книги / Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.-1

Определить: а) расход греющего насыщенного водяного пара (с избыточным давлением риэб = 2 кгс/см2), принимая его влаж­ ность 5%; б) количество вторичного тшра, отбираемого на обо­ грев производственных аппаратов; в) требуемую площадь по­ верхности теплообмена (подогревателя), принимая величину коэф­ фициента теплопередачи в нем К = 700 Вт/(м2-К).

5.14.Дифенил (СвНб)2 кипит под атмосферным давлением при 255 °С. Вычислить удельную теплоту испарения, а также удель­ ную теплоемкость жидкого дифенила.

5.15.48% водный раствор едкого натра кипит под давлением

760 мм рт. ст. при 140 °С, а под абсолютным давлением рабс = = 0,2 кгс/см2 — при 99 °С. Определить удельную теплоту испа­ рения воды из этого раствора при давлении 0,8 кгс/см2, а также удельную теплоемкость раствора.

5.16. Определить температуру кипения бромбензола под абсо­ лютным давлением рабс = 0,1 кгс/см2 по диаграмме линейности и по номограмме XIV. Определить также удельную теплоту испа­ рения бромбензола при этом давлении.

5.17.Определить давление насыщенного пара бензальдегида при 120 °С, пользуясь диа1раммой линейности.

5.18.Воспользовавшись правилом Бабо и табл XXXVI, определить температуру кипения 42,5% водного раствора азот­ нокислого аммония при абсолютном давлении раГс = 0,4 кгс/см2.

5.19.В вакуум-выпарной аппарат (рис. 5.1) поступает 10 т/ч

Избыточное давление греющего насыщенного водяного пара риаб — = 1 кгс/см2. Принять А/Г.эф = 6,1 К. Коэффициент теплопереда­ чи 950 Вт/(м2. К). Потери теплоты составляют 3% от суммы (QHarp + + Сиси)* Определить площадь поверхности нагрева выпарногд аппарата.

5.20. По данным предыдущей задачи определить абсолютное давление в барометрическом конденсаторе, если гидравлическая депрессия Д/г с = 1 К, а гидростатическая депрессия Д/г эф »

=6,1 К.

5.21.2200 кг/ч разбавленного водного раствора упариваются

от 7 до 24% (масс.) под атмосферным давлением. Разбавленный раствор подается в выпарной аппарат при 19 °С. Температурная

Определить требуемую поверхность теплообмена в аппарате и расход греющего пара, принимая потери теплоты в окружающую среду в размере 5% от суммы (Q„arp + Qncn) и влажность гре­ ющего пара 5%.

5.22. Как изменится производительность выпарного аппарата, работающего под атмосферным давлением, при обогреве насыщен­

ным водяным паром с избыточным давлением ризб = 1,2 кгс/см2, если в аппарате создать вакуум 0,7 кгс/см2, а обогрев перевести на пар с избыточным давлением 0,6 кгс/см2? Гидростатический эффект для среднего слоя ДрГвВф = 9,81.103 Па; в обоих слу­ чаях считать температурную депрессию 4 К; раствор поступает на выпарку подогретым до температуры кипения в аппарате. Коэффициент теплопередачи считать неизменным. Тепловыми потерями пренебречь.

5.23. В выпарном аппарате концентрируется водный раствор от 14 до 30% (масс.). Греющий насыщенный водяной пар имеет давление (абсолютное) 0,9 кгс/см2. Полезная разность темпера­

а коэффициент теплоотдачи составляет 700 Вт/(м2-К). Разбавлен­ ный раствор поступает в аппарат подогретым до температуры ки­ пения. Среднее давление в аппарате (абсолютное) 0,4 кгс/см2. Тепловыми потерями пренебречь.

5.24. Определить расход греющего насыщенного водяного пара (абсолютное давление 2 кгс/см2) и площадь поверхности нагрева выпарного аппарата, в котором производится упаривание 1.6 т/ч раствора от 10 до 40 % (масс.). Среднее давление в аппарате (абсолютное) 1 кгс/см2. Разбавленный раствор поступает на вы­ парку при 30 °С. Полезная разность температур 12 К. Гидроста­ тическая депрессия А/г. эф = 4 К. Коэффициент теплопередачи 900 Вт/(м2-К)- Тепловые потери принять равными 5 % от полезно используемого количества теплоты Q„arp + Qucп-

5.25. Раствор поташа упаривается от 8 до 36% (масс.) под вакуумом 0,2 кгс/см2. Начальное количество раствора 1500 кг/ч. Определить количество воды, подаваемой: а) в барометрический конденсатор; б) в поверхностный конденсатор, принимая темпе­ ратуру отходящего конденсата на 5 °С ниже температуры конденсации. Вода в обоих случаях нагревается от 15 до

35°С.

5.26.В выпарном аппарате производится концентрирование водного раствора от 12 до 38% (масс.) под вакуумом (в конден­ саторе) 600 мм рт. ст. (см. рис. 5.1). Расход охлаждающей воды в барометрическом конденсаторе 40 м3/ч, вода нагревается от 14 до 30 °С. Определить часовую производительность выпарного аппарата по разбавленному и концентрированному раствору. Температурной депрессией пренебречь. Атмосферное давление 747 мм рт. ст.

5.27.Вакуум в выпарном аппарате над раствором 0,7 кгс/см*.

Расход разбавленного водного раствора, поступающего на вы­ парку, 2,4 т/ч, его концентрация 12% (масс). Конечная концен­ трация 32% (масс.). В барометрический конденсатор подается 38.6 м3/ч холодной воды с температурой 12 °С. Определить тем­ пературу воды на выходе из барометрического конденсатора.

Гидравлическим сопротивлением паропровода и температурной депрессией пренебречь.

5.28. В трех корпусной выпарной батарее, работающей по прямоточной схеме (см. рис. 5.7), подвергается упариванию 1300 кг/ч водного раствора с начальной концентрацией 9% (масс.) до конечной концентрации 43% (масс.). Вычислить концентра­ ции раствора по корпусам, если известно, ч т о б каждом следующем корпусе выпаривается воды на 10% больше, чем в предыдущем.

5.29. Какое предельное число корпусов может быть в много­ корпусной выпарной установке, если избыточное давление грею­ щего насыщенного водяного пара в первом корпусе ризб = = 2,3 кгс/см2, остаточное давление в конденсаторе 147 мм рт. ст. Сумму температурных потерь во всех корпусах принять равной £ М иот = 41 К. Допустимая полезная разность температур в ка­ ждом корпусе должна быть не меньше 8 К.

5.30.В двухкорпусной установке, работающей по прямо­ точной схеме, упаривается 1000 кг/ч водного раствора азотнокис­ лого натрия. Начальная концентрация 10% (масс.), конечная после первого корпуса 15% (масс.), конечная после второго 30% (масс.). Конечная температура раствора после первого корпуса 103 °С, после второго 90 °С. Определить, сколько воды испарится во втором корпусе за счет самоиспарения и какой это составит процент от общего количества воды, испаряющейся во втором корпусе.

5.31.В двухкорпусную выпарную установку, работающую по прямоточной схеме, поступает 1000 кг/ч водиого раствора хло­ ристого магния. Начальная концентрация раствора 8% (масс.). Концентрация раствора после первого корпуса 12% (масс.). Абсолютное давление над раствором в первом корпусе 1 кгс/см2, во втором корпусе 0,3 кгс/см2. Конечная температура раствора

после первого корпуса 104 °С, после второго 77 °С. Определить, до какой конечной концентрации упаривается раствор во втором корпусе, если обогрев второго корпуса осуществляется за счет вторичного пара первого корпуса (отбора экстра-пара нет). Теп­ ловыми потерями пренебречь.

5.32. Во второй корпус двухкорпусной установки, работаю­ щей по прямоточной схеме без отбора экстра-пара, поступает из первого корпуса 500 кг/ч 16% водного раствора углекислого на­

зуется в противоточном теплообменнике для подогрева разбав­ ленного раствора, поступающего на выпарку. Пренебрегая тепло­ выми потерями и депрессией, определить: а) концентрацию раз­ бавленного раствора, подаваемого на выпарку; б) на сколько гра­ дусов будет подогрет разбавленный раствор в теплообменнике, если концентрированный раствор выходит из теплообменника с тем-

Рис. 5.5 (к контрольно задаче 5.3«i). Рис. 5.6 (к контрольной задач*4 5.34).

пературой 32 °С. Удельная теплоемкость концентрированного раствора 3,35-103 Дж/(кг-К).

5.33. В двухкорпусную выпарную установку, работающую по прямоточной схеме, поступает 1000 кг/ч водного раствора хло­ ристого кальция. Начальная концентрация раствора 8 % (хмасс.), конечная 30% (масс.). В первом корпусе абсолютное давление вторичного пара 1 кгс/сма, во втором 0,3 кгс/см2. Конечная тем­ пература раствора после первого корпуса 104 °С, после второго 78 °С. В первом корпусе образуется 400 кг/ч вторичного пара. Часть этого пара (рис. 5.5) отбирается на сторону (экстра-пар). Пренебрегая тепловыми потерями, определить, какое количество экстра-пара отбирается.

5.34. В однокорпусный выпарной аппарат (рис. 5.6), работаю­ щий с тепловым насосом (сжатие вторичного пара в турбокомпрес­ соре), поступает разбавленный водный раствор с концентрацией 5% (масс.). Из аппарата выходит 550 кг/ч раствора с концентра­ цией 15% (масс ) Температурная депрессия 2,5 К. Гидростатиче­ ским эффектом и гидравлическим сопротивлением пренебречь. Турбокомпрессор сжимает вторичный пар от 1 до 2 кгс/см2. Теп­

к.п. д. его равен 0,72.

5.35.До какой температуры надо охладить горячий 40% вод­ ный раствор калиевой селитры, чтобы после охлаждения и вы­ падения кристаллов концентрация маточного раствора стала вдвое

меньше исходной?

5.36. Сколько килограммов кристаллов выделится при охла­ ждении от 30 до 15 °С 4,2 т раствора соды, содержащего 2,5 моль

Следовательно, количество выпариваемой воды:

В I корпусе V i = збоо ( l ^ M + 1,2) “ 0>295 КГ/°

Во 11 = °-324кг/0

3.Расчет концентраций раствора по корпусам.

Начальная концентрация раствора хиач = 12%. Из I корпуса во II пере­ ходит раствора:

Концентрация раствора, конечная для I корпуса и начальная для II, будет равна:

Из II корпуса в III переходит раствора

G%= Gfla4 — = 1,39 — 0,295 — 0,324 = 0,77 кг/0

с концентрацией

х2= 1,39.12/0,77 = 21,6%.

Из III корпуса выходит раствора

J K O B — ^ н а ч ' ■№ = 1,39 — 0,97 = 0,42 кг/о

с концентрацией

*кон= 1,39-12/0,42=40%,

что соответствует заданию.

4.Распределение перепада давлений по корпусам.

Разность между давлением греющего пара (в I корпусе) и давлением пара в барометрическом конденсаторе:

Ар = 4,0 — 0,2 = 3,8 кгс/см2.

Предварительно распределим этот перепад давлений между корпусами поровну, т. е. на каждый корпус примем:

Ар = 3,8/3 = 1,27 кгс/см2.

Toiда абсолютные давления по корпусам будут:

ВIII корпусе р8 =з 0,2 кгс/см2 (задано)

Давление греющего пара:

р = 2,74 + 1,27 » 4 кгс/см2.

По паровым таблицам находим температуры насыщенных паров воды и удель­ ные теплоты парообразования для принятых давлений в корпусах:

Эти температуры и будут температурами конденсации вторичных паров по корпусам.

5. Расчет температурных потерь по корпусам.

От депрессии

В справочных таблицах (например, табл. XXXVI) находим температуры кипения растворов при атмосферном давлении:

Эти значения плотностей примем (с небольшим запасом) и для температур

*Справочник химика. 2-е изд., пер. и доп. Т. Ш . — М.—Л,: Химия, 1965,

с.£44.

От гидравлических сопротивлений

Потерю разности температур на каждом интервале между корпусами при­ нимаем в 1 К. Интервалов всего три (I—II, И—III, III — конденсатор}, следо­ вательно,

Л/г. с = 1 - 3= 3 к.

Сумма всех температурных потерь для установки в целом:

2] М аот » 12 + 18,09 + 3 = 33,09 К.

6. Полезная разность температур.

Общая разность температур 143 — 59,7 = 83,3 °С = 83,3 К; следовательно, полезная разность температур:

ристики растворов (плотность, теплопроводность, теплоемкость, вязкость). Далее задаемся диаметром труб и их длиной (в зависимости от типа выпарного аппарата).

По этим данным рассчитываем коэффициенты теплоотдачи для конденси­ рующегося пара и кипящего раствора и коэффициенты теплопередачи (примеры таких расчетов даны в гл. 4). При эгом следует учесть слой накипи порядка

Ориентировочное соотношение коэффициентов теплопередачи по корпусам при выпаривании водных растворов солен /Ci : /Са : /С3 = I : 0,58 : 0,34.

9. Составление тепловых балансов по корпусам.

Для упрощения приближенного расчета составляем тепловые балансы без (учета тепловых потерь и принимаем, что из каждого корпуса в последующий раствор поступает при средней температуре кипения.

По условию раствор подается на выпарку подогретым до температуры ки­ пения в I корпусе.