книги из ГПНТБ / Бушмелев, В. А. Процессы и аппараты целлюлозно-бумажного производства учебник

в первой ступени, в насадочном аппарате газ и жидкость движутся противотоком. При контакте газа с холодной водой в объеме насадки происходит интенсивное охлаждение газа от 300—350 до 30—35° и эффективная конденсация водяных паров. Горячая вода с температу­ рой 70—80°, получаемая при этом, в основном используется для по­ догрева свежей воды в теплоутилизационном теплообменнике. Часть ее подается на спрыски полого скруббера. Последний может работать и по принципу прямотока.

Для охлаждения дымовых газов содо- и магнийрегенерационных агрегатов и известерегенерационных печей в основном используют скрубберы Вентури. Они отличаются высокой интенсивностью тепло­ обмена. При охлаждении влажных газов, сопровождающемся конден­ сацией водяных паров, коэффициенты теплопередачи равны 900—

— 1400 вт/м2-град. Им соответствуют объемные коэффициенты тепло­ передачи 23 000 — 41 000 вт/м3-град (отнесены к объемам горловины и диффузора). Орошающая вода нагревается от 10—20 до 65—70° при спаде температуры газа от 200—500 до 67—72°. При использова­ нии орошающей жидкости с повышенной начальной температурой, например сульфатного черного щелока с t — 80 -н 90°, температура газа на выходе будет 90— 100°. Характерно, что начальная темпера­ тура газа, даже очень высокая, не оказывает существенного влияния на его конечную температуру. Это говорит о сверхвысокой интенсив­ ности теплопередачи, в результате которой процесс всегда заканчива­ ется в условиях, близких к термодинамическому равновесию системы.

Расчет теплообменных аппаратов смешения

Расчет теплообменных аппаратов непосредственного контакта газа

ижидкости заключается в определении их рабочих объемов. При рас­ чете полых аппаратов допускается, что после спрысков образующиеся капли жидкости быстро теряют скорость и переходят к режиму сво­ бодного осаждения. Тогда по известному начальному диаметру капель

иформулам отстаивания (см. главу 5, стр. 95) может быть определен

критерий Рейнольдса относительного движения газа и капель, а по нему — коэффициент теплоотдачи а [формула (8-22)].

Для того чтобы вычислить объемный коэффициент теплопередачи, нужно знать удельную поверхность капель /, которую находят, руко­ водствуясь следующими соображениями. Если W — расход орошаю­ щей жидкости (м3/сек) и d — диаметр капли (м), то число образую-

Определив объемный коэффициент теплопередачи К — fa и вычис­ лив среднюю разность температур, по общему уравнению теплопере­ дачи находят рабочий объем аппарата. Далее, определив по формуле

187

(5-5) относительную скорость газа и капель, задаются абсолютной скоростью газа в аппарате и находят его диаметр, а затем рабочую вы­ соту. Если унос капель из аппарата недопустим, скорость газа в нем принимают меньше относительной скорости.

Аналогично рассчитывают насадочные скрубберы. Разница лишь в том, что величину удельной поверхности берут из справочников. Скруббер Вентури рассчитывают по экспериментально определенным коэффициентам теплопередачи.

Конденсаторы смешения

Если конденсирующиеся пары не являются ценными веществами и если конденсат может быть смешан с охлаждающей водой, для про­ ведения процесса конденсации при­ меняют конденсаторы смешения.

Преимущественно они предназна­ чены для конденсации паров сдувок

и выдувок и вторичного пара выпарки. Наибольшее распространение получили струйные и полочные конденсаторы.

В струйном конденсаторе (рис. 9-14) смешение пара с водой проис­ ходит в ограниченном объеме трубок небольшого диаметра. Воду в трубки подают под напором, и конденсация проходит очень интен-

188

сивно. Производительность одной трубки струйного конденсатора по пару может быть определена по эмпирической формуле

0,1 — 0,2 am; температура воды 10—60°; скорость истечения 4—7 м/сек; отношение диаметра сопла к диаметру трубки 0,44; длина трубок 1 — 1,25 м; расстояние от сопла до смесительной трубки 35 мм.

Схема устройства барометрического полочного конденсатора по­ казана на рис. 9-15. Смешение пара с водой в аппарате происходит потому, что пар вынужден двигаться снизу вверх в пространстве, обильно орошаемом водой в виде капель или струй, которые обра­ зуются при истечении воды через множество мелких отверстий в пол­ ках. Воздух и другие несконденсировавшиеся газы отсасываются из верхней части конденсатора вакуум-насосом. Конденсат отводится через барометрическую трубу, высота которой зависит от разрежения в конденсаторе. Максимальная высота трубы 10,33 м, что соответст­ вует разрежению 760 мм рт. ст.

Работа конденсатора характеризуется степенью нагрева воды,

где tK— температура уходящего конденсата. Остальные обозначения прежние. Чем больше величина ф, тем интенсивнее работает конден­ сатор и тем меньше расход воды. При всех прочих равных условиях степень нагрева ф находится в прямой зависимости от числа полок и расстояний между ними (табл. 9-1).

Т а б л и ц а 9-1

Зависимость ф от числа полок и расстояний между ними

189

Расчет конденсаторов

Расчет струйных конденсаторов при заданных значениях v, d, tn , t и расходе пара D заключается в определении числа смесительных трубок п, расхода воды на орошение W и температуры образующегося конденсата. *

Определив по уравнению (9-19) производительность одной трубки,

находят общее число трубок п = — . Далее по диаметру сопел, рав-

°і

ному dc = 0,44 d, и скорости истечения ѵ вычисляют общий расход

воды W = 0,25ndcvn. Тогда по уравнению теплового баланса темпе­ ратура горячего конденсата равна

D l + Wet

(9-21)

{.D + \V)c ’

где I — теплосодержание пара; с — теплоемкость конденсата.

Полученная величина tK при t = 40° должна быть не меньше 90°; если она меньше 90°, следует задаться меньшим значением скорости истечения ѵ и расчет повторить.

При расчете полочных барометрических конденсаторов опреде­ ляется расход воды на орошение, высота барометрической трубы Н, ее диаметр d, диаметр конденсатора dK, его высота h и число полок п. Высота барометрической трубы Н = р + 0,5 м, где р — разрежение в конденсаторе, м вод. ст. При известных температурах пара, воды и образующегося конденсата расход орошающей воды равен

Диаметр барометрической трубы определяют по уравнению рас­ хода. Скорость в трубе принимают равной 1—2 м/сек.

Диаметр конденсатора dK вычисляют также по уравнению рас­ хода — по скорости пара ѵп = 35 -4- 55 м/сек и объемному расходу пара. С учетом колебаний нагрузки полученную величину увеличи­ вают на 20—30%. Число полок конденсатора при заданном расстоя­ нии между ними 300—400 мм определяют по табл. 9-1 в зависимости от диаметра струй и степени нагрева воды г|х

в которую W и D подставляют в кг/сек.

Объемный расход воздуха рассчитывают по уравнению состояния в зависимости от разрежения и температуры. В противоточных конден­ саторах температуру отсасываемого воздуха определяют по формуле

Пример. Рассчитать противоточный полый скруббер для охлаждения печ­ ного газа S02 от 1300 до 300° С. Состав газовой смеси в объемных процентах: S02—16, 0 2—5, Ns,—79. Производительность' по газу при нормальных усло-

190

192

193

Для предотвращения уноса капель скорость газа в нижней части аппарата нужно принять несколько меньше, чем 1,78 Шеек. Примем 1,75 м/сек, тогда при

Критерии Нуссельта по формуле (8-22):

^Nuj = 2 + 0,267 - 4,420,5- 0 ,7830,33 = 2,519; Nu2 = 2 + 0,267-78,80,5-0,667е’33 = 4,07.

дящего газохода и спрысками. Общая высота аппарата в 1,5—2 раза больше его рабочей высоты.

194

Глава 10. ВЫПАРИВАНИЕ

При испарении растворителя из растворов твердых и некоторых других нелетучих веществ концентрация растворов повышается. При кипении растворов скорость испарения значительно возрастает. Про­ цесс концентрирования кипящих растворов вследствие испарения ра­ створителя называется выпариванием. Аппараты, в которых прово­ дится выпаривание, называются выпарными аппаратами. В качестве теплоносителей при выпаривании применяют главным образом водя­ ной пар, который передает тепло кипящему раствору через разделяю­

В некоторых случаях концентрирование растворов проводят их вскипанием. Делается это так. Сначала раствор нагревают при повы­ шенном давлении до некоторой температуры, а затем подают его в про­ странство с меньшим давлением и соответственно меньшей температу­ рой кипения. За счет избыточного тепла раствор вскипает и концен­ трируется.

Выпаривание может происходить и при непосредственном контакте перегретого пара с раствором. В этом случае пар передает раствору тепло перегрева, раствор начинает кипеть и упаривается. Образую­ щийся вторичный пар смешивается с первичным, и смесь удаляется

В этом случае стремятся развить как можно большую поверхность испарения, что достигается распылением раствора на мельчайшие капли или распределением его объема на тонкие пленки. Аппараты, в которых концентрирование растворов производится путем простого испарения, называются испарителями. В качестве теплоносителей

вданном случае используют горячие дымовые газы. Тепло от газов

кжидкости передается при непосредственном их соприкосновении. Испаренная жидкость поглощается дымовым газом и удаляется на дальнейшее теплоиспользование.

Процессы испарения и особенно выпаривания широко применяются

вцеллюлозно-бумажном производстве для концентрирования суль­ фатных и сульфитных шелоков.

ОДНОКОРПУСНАЯ ВЫПАРКА

Установка, предназначенная для проведения процесса выпаривания, называется выпаркой

На рис. 10-1 показана схема выпаривания в одном аппарате. Та­ кая выпарка называется однокорпусной. В трубках аппарата и в объе­ мах под нижней и над верхней трубными решетками находится выпа­ риваемый раствор. Первичный пар подается в межтрубное простран­ ство, конденсат из этого пространства отводится снизу. При кипении раствора выделяется вторичный пар, который сверху аппарата уда­ ляется на конденсацию. Упаренный раствор отводится из нижней

195

части аппарата. Пространство в аппарате над раствором может нахо­ диться под атмосферным давлением, избыточным давлением или раз­ режением. Если при выпаривании внутри аппарата давление больше

является частным случаем выпарки под давлением и выпарки под раз­ режением. Выбор абсолютного давления при выпаривании опреде­ ляется характером выпариваемого раствора, Например, для выпари­ вания последрожжевой бражки в сульфитном производстве берут вы­

Уравнение теплового баланса

GC]ti-{- DI = (G— W) c2t2-f- Wi -|- DcKtK-j- Qn-

Отсюда получаем

196