Примеры решения задач на тему «Выпаривание» Задача 2.1

В выпарном аппарате сгущается раствор от концентрации нелетучего компонента = 11 % мас. до концентрации = 24 % мас. Расход поступающего раствора – = 2000 кг/ч, его начальная температура равна температуре кипения. Аппарат работает под давлением = 2,8 бар. Греющий теплоноситель – водяной насыщенный пар давлением = 4,6 бар. Коэффициент теплопередачи от пара к раствору – = 1000 Вт/(м²К). Физико-химическая депрессия – = 0,4С, гидростатическая – = 2,0 С. Тепловые потери принять равными нулю.

Определить поверхность теплообмена и расход греющего пара. Нарисовать эскиз аппарата.

Решение

1. Определим тепловую нагрузку выпарного аппарата . По условию задачи раствор поступает при температуре кипения и тепловые потери равны нулю. Поэтому коэффициент самоиспарения равен нулю, тогда

Вт,

где – энтальпия вторичного пара, Дж/кг, находим по = 2,8 бар [1, табл. 11];

– удельная теплоемкость воды, Дж/кг∙К, находим по С из таблицы свойств воды [1, табл. 1].

– температура кипения раствора в среднем слое, рассчитывается по формуле

С,

где – температура конденсации вторичного пара в аппарате, С, находим по = 2,8 бар из таблицы свойств пара [1, табл. 11];

– количество выпаренной воды из раствора, кг/с, рассчитываем из уравнений материального баланса процесса выпаривания:

кг/с.

2. Рассчитаем расход греющего пара по формуле:

кг/с,

где – удельная теплота парообразования, Дж/кг, находим по [1, табл. 11].

3. Определим площадь поверхности нагрева аппарата из основного кинетического уравнения теплопередачи:

м²,

где – полезная разность температур, ⁰С, рассчитываем по формуле

С,

где – температура греющего пара, находим по его давлению [1, табл. 11].

Ответ. = 0,306 кг/с; м².

Эскиз выпарной установки с центральной циркуляционной трубой приведен в приложении Г, рисунок 7.

Задача 2.2

В выпарной аппарат поступает яблочный сок с начальной концентрацией сухих веществ (СВ) = 16,0 % мас. и температурой = 20 ⁰С. Расход поступающего сока - = 3000 кг/ч. Аппарат работает под давлением = 0,5 бар. Температура кипения сока в среднем слое - = 84 С. Греющий теплоноситель – водяной насыщенный пар давлением = 1,2 бар. Поверхность теплообмена – = 50 м²; коэффициент теплопередачи от пара к соку - =700 Вт/(м²К). Тепловые потери принять равными нулю.

Определить расход греющего пара и конечную концентрацию СВ в соке. Нарисовать эскиз аппарата.

Решение

1. Определим тепловую нагрузку аппарата из основного уравнения теплопередачи:

Вт,

где – коэффициент теплопередачи, Вт/(м^2.К);

– поверхность теплообмена, м²;

– полезная разность температур, ⁰С.

С,

где – температура греющего пара, находим по его давлению =1,2 бар из таблицы водяного пара [1, табл. 11].

2. Определяем расход греющего пара по формуле

кг/с,

где – удельная теплота парообразования, Дж/кг, находим по [1, табл. 11].

3. Рассчитываем концентрацию упаренного сока из уравнений материального баланса процесса выпаривания:

% масс.,

где =3000/3600=0,833 кг/с – расход исходного раствора;

– количество выпаренной воды, кг/с, определим из уравнения теплового баланса:

кг/с,

где , Дж/кг∙К – удельная теплоемкость яблочного сока с = 16,0 %, определяем по его средней температуре С [1, табл. 2];

– энтальпия вторичного пара, Дж/кг, находим по = 0,5 бар [1, табл. 11];

– удельная теплоемкость воды, Дж/кг∙К, находим по С из таблицы свойств воды [1, табл. 1].

Ответ. = 0,33 кг/с; =22,1 %.

Эскиз выпарной установки с центральной циркуляционной трубой приведен в приложении Г, рисунок 7.