1 Технологический расчет выпарного аппарата для упаривания раствора NaOh

Дополнительные данные для расчета 3-х корпусной выпарной установки [3]:

Начальная концентрация раствора NaOH – 5 % (масс.), конечная концентрация – 50 % (масс.).

Давление греющего пара – 8 ата.

Остаточное давление в барометрическом конденсаторе – 0,1 ата.

Количество корпусов – 3.

Тип выпарного аппарата – с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой.

Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора NaOH в интервале изменения концентраций от 5 до 50 %. В этих условиях химически стойкий является сталь марки 12Х18Н10Т:

Скорость коррозии не менее 0,1 .

Коэффициент теплопроводности λ_ст = 17,5 .

1.1 Материальный расчет

1. Общее количество выпариваемой воды[4]:

2. Производительность установки по упаренному раствору:

Принимаем, что в каждом корпусе выпарной установки выпаривается одинаковое количество воды.

3. Распределение выпариваемой воды по корпусам:

11

4. Концентрация упаренного раствора по корпусам:

1 корпус:

2 корпус:

3 корпус:

1.2 Тепловой расчет

1.2.1 Расчет общей полезной разности температур выпарной установки

Рассчитывается общая полезная разность температур выпарной установки и затем равномерно распределяется по корпусам с дальнейшим уточнением.

Температурные потери и общая полезная разность температур выпарной установки, используется метод Тищенко [5, 6]:

«Нормальная» физико-химическая температурная депрессия  :

)

где и t – соответственно температура кипения раствора и чистого растворителя при давлении и соответствующей концентрации раствора.

1 корпус:

2 корпус:

3 корпус:

12

Гидравлическая температурная депрессия   принимается (исходя из практических данных) равной по на каждый корпус:

1 корпус:

2 корпус:

3 корпус:

Общая полезная разность температур выпарной установки без учета гидростатической температурной депрессии  :

где – температура греющего пара, поступающего в первый корпус, при давлении , ; – температура греющего пара, поступающего в барометрический конденсатор, при давлении 0,1 ата,

В первом приближении общая полезная разность температур выпарной установки может быть распределена поровну между корпусами [4]:

Температура кипения раствора рассчитывается по формуле:

где – температура греющего пара в i-ом корпусе, .

1 корпус:

2 корпус:

3 корпус:

14

13

Температура греющего пара во втором корпусе:

где – температура вторичного пара в первом корпусе, .

Температура греющего пара в третьем корпусе:

где – температура вторичного пара во втором корпусе, .

Температура вторичного пара рассчитывается по формуле:

где – температура кипения раствора в i-ом корпусе, ; – физико-химическая температурная депрессия в i-ом корпусе, .

1 корпус:

2 корпус:

3 корпус:

По температурам вторичного пара находим давление вторичного пара в каждом корпусе соответственно:

Все выше посчитанные данные сводятся в таблицу 1.2.1.

Таблица 1.2.1 – Ориентировочный тепловой режим работы аппарата

№ п/п	Параметр	Усл. обозн.	Ед. изм.	Корпуса				Баром.конд.
				1	2	3
1	Температура греющего пара			169,60	142,39	113,05	45,41
2	Полезная разность температур			24,44	24,44	24,44
3	Температура кипения раствора			145,16	117,95	88,61
4	Норм. ф-х. темпера-турная депрессия			1,77	3,90	42,20	14

Продолжение таблицы 1.2.1

5	Температура вторич. пара			143,39	114,05	46,41
6	Гидравл. температурная депрессия			1	1	1
7	Конечная концентрация раствора		%	7,1	12,5	50,0
8	Давление вторич. пара*		ата	4,06	1,67	0,11	0,10
9	Плотность раствора		кг/м3	1000	1070	1480

*Для удобства расчета единица измерения давления принята в технических атмосферах.

Поскольку давление вторичных паров отличается от «нормального» то производится пересчет «нормальной» физико-химической температурной депрессии на действительную по уравнению, предложенному Тищенко [4]:

где _. – температура вторичного пара вi-ом корпусе, К; – удельная теплота парообразования воды при Т_в.п.i, .

1 корпус:

2 корпус:

3 корпус:

15

Гидростатическая температурная депрессия [4]:

Оптимальный уровень раствора в кипятильных трубах Н_опт:

где    – соответственно плотности раствора при и воды приР_в.п.,  ;Н_Т– высота кипятильных труб (принимаем 4 м).

1 корпус:

2 корпус:

3 корпус:

Гидростатическое давление столба жидкости на среднем уровне:

где – ускорение свободного падения, .

1 корпус:

2 корпус:

3 корпус:

Полное давление на среднем уровне:

Р_ур.=Р_в.п.+ΔР_гидр.,

1 корпус: Р_{ур .}= 4,06+ 0,04 = 4,10 ата.

2 корпус: Р_ур.= 1,67+ 0,06 = 1,73 ата.

3 корпус: Р_ур. = 0,11 +0,14 = 0,25 ата.

16

По правилу Бабо рассчитываются температуры кипения растворов при давлении Р_ур. в каждом корпусе [5]: