книги из ГПНТБ / Бушмелев, В. А. Процессы и аппараты целлюлозно-бумажного производства учебник
.pdfраствора, а затем вводят коэффициент ср, учитывающий влияние ки пения жидкости. Следовательно,
Дртр = ф/гДртр нім2, |
(10-10) |
где величина h подставляется в метрах.
Величина ср зависит от температуры образующегося при кипении пара и его массовой доли в парожидкостной смеси (рис. 10-7).
Рис. 10-7. Зависимость вели |
Рис. 10-8. Зависимость вели |
|
чины ф в уравнении (10-10) |
чины ф в уравнении (10-11) от |
|
от температуры вторичного |
температуры вторичного |
пара |
пара и содержания пара в па |
и содержания пара в |
паро |
рожидкостной смеси |
жидкостной смеси |
|
Потеря давления на ускорение смеси жидкости и пара пропорцио нальна их скоростным напорам. Действительные скорости жидкости и пара в трубках определить трудно, поэтому массовую скорость жид кости w условно принимают равной скорости пара, а потерю давления на ускорение считают прямо пропорциональной массовой скорости раствора во второй степени до2 и обратно пропорциональной плотно сти пара и его массовой доле. Поскольку плотность пара и его темпе ратура взаимосвязаны, потерю давления на ускорение рассчитывают с помощью полуэмпирического уравнения
А Руск= 0,062 г|5 га»3 «/ж2, |
(10-11) |
где ф — коэффициент, учитывающий отставание скорости раствора
207
от скорости пара на выходе из трубок, зависящий от массовой доли b пара в парожидкостной смеси и температуры пара (рис. 10-8); w — массовая скорость раствора, кг/сек,-м2.
Рассчитав все составляющие повышения давления, находят дав ление р на границе зоны кипения, а по нему — температуру насы щенного пара t. Зная давление пара р 0 над раствором и соответствую щую ему температуру t0, определяют повышение температуры кипе ния раствора за счет повышения давления в кипящем слое
А" = t — 10. |
(10-12) |
В зависимости от типа аппаратуры, применяемой для выпарива ния, величины Арст, Дртр и Аруск получаются неравнозначными. Например, для аппаратов пленочного типа с большой степенью кон центрирования раствора и, следовательно, с высоким содержанием пара в парожидкостной смеси, движущейся по трубкам, величина Арст незначительна по сравнению с (Дртр + Друск). Если в аппара тах пленочного типа степень выпаривания невелика, Арст становится больше, чем (Артр + АруСК). В аппаратах с искусственной циркуля цией, где содержание пара в трубках относительно невелико, вели чина Друск несущественна по сравнению с (Арст -|- Артр), а в аппа
ратах с естественной циркуляцией Дрст> Д ртр |
Аруск. |
Температурные |
потери в паропроводах |
При движении пара по паропроводам часть его давления тратится на преодоление гидравлических сопротивлений. Если при этом давле
ние пара снижается от р 1 до р 2, |
то температура пара соответственно |
||||
уменьшается от |
до А,. Разность температур, равная А"' = |
—12, |
|||
называется гидравлической депрессией. Величины |
Арг — р х — р 2 |
||||
можно определить |
по формулам |
гл. 2 (стр. |
33), а затем найти |
А'". |
|
Однако в большинстве случаев |
при расчете |
выпарки |
величину А'" |
||
принимают из практических соображений равной 1—2° на каждый корпус выпарной установки, не прибегая к вычислениям.
Теплопередача при выпаривании
Коэффициенты теплоотдачи при конденсации пара и коэффициенты теплоотдачи от стенки к некипящему раствору рассчитываются по фор мулам гл. 8.
Теплоотдача со стороны жидкости в аппаратах с искусственной циркуляцией без вскипания раствора при турбулентном его движении
оценивается уравнением |
|
N u = С Re0-8 Pr0,4. |
(10-13) |
Константа С = 0,0226 при отсутствии кипения в трубках и С = 0,0278, если кипение в них подавлено не полностью.
В аппаратах с принудительной циркуляцией й кипением основной массы раствора в трубках для общего коэффициента теплопередачи
208
справедлива формула |
(без учета накипи) |
|
|
К = |
j O.57.,1,08 н |
втім^-град, |
(10-14) |
14 500------------ |
|||
|
^0,25 дг0Д |
|
|
где d — средний диаметр трубки, м\ |
|
|
|
V — скорость раствора на входе в трубку, мІсек\ |
|
||
Н — высота трубки, м\ |
|
|
|
[і — вязкость раствора, спуаз; |
греющим паром |
и раствором |
|
Дt — разность температур между |
|||
Для |
на входе в трубку. |
|
|
|
|
|
аппаратов пленочного типа справедлива формула |
|
|||||
|
|
Nu = (1,3+ 128d) Pr£9 Re?«23 Re°n'34 ( Ц ° '25 ^ , |
(10-15) |
|||
|
|
|
|
\Рп / |
Дж |
|
где |
|
Nu — критерий Нуссельта, рассчитанный по тепло |
||||
|
|
проводности жидкости; |
|
|
||
|
|
Ргж — критерий |
Прандтля для жидкости; |
|
||
|
Реж и Ren — критерии |
Рейнольдса для жидкости и пара, |
||||
|
|
которые рассчитываются из предположения, |
||||
|
|
что каждая среда (жидкость и пар) движутся |
||||
|
|
по трубкам раздельно; |
|
|
||
Рж> |
Рп> |
11ж и Р'п — плотности |
и вязкости жидкости и пара, оп |
|||
|
|
ределяемые по |
средним |
температурам сред; |
||
Общий |
d — внутренний диаметр трубок, м. |
|
||||
коэффициент теплопередачи |
равен |
|
|
|||
|
|
к = ________ 1________ ? |
|
|
||
|
|
1/аі + 2 |
6А + |
1/сс2 |
|
|
где <х1 и а 2 — коэффициенты теплоотдачи со стороны пара и жидкости
а — сопротивление стенки ц накипи.
Динамика выпаривания
В процессе выпаривания на поверхностях нагрева выпарных аппа ратов со стороны раствора откладывается накипь, которая сущест венно снижает их общий коэффициент теплопередачи и испарительную способность. Исследования показали, что количество откладываю щихся на стенках аппарата солей зависит от характера выпариваемого раствора, его концентрации х, производительности по испаряемой воде W кг/ч и продолжительности выпаривания тг ч. Толщина накипи по экспериментальным данным равна
6 = е*3’4№т, |
(10-16) |
где С — коэффициент пропорциональности, |
величина которого зави" |
сит от вида раствора. . |
|
Формула (10-16) показывает, что во время выпаривания толщина накипи наиболее интенсивно растет в аппаратах с концентрированным раствором и большой интенсивностью испарения. С увеличением тол щины накипи общий коэффициент теплопередачи уменьшается и сни-
8 В. А. Бушмелев, Н. С. Вольман |
209 |
жается испарительная способность аппарата. Отсюда ясно, что при расчете выпарки нужно ориентироваться не на максимальные и даже не на средние коэффициенты теплопередачи, а на минимальные коэффи циенты, соответствующие предельно допустимым нагрузкам аппаратов по испаряемой воде, при которых еще обеспечивается общая про изводительность выпарки. После достижения минимально-предель ных значений коэффициентов теплопередачи, соответствующих мак симально-предельным толщинам накипи, выпарка (или отдельные ее корпуса) должна быть остановлена на промывку и чистку поверхно стей нагрева. Продолжительность работы аппаратов от промывки до промывки может быть определена из уравнения (10-16). Если в одном из аппаратов выпарки определены значения 6, W и х, то в любом дру гом аппарате с известными характеристиками Wt и хі толщина накипи в данный момент времени равна
Температурный напор и его распределение
Общим температурным напором выпарки является разность тем ператур первичного пара t в первом корпусе и вторичного пара tn на выходе из последнего корпуса, т. е. А^общ = t — tn. Для определе ния полезной разности температур А/1^ необходимо из Д^бщ, вы честь значение суммы температурных потерь 2 А по всем корпусам. Величина полезного температурного напора в выпарке рарна
Л*П0Л=Д*0б,Ц-2Д. (10-18)
Его распределение по отдельным аппаратам выпарной установки про
изводится из |
условия получения одинаковых |
поверхностей нагрева |
|||||
|
Qi |
|
|
|
|
|
|
F r |
КсA U— const, |
где |
Qi — тепловая нагрузка t'-го |
корпуса, |
|||
К і — общий |
коэффициент |
теплопередачи, A tt — температурный на |
|||||
пор. |
Отсюда |
сумма |
температурных напоров |
корпусов |
= |
||
1 |
^ Q c - = |
дU ,л , |
где п — число |
корпусов в выпарке. |
Подставив |
||
|
Кі |
|
|
|
|
|
|
сюда |
Fi = - Qi и решив уравнение |
относительно полезной разности |
|||||
Кі&tt
Аti данного корпуса, получим
A ti = Ы п Qi/Ki |
(10-19) |
4 Kt |
|
Полезная разность температур может быть приближенно распре
делена по корпусам также по формуле |
|
|
At[ = A ta |
Wt |
( 10-20) |
|
W |
|
где Wi и W — количества испаряемой воды в данном корпусе и во всей выпарной установке.
210
Расчет выпарки
Расчет выпарки является наиболее трудоемким из всех расчетов по процессам и аппаратам. Прежде всего выбирается кратность п выпаривания и подсчитывается общее количество испаряемой воды W кг/ч. Затем по характерной для данного типа выпарного аппарата
интенсивности выпаривания w кг/м2-ч определяется |
поверхность на- |
\ѵ |
выпарного обо- |
грева выпарного аппарата Fx= — ж2 и по каталогу |
|
1IW |
|
рудования выбирается стандартный выпарной аппарат с поверхностью
нагрева F. Если величина Fx получилась слишком большой, опреде-
р
ляют число выпарных установок из соотношения N = — . В даль
нейшем рассчитывают одну установку, так как все другие установки принимают аналогичными первой.
Расчет выпарки проводят в несколько ступеней. Первой ступенью является ориентировочный расчет, в котором количество испаряемой воды распределяется по корпусам приблизительно, на основании практики или поровну. После этого определяются конечные концен трации раствора по корпусам и так называемые расчетные концентра ции. Для аппаратов с циркуляцией расчетными являются конечные концентрации, а для пленочных—средние. По конечным концентра циям (для любого типа аппаратов) определяются концентрационные депрессии А' и рассчитываются (или принимаются из практических соображений) гидравлические депрессии между корпусами А'". Оп ределив общую разность температур Д^обЩ1 находят полезную раз ность А^пол = А^общ — (S А' + 2 А"') для верха аппаратов и ори ентировочно распределяют ее по корпусам пропорционально коли чествам испаряемой воды. Затем определяют температуры соковых и греющих паров и устанавливают ориентировочный режим выпари вания.
Во второй ступени расчета для каждого корпуса составляются уравнения материального и теплового балансов и уточняются коли чества испаряемой воды и расходы греющего пара, а также корректи руются конечные концентрации растворов и другие его характери стики.
В третьей ступени производится проверка работоспособности кор пусов по условиям теплопередачи отдельно для зон подогрева раствора и его кипения.
Центральным моментом расчета выпарки является установление температурного режима выпаривания и расхода пара на выпарку.
Характерная особенность расчетов выпаривания — многократное задание физических величин и их проверка и уточнение. Такой прием в расчетах называется м е т о д о м п о с л е д о в а т е л ь н ы х п р и б л и ж е н и й . Обычно правильное значение принимаемой величины устанавливается после 2—3 приближений, Ниже приводятся примеры расчетов процесса выпаривания.
Пример 1. В семикорпусной выпарке четвертый, пятый, |
шестой и седьмой |
корпуса работают по прямотоку, причем шестой и седьмой |
корпуса — парал |
8* |
211 |
лельные как по движению пара, так н по подаче щелока. 60% начального щелока подается в четвертый корпус, из которого он затем переходит в пятый, а из пя того в шестой корпус. Остальные 40% начального щелока подаются параллельно в пятый и седьмой корпуса. Общее количество начального щелока 275 000 кг/ч, его температура 85° С и концентрация 20% (после смешения свежего щелока
супаренным). Произвести предварительный расчет прямоточной части выпарки
сучетом того, что щелок после шестого и седьмого корпусов проходит через мылоотделитель (концентрация щелока должна быть 30—35%).
Ре ш е н и е . Предварительно принимаем, что в седьмой корпус будет по дано 25% свежего щелока, а в пятый направляются остальные 15%. Примем
также концентрацию щелока на выходе из шестого корпуса хв2 = 34%. В чет- вертом-шестом корпусах испаряется воды
1РГ4_ 6 = 275 000-0,75 fl ——) = 84 990 кг/ч.
Примем ориентировочно IPj : 1К8 : 4% = 1 : 1,3 : 1 (соковый пар пятого кор пуса используется в качестве греющего в шестом и седьмом корпусах). Следо вательно,
|
1К4 = Г |
84 |
990-1 = |
25 700 кг/ч; |
|
|
|
|
3,3 |
|
|
|
Wв = 84 990 — 2- 25 |
700 = |
33 590 кг/ч. |
||
Концентрация щелока на выходе из четвертого корпуса |
|||||
|
хі2 = — 275 000-0,6ПЮ----_ 2 3 j% |
||||
|
275 000-0,6 — 25 700 |
||||
где 275 000-0,6 = |
165 000 кг/ч = |
G,n |
— количество щелока на входе в четвер |
||
тый корпус; G4, = |
165 000 — 25 000 |
= |
139 300 кг/ч — количество щелока на |
||
выходе из четвертого корпуса. Свежего щелока в пятый корпус подается 15%
от |
G, поэтому |
G61 = |
G42 + |
0,15 G = 139 300 + 0,15-275 000 = |
139 300 + |
|||||
+ |
41 250 = 180 550 кг/ч. |
Концентрация щелока на входе в пятый корпус |
||||||||
|
|
хы — |
139 300-23,7 + |
41 250-20 |
= 22,9%. |
|
|
|||
|
|
|
|
180 550 |
|
|
|
|
||
На выходе из пятого корпуса концентрация щелока |
|
|
||||||||
|
|
180 550-22,9 |
|
4 115 000 |
28,1% = |
хп ; |
|
|||
|
|
180 550 — 33 590 |
|
146 960 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
С62= С61 = 146 960 кг/ч; 0 62 = |
146 960 —25 700 = |
121 260 кг/ч; |
|||||||
|
|
|
х 62 |
146 960-28, |
= 34%. |
|
|
|||
|
|
|
|
121 260 |
|
|
|
|
||
Концентрационные депрессии щелока: |
на выходах из корпусов по формуле (10-8) |
|||||||||
равны: lg Д42 = |
0,0217-23,7 — 0,287 = |
0,228, |
откуда Д42= 1,7°. |
Аналогично |
||||||
д;2= 2,1° и д;2= 2,8°. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Принятому давлению вторичного пара в шестом корпусе 0,15 ата соответст |
|||||||||
вует температура |
/ос = 53,6°. По данным практики выпаривания (см. «Справоч |
|||||||||
ник бумажника-технолога», т. |
1, М., |
1964, |
стр. 472), температурный напор в ап |
|||||||
парате должен быть |
не менее 8 — 9° С. На четвертый, пятый и шестой корпуса |
берем 2Д^=30°С и |
ориентировочно распределяем их в соответствии с соотно |
шением количеств испаряемой воды, т. е. Д/4 : Дf5 : Дt2 = 1 |
: |
1,3 : 1 (табл. 10-1). |
|
Следовательно, Дif4 = Д/6 = |
ЧО. 1 |
= |
11,8°. |
-----= 9,1° и Д/5 = 30 — 2-9,1 |
|||
|
3,3 |
|
|
212
Т а б л и ц а IО-1
Ориентировочный режим выпаривания
|
Температура |
Концентра |
Температура |
|
|
|
|
|
|
кипения |
|
Температура |
Гндрав- |
||||
|
вторичного |
ционная |
щелока |
|
греющего |
лпческая |
||
№ |
пара |
депрессия |
на выходе |
|
пара |
депрес |
||
корпуса |
he “ |
hr * |
из трубок |
'іъ = 'іс + |
А'і |
hr ~ |
he * |
сия |
|
|
на выходе |
из трубок |
|
дh |
|||
|
+ |
ДГ |
|
+ д; |
|
+ |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|||
6 |
53,6 |
2,8 |
56,4 |
9,1 |
65,5 |
1,5 |
||
5 |
67,0 |
2,1 |
69,1 |
11,8 |
80,9 |
1,5 |
||
4 |
82,4 |
1,7 |
84,1 |
9,1 |
93,2 |
— |
||
Уточним количества испаряемой воды, для чего составим и решим уравне
ния теплового баланса корпусов. Для четвертого |
корпуса |
|
|
||||
|
|
|
— G « (с42^42 — c4+ ll) + |
(U ---C42^42)i |
|
|
|
откуда определяем D.t = |
W3. Обозначения здесь |
следующие: D4 = Ws — рас |
|||||
ход греющего пара в четвертом корпусе, равный |
количеству испаряемой |
воды |
|||||
в третьем |
корпусе; г4 — его теплота преобразования; /4 — теплосодержание |
||||||
вторичного |
пара; с41 = |
4,103 — 0,0218-20 = 3,67 |
кдж!кг град |
(по формуле |
|||
9-5); с42 = |
4,103 — 5,0218-23,7 = 3,59 кджікг-град; |
г4 = 2277,3 |
кджікг’, |
і4 = |
|||
= 2648,2 кджікг. |
Следовательно, |
|
|
|
|
||
|
n |
165 000 (3,59-84,1 — 3,67-85) + 25 700 (2648,2—3,59-84,1) |
|
||||
|
|
|
0,99-2277,3 |
|
|
|
|
|
|
|
= 26 200 кг/ч, |
|
|
|
|
где 0,99 — относительные тепловые, потери. Для пятого корпуса
с61 = 4,103 —0,0218-22,9 = 3,60 кдж/кг-град;
с52 = 4,103 — 0,0218-28,1 = 3,49 кдж/кг-град;
{ __ 139 300-84,1-3,59 + 41 250-85-3,67 _
Б1~ |
139 300-3,59 + 41 250-3,67 |
_ |
|
|
г6 = 2307,7 кдж/кг |
(для /6Г = |
80,9°С); |
|
іъ= 2621 кдж/кг |
(для tsc = |
67° С). |
Следовательно, при D6 = 1F4 из уравнения теплового баланса пятого кор пуса получаем
т |
0,99-25 700-2307,7 — 180550 (3,49-69,1 -3,6-84,3) |
пп |
. |
|
\Ѵ 5 — |
" |
— — |
л У b u U |
K2j4. |
|
2621 — 3,49-69,1 |
|
|
|
Поскольку ранее было принято 1176 = 33 590 кг/ч, уточним физические ха рактеристики щелока и проведем перерасчет. Для \Ѵ5 — 29 550 кг/ч получим
*62 |
180 550-22,9 |
27,4%; |
|
180 550 — 29 550 |
|||
|
|
см = 4,103 — 0,0218-27,4 = 3,51 кдж/кг-град;
lg д '2 = 0,0217-27,4 — 0,287 = 0,308, откуда д'2 = 2°С.
213
Температура щелока на выходе из трубок /62 = 67 + 2 = 69° С. Еще раз уточним количество испаряемой воды
0,99-25 700-2307,7 — 180 550 (3,51-69 —3,6-84,3)
----------------------------------------------------------------------------------------—= 30 200 кг/ч.
2621 -3,51-69
Для дальнейших расчетов уточним физические характеристики щелока:
Х^2— 180 550-22,9 = 27,5%; 180 550 — 30 200
с52 = 4,ІОЗ — 0,0218-27,5 = 3,5 кдж/кг-град; Д52 = 2°С.
Поскольку Л'59, с52 н Д5, практически пе изменились, окончательно принимаем
\\% = |
30 200 кг/ч. Величина |
GS2 = |
180 550 — 30 200 = |
150 350 |
кг!ч = |
G01. |
||||
Данные об уточненном температурном режиме вносим в табл. 10-2. |
, |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
10-2 |
|
|
|
|
Уточненный температурный режим |
|
|
|
||||
|
|
Температура |
Температура |
Д/. |
на вы |
|
Температура |
|
||
|
|
кипения |
|
|
|
|||||
№ |
|
греющего |
на выходе |
ходе из тру |
|
вторичного |
|
|
||
|
пара |
|
бок |
Д ' |
пара |
д ш |
|
|||
корпуса |
Ur ~ Uz ~ |
из трубок |
|
|
= Ur ~~ |
<* = < * - |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
— Д '" |
+ Д’ |
|
|
~~ Uz |
|
- Д ' |
|
|
4 |
|
93,2 |
84,1 |
|
|
9,1 |
1,7 |
82,4 |
1,5 |
|
5 |
|
80,9 |
69 |
|
|
11,9 |
2,0 |
67,0 |
1,5 |
|
0 |
|
65,5 |
55,9 |
|
|
9,6 |
2,3 |
53,6 |
— |
|
7 |
|
65,5 |
55,9 |
|
|
9,6 |
2,3 |
53,6 |
— |
|
|
Для |
седьмого корпуса |
принимаем х72 = 30%. Тогда |
|
|
|
||||||||
|
с72 = |
4,103 — 0,0218-30 = |
3,45 кдж/кг-град; |
|
|
|
|
|
||||||
lgД^"2 = |
0,0217-30 —0,287 = |
0,364, |
откуда |
Д72 = 2,3°С; |
|
|
|
|||||||
|
t72 = |
53,6 + |
2,3 = |
55,9°; |
Д/72 = |
65,5 — 55,9 = |
9,6° С; |
|
|
|
|
|||
|
г- = |
2344 кдж/кг (для f7r = |
65,5°C). |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Количество испаряемой воды W7 = |
275 000-0,25 |
1 — — ) = 22 920 |
кг/ч. |
||||||||||
Из теплового баланса расход греющего пара равен |
|
|
30, |
|
||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||
|
D7= W 5 |
275 000-0,25 (3,45-55,9 — 3,67-85) + 22 920 (2596 — 3,45-55,9) |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
0,99-2344 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
= 20 200 кг/ч. |
|
|
|
|
|
|
|
Для |
шестого |
корпуса |
D&= |
Ws |
W5 — w5 = |
30 200 — 20 200 = |
|||||||
= |
10 000 кг/ч; |
г8 = |
г7; г6 = |
г7; G01 = G52 |
Coi |
C&2 и |
ini — 4г- |
|
||||||
|
С учетом самоиспарения |
ориентировочно |
примем —- = |
1,15, откуда |
11%= |
|||||||||
= |
11 500 кг/ч. |
Следовательно, |
концентрация щелока на выходе из шестого кор- |
|||||||||||
пуса |
равна |
хб2 = |
1е>П36П.97 6 : = 29,8%. |
Тогда |
св2 = |
3,45 кдж/кг-град, |
||||||||
|
|
|
|
|
150 350 — 11 500 |
|
|
|
|
|
|
|||
^62 ~~ 2,3° и |
f62 |
55,9° С. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Из |
|
уравнения теплового баланса |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
0,99-10 000-2344 — 150 350 (3,45-55,9 - -3,5-69) |
= |
12 670 кг/ч. |
|
||||||||
|
|
№„ = ■ |
|
2595-3,45-55,9 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
214
Следовательно, при втором приближении получим хв2 = - 150 350-27,5 150 350— 12670
= 30%. Поскольку концентрации совпали, не изменятся и физические характе ристики щелока. Следовательно, \Vß — 12 670 кгіч. Данные по режиму выпари вания в шестом корпусе вносим в таблицу температурного режима.
Таким образом, в прямоточной части выпарки концентрация щелока повы шается до 30%. Условие нормального мылоотделения выполняется.
Если требуется получить более высокую концентрацию щелока, нужно за даться несколько большим расходом греющего пара в четвертом корпусе (в на шем варианте он равен 26 200 кг/ч) и произвести повторный расчет количеств испаряемой воды с установлением нового температурного режима выпаривания.
Пример 2. Проверить полученный в предыдущем расчете для четвертого корпуса режим выпаривания, исходя из условий гидродинамики и теплопередачи. Принять концентрацию щелока после выпаривания в семикорпусной выпарке,- равной 58%. Средняя по выпарке предельно допустимая интенсивность выпари
вания |
15 кг/м*-ч. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р е ш е н и е . |
Общее |
количество |
испаряемой |
воды |
275 000 ^1 — |
= |
|||||||
= 180 000 кгіч. |
Поверхность корпуса *80 000 _ jyjQ |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
7-15 |
|
|
|
|
(см. рис. 10-6) |
||
Устанавливаем пленочные выпарные аппараты Розенблада |
|
||||||||||||
с поверхностью 1700 м3, |
высотой трубок 8,49 м, |
диаметром трубок 51/46 мм и |
|||||||||||
|
, |
,0, п |
т. |
|
|
|
180 000 |
15,1 |
. |
. „ |
|
||
числом трубок 1350. |
Интенсивность выпаривания |
-------- = |
|
кг/м--ч. |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
7-1700 |
|
|
|
|
|
Определим потерю давления в зоне кипения четвертого аппарата. При тол |
|||||||||||||
щине накипи б4Н = 0,15 |
мм свободный |
диаметр трубки |
d = |
|
46 — 2-0,15 = |
||||||||
= 45,7 мм. Массовая скорость |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
1Г4 = |
|
|
165 000-4 |
20,7 кг/сек-м". |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
3600-1350 -3,14- 0,04572 |
|
|
|
|
|
|
|||
w |
|
|
|
, |
25 700 |
п . „ |
|
|
|
|
|
|
|
Массовая доля пара |
Ьл = ----------= |
0,156. |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
165 000 |
по формуле (1-4) |
равна |
|
||||
Плотность щелока при 90° С и 20% |
|
||||||||||||
|
|
|
Рэо3; 20%= 965.8 + 5,42-20 = 1074,2 кг/м3. |
|
|
|
|||||||
Примем температуру начала кипения щелока в трубках равной 88° С. Плот |
|||||||||||||
ность щелока при этой температуре по формуле (1-11) равна |
|
|
|
||||||||||
|
20% |
= |
1074,2 — 0,65 (88 — 90) — 0,0025 (88 — 90)2 = |
1075,5 кг/м3. |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Аналогично: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р90°; 23,7%= |
965.8 + 5,42-23,7 = 1094,3 кг/м3] |
|
|
|
||||||
Р84.Г-, 23,7% = |
1094'3 — °-65 (S4,1 — 90) — 0,0025 (84,1 — 90)2 = |
|
1098 кг/м3. |
|
|||||||||
Средняя плотность щелока в зоне кипения |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
Рср : |
1075,5 + 1098 = 1086,8 |
кг/м3. |
|
|
|
|
|||
Для |
*4Ср = — ± — — = 21,9% и /,.Сп = —■’——— = 86,1 °С кинематическая вяз- |
||||||||||||
кость |
щелока |
2 |
0,8 |
сст |
|
2 |
|
0,87 спуаз |
|
(Волков А. |
Д., |
||
ѵ4 = |
или р4 = 0,8-1,0866 = |
|
|||||||||||
Григорьев Г. П., «Физические свойства щелоков целлюлозного производства».
М., 1970, стр. 43). Критерий Re4iK= 20,7-0,0457 _ 1035. Режим движения 0,87-10,-з
215
ламинарный. Коэффициент сопротивления |
Л = |
64 |
Для шероховатых |
|||||||||||
-----= 0,059. |
||||||||||||||
труб Яш = |
2-0,059 = 0,118. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1085 |
1 м длины трубок |
||
Потеря давления на трение на |
||||||||||||||
равна |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^Ргр |
|
|
|
|
|
20 72-1 |
|
|
|
|
|
||
|
0,118----- і---------------= 0,51 н/м2. |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
2-1086,8-0,0457 |
|
|
|
||||||
Для /4С = |
82,4° С и 64 = |
0,156 |
по рис. |
10-7 величина ср = |
65. |
Следовательно, |
||||||||
по формуле (10-10) потеря |
на |
трение |
Артр = |
65-0,51 ■ЛКІШ= |
33,1 /;КІШ, где |
|||||||||
/'кип — высота трубок в зоне |
кипения. |
|
10-8 величина ф4 = |
1,1. По формуле |
||||||||||
Для /4С = 82,4° С и ЬА= |
0,156 по рис. |
|||||||||||||
(10-11) потеря давления |
на ускорение |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Д руск = |
0,062-1,1 - 20.72 = |
29,3 н/м2. |
|
|
|||||||||
Плотность пара при 82,4° равна 0,3218 кг/м3. |
|
|
|
|
||||||||||
Плотность парожндкостной смеси на выходе из трубок равна |
|
|||||||||||||
|
Р4ПЖ— 0,156 |
, |
0,844 |
= |
2,06 кг/м3. |
|
|
|||||||
|
|
|
0,3218 |
|
1098 |
|
|
|
|
|
||||
Средняя плотность в зоне кипения |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Р = |
1075,5 — 2,06 = |
172 кг/м3. |
|
|
|||||||||
|
|
|
2,31g |
1075,5 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
2,06 |
|
|
|
|
|
|
|
По формуле (10-9) Лрст= |
9,81-172 |
/гкпп = |
1685 /ікпп н/м2. |
Общий перепад |
||||||||||
давления |
Ар = (33,1 + |
1685) |
|
/іКцп + |
29,3 = |
1718,1 /гкпп + |
29,3 н/м2. |
|||||||
Далее необходимо определить |
|
высоту ЛКШ1 |
и проверить |
соответствующую |
||||||||||
ей принятую температуру начала кипения щелока в трубках. Температуре tic =
= |
82,4° С соответствует давление р04 = 0,5343 шла. Концентрационная депрес |
|||||||||||||||
сия для х41 = |
20% |
равна |
lg Д41 = |
0,0217-20 — 0,287 = 0,027 и |
Д41 = |
1,1° С. |
||||||||||
Для температуры пара в начале зоны кипения |
(41 = |
88 — 1,1 = |
86,9° С, |
дав |
||||||||||||
ление р41 = |
0,6375 |
ата. |
Следовательно, |
Ар = |
0,6375 — 0,5343 = 0,1032 |
am. |
||||||||||
Из |
равенства |
0,1032-9,81-10 000 = |
29,3 + |
1718,1 /гкпп величина |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
Йкип —10 120 — 29,3 : 5,87 м. |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1718,1 |
|
|
|
|
|
|
|
Высоты зоны подогрева Лпод = |
8,49 — 5,87 — 0,03 = |
2,59 м, где 0,03 м — вы |
||||||||||||||
сота нерабочей |
части трубок в нижней части корпуса. |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
Проверим |
высоту зоны |
подогрева по |
уравнению теплопередачи. Средняя |
||||||||||||
температура |
щелока |
в зоне |
|
|
85 —І- 88 |
= 86,5° С, |
концентрация |
20%. |
||||||||
подогрева — —— |
||||||||||||||||
Для этих |
условий |
имеем |
рж = 1076,5 кг/м3, |
р.ж = |
0,81 |
спуаз, Яж = |
0,626 |
|||||||||
вт/м-град, |
сж= 3,67 кдж/кг-град. |
|
2 |
кг/сек-м2. |
Критерий ReÄ = |
|||||||||||
|
Массовая |
|
скорость |
щелока |
w1K — 20,7 |
|||||||||||
— |
20,7-0,0457 |
|
D |
|
|
|
|
|
.. |
п |
|
|
|
. |
||
0,81-10і-з |
|
= 1170. Режим движения ламинарный. Для определения коэф- |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пренебрегая |
||||
фициента теплоотдачи со стороны щелока выбираем формулу (8-15), |
||||||||||||||||
в |
ней величинами |
и |
|
Р.г |
0,25 |
|
Ргж = |
0,81-10 -3,67-10° |
||||||||
|
|
] |
. Критерий |
|
0,626 |
|
|
|||||||||
= |
4,75. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
216