Задача 2.3

В выпарной аппарат поступает раствор с начальной концентрацией нелетучего компонента = 13 % мас. Расход поступающего раствора – = 3000 кг/ч, его начальная температура – = 20 С. Греющий теплоноситель – водяной насыщенный пар давлением =1,9 бар.; расход греющего пара – = 2000 кг/ч. Коэффициент теплопередачи от пара к раствору – = 1000 Вт/(м²К). Поверхность теплообмена - = 100 м². Физико-химическая депрессия - =0,6 С, гидростатическая - = 2 С. Тепловые потери принять равными нулю.

Определить, под каким давлением работает выпарной аппарат и какова конечная концентрация нелетучего компонента в растворе. Нарисовать эскиз аппарата.

Решение

1. Определим тепловую нагрузку выпарного аппарата по формуле

Вт,

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

2. Из основного кинетического уравнения теплопередачи рассчитаем полезную разность температур (движущую силу процесса выпаривания):

С.

Полезная разность температур равна разности температуры греющего пара и температуры кипения раствора в среднем слое , рассчитаем значение :

С,

где – температура греющего пара, С, находим по его давлению =1,9 бар из таблицы водяного пара [1, табл. 11].

3. Рассчитаем температуру конденсации вторичного пара в корпусе установки через температурные депресии по формуле

С.

По величине из таблицы водяного пара [1, табл. 11] находим давление вторичного пара =1,157 бар.

4. Рассчитаем количество выпаренной воды . В выпарном аппарате теплота греющего пара расходуется на нагревание исходного раствора до температуры кипения в среднем слое и испарение из него воды количеством (по условию задачи тепловые потери принимаем равными нулю):

,

где – удельная теплоемкость выпариваемого раствора, Дж/кг∙К, определяется по его средней температуре С. Для сахарного раствора концентрацией = = 13 % [1, стр. 22]:

Дж/кг·К.

кг/с или 1521,4 кг/ч,

где – энтальпия вторичного пара, Дж/кг, находим по = 1,157 бар [1, табл. 11].

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

5. Рассчитаем концентрацию упаренного раствора из уравнений материального баланса процесса выпаривания:

% масс.

Ответ. =1,157 бар; =26,4 %.

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

Задача 2.4

В выпарном аппарате при пуске производительность по исходному раствору составляла = 4000 кг/ч. Концентрации нелетучего компонента изменялись от = 13,5 % мас. до = 27 % мас. Раствор поступал при температуре кипения, ее значение в среднем слое было равно = 102 С. Аппарат работал под давлением

= 0,9 бар. Греющий теплоноситель – водяной насыщенный пар давлением = 1,9 бар. Поверхность теплообмена - = 60 м².

Через три месяца эксплуатации на поверхности теплообмена со стороны раствора образовался слой накипи толщиной = 0,75 мм.

Определить, чему станет равна производительность выпарного аппарата по исходному раствору после трех месяцев эксплуатации при неизменных прочих параметрах. Нарисовать эскиз аппарата.