3. 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:

4. 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 ∆t_i – разность температур в одном корпусе. Принимается в пределах (12÷15)°С. В первом приближении разности температур принимаются одинаковыми для всех корпусов. Примем ∆t_i=14°С. Далее определяются все виды температурных потерь.

Абсолютное давление в сепараторе последнего корпуса:

Р_3с=Р-В=101,3-80=21,3 кПа

По таблице свойств насыщенного водяного пара путем линейной интерполяции по значению Р_3с находим температуру сокового пара в последнем корпусе установки t_3с=61,2°С.

Составление приблизительного температурного режима работы установки начинаем с последнего корпуса, пользуясь для любого i-того корпуса равенствами:

t_i2=t_iс+∆'_i2,

t_iг=t_i2+∆t_i,

t_(i-1)с=t_iг+∆'''_(i-1)I,

где t_iс,t_i2, t_iг – 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 х_i2 и его температурам кипения t_i2 по эмпирическим формулам для сульфитного щелока находим значение вязкости выпариваемого щелока ν_i2, которые используют для нового распределения ∆t_пол по корпусам установки по эмпирическому уравнению:

,

Где D_iг=W_(i-1), D_1г=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

∆t_пол=14∙3=42

По уточненным значениям ∆t_i 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