Решение

1. Из уравнений материального баланса процесса выпаривания рассчитаем общее количество выпаренной воды (в начале эксплуатации):

кг/с.

2. В выпарном аппарате коэффициент самоиспарения раствора равен нулю, так как по условию задачи раствор поступал при температуре кипения. О тепловых потерях ничего не сказано, поэтому их принимаем равными нулю. Рассчитаем тепловую нагрузку выпарного аппарата по выражению:

Вт,

где – энтальпия вторичного пара, Дж/кг, находим по = 0,9 бар [1, табл. 11];

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

3. Рассчитаем значение коэффициента теплопередачи от пара к раствору из основного кинетического уравнения теплопередачи:

Вт/м²∙К,

где – полезная разность температур (движущая сила процесса выпаривания):

С,

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

4. Рассчитаем новое значение коэффициента теплопередачи в аппарате через три месяца работы (с учетом образовавшегося слоя накипи). Из уравнения аддитивности термических сопротивлений:

,

где – сопротивление теплопередаче от пара к раствору;

и – сопротивление теплоотдаче от пара к стенке и от стенки к раствору;

и – термическое сопротивление стенки и слоя загрязнений.

Через три месяца работы аппарата величины , , останутся прежними, а изменится только (изначально равное нулю):

,

где – толщина слоя загрязнений, м;

– удельная теплопроводность слоя загрязнений, Вт/м∙К, [1, табл. 7].

Вт/м²∙К.

5. Рассчитаем тепловую нагрузку выпарного аппарата после трех месяцев эксплуатации :

Вт.

6. Количество выпаренной воды :

кг/с.

7. Рассчитаем производительность аппарата по исходному раствору после трех месяцев эксплуатации :

кг/с или 2910,5 кг/ч.

Ответ. = 2910,5 кг/ч.

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

Задача 2.5

В двухкорпусной прямоточной выпарной установке сгущается раствор (сахара) с начальной концентрацией по нелетучего компонента = 14,0 % мас. Конечная концентрация в первом корпусе – = 17,0 % мас., во втором – = = 39,0 % масс. Расход поступающего раствора – = 2500 кг/ч. Температура кипения в среднем слое в первом корпусе – =122 ⁰С, во втором – =107 ⁰С. Давление вторичного пара во втором корпусе – = 1,1 бар. Тепловые потери принять равными нулю. Определить, сколько воды испарится во втором корпусе за счет явления самоиспарения и какой это составит процент от общего количества воды, испарившейся во втором корпусе. Нарисовать эскиз двухкорпусной выпарной установки.

Решение

1. Определим общее количество выпаренной воды , решив систему уравнений общего материального баланса и материального баланса по нелетучему компоненту:

кг/ч.

Рассчитаем количество воды, выпаренной в 1-м и во 2-м корпусах

кг/ч.

кг/ч.

2. Определим количество теплоты , которое выделится во втором корпусе при охлаждении раствора от температуры до температуры (явление самоиспарения).

Вт,

где – количество раствора, поступающего во 2-й корпус, кг/ч, рассчитаем по формуле:

кг/ч;

– удельная теплоемкость раствора концентрацией , Дж/кг·К, рассчитаем по формуле [1, стр. 22]:

Дж/кг·К,

где ⁰С – средняя температура сахарного раствора;

= = 17 % – концентрация сахарного раствора, поступающего во второй корпус.

3. Рассчитаем количество воды, испарившейся во втором корпусе за счет теплоты (за счет самоиспарения)

кг/с или 53,4 кг/ч,

где – энтальпия вторичного пара второго корпуса, Дж/кг, определяем при

давлении из таблицы свойств пара [1, табл. 11];

– удельная теплоемкость воды, Дж/кг∙К, определяем при =107 ⁰С из таблицы свойств воды [1, табл. 1].

4. Определим, какой процент составит вода, испарившаяся во втором корпусе за счет самоиспарения от общего количества выпаренной воды

%.

Ответ. =53,4 кг/ч; %.

Эскиз двухкорпусной прямоточной выпарной установки приведен в приложении Г, рисунок 8.