- •Содержание
- •Введение
- •Исходные данные
- •1.Температурный режим работы установки
- •Предварительный выбор поверхности нагрева выпарных аппаратов
- •Предварительное распределение выпариваемой воды по корпусам установки
- •Расчет концентраций на выходе раствора из корпусов установки
- •Определение температурного режима работы установки
- •1.4.1. Первое приближение
- •1.4.2. Второе приближение
- •1.4.3. Третье приближение
- •1.4.4. Четвертое приближение
- •Уточнение распределения выпариваемой воды по корпусам установки
- •Уточнение температурного режима работы установки
- •Расчет коэффициентов теплопередачи
- •Уточненный расчет поверхности теплопередачи и выбор выпарных аппаратов
- •2. Расчет вспомогательного оборудования
- •2.1. Расчет барометрического конденсатора
- •2.2. Расчет вакуум-насоса
- •2.3. Расчет подогревателей раствора
- •3. Технико-экономические показатели работы установки
- •Литература
Расчет концентраций на выходе раствора из корпусов установки
Так как при выпаривании раствора в аппарате в паровую фазу переходит только растворитель (вода), а твердый компонент остается в растворе и в паровую фазу не переходит, то концентрации твердого компонента в щелоке на выходе из любого корпуса установки определяются на основании уравнения материального баланса по твердому компоненту в растворе:
,
Где j=1,2,…,m, …, n – номера по ходу раствора; - сумма расходов испаряемой воды в предыдущих по ходу раствора корпусах и в данном корпусе. Индекс i обозначает номер корпуса (по ходу пара), а индекс 2 означает, что концентрация рассчитывается на выходе из корпуса.
Концентрации на выходе из аппаратов:
Концентрации на входе в аппараты:
Определение температурного режима работы установки
1.4.1. Первое приближение
Последовательность расчета температурного режима установки зависит от способа задания исходных данных. В нашем случае задан вакуум в последнем корпусе установки, следовательно задаемся величиной температурного напора выпарной установки:
,
Где ∆ti – разность температур в одном корпусе. Принимается в пределах (12÷15)°С. В первом приближении разности температур принимаются одинаковыми для всех корпусов. Примем ∆ti=14°С. Далее определяются все виды температурных потерь.
Абсолютное давление в сепараторе последнего корпуса:
Р3с=Р-В=101,3-80=21,3 кПа
По таблице свойств насыщенного водяного пара путем линейной интерполяции по значению Р3с находим температуру сокового пара в последнем корпусе установки t3с=61,2°С.
Составление приблизительного температурного режима работы установки начинаем с последнего корпуса, пользуясь для любого i-того корпуса равенствами:
ti2=tiс+∆'i2,
tiг=ti2+∆ti,
t(i-1)с=tiг+∆'''(i-1)I,
где tiс,ti2, tiг – температуры сокового пара, кипения щелока и греющего пара i-го корпуса; t(i-1)с – температура сокового пара предыдущего (i-1) корпуса. Расчет заканчивается, когда определена температура греющего пара 1-го корпуса.
Для щелоков целлюлозного производства концентрационная депрессия, равная разности между температурами кипения раствора и чистого растворителя при одном и том же давлении, в основном зависит от концентрации раствора и практически не зависит от давления, а поэтому она может быть приближенно рассчитана по формуле:
∆'=А∙ехр(В∙х),
Где х – концентрация щелока в массовых %, А и В – постоянные, зависящие от природы щелока. Для сульфитного щелока на натриевом основании А=0,60; В=0,048.
Расчеты представлены в таблице 1
Таблица 1
Приблизительный температурный режим (этап I)
№ корпуса |
∆'''(i-1)i |
Температура сокового пара, tiс |
∆'i2 |
Температура кипения раствора, ti2 |
∆ti |
Температура греющего пара, tiг |
3 |
- |
t3с=61,2 |
∆'32=2,1 |
t32=63,3 |
∆t3=14 |
t3г=77,3 |
2 |
∆'''23=2 |
t2с=79,3 |
∆'22=1,4 |
t22=80,7 |
∆t2=14 |
t2г=94,7 |
1 |
∆'''12=2 |
t1с=96,7 |
∆'12=7,3 |
t12=104 |
∆t1=14 |
t1г=118 |
1.4.2. Второе приближение
Данные этой таблицы уточняются в дальнейшем с помощью эмпирических уравнений.
С этой целью по концентрации щелока на выходе из корпусов хi2 и его температурам кипения ti2 по эмпирическим формулам для сульфитного щелока находим значение вязкости выпариваемого щелока νi2, которые используют для нового распределения ∆tпол по корпусам установки по эмпирическому уравнению:
,
Где Diг=W(i-1), D1г=1,02∙W1
Вязкость сульфитного щелока в концентрации до 30%масс. Вычисляется по формулам:
ν=b0∙10-6∙ехр(b∙108∙Т-3);
b0=0,08639+0,47022∙(х/100)+0,38097∙(х/100)2-1,5244∙(х/100)3+ +3,5265∙(х/100)4;
b=0,61724-0,36583∙(х/100)+6,29912∙(х/100)2-24,4779∙(х/100)3+ +43,0965∙(х/100)4
В концентрации от 30 до 60 % масс по формулам:
ν=8,533∙10-8∙ехр(b∙108∙Т-3+3,25(х/100));
b=1,764-7(х/100)+12,53(х/100)2
х12=52%; t12=104°С=377 К
b=1,512
ν12=7,77∙10-6 м2/с
х22=17%; t22=80,7°С=353,7 К
b0=0,173; b=0,653
ν22=7,57∙10-7 м2/с
х32=26%; t32=63,3°С=336,3 К
b0=0,224; b=0,715
ν32=1,47∙10-6 м2/с
∆tпол=14∙3=42
По уточненным значениям ∆ti составляем новую таблицу (табл.2)
Таблица 2
Приблизительный температурный режим (этап II)
№ корпуса |
∆'''(i-1)i |
Температура сокового пара, tiс |
∆'i2 |
Температура кипения раствора, ti2 |
∆ti |
Температура греющего пара, tiг |
3 |
- |
t3с=61,2 |
∆'32=2,1 |
t32=63,3 |
∆t3=11,3 |
t3г=74,6 |
2 |
∆'''23=2 |
t2с=76,6 |
∆'22=1,4 |
t22=78 |
∆t2=8,6 |
t2г=86,6 |
1 |
∆'''12=2 |
t1с=88,6 |
∆'12=7,3 |
t12=95,9 |
∆t1=22,4 |
t1г=118,3 |