_i/_i - термическое сопротивление многослойной стенки.

Удельная теплота фазовых превращений – количество тепла, которое выделяется или поглощается при фазовом превращении единицы массы вещества.

Уравнение аддитивности термических сопротивлений:

R = 1/К = 1/_ + _i/_i + 1/_r₁ + r_CT + r₂ ,

где К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К).

Экстра-пар – вторичный пар, отбираемый из выпарной установки для других нужд.