2.2. Теплофизические свойства раствора, водяного пара и его конденсата.

Для теплотехнических расчетов аппаратов требуется знание следующих физико-химических характеристик веществ:

Температура кипения раствора при нормальном (атмосферном) давлении в зависимости от концентрации растворенного вещества;
Теплоемкость, кинематическая вязкость и теплопроводность раствора в зависимости от температуры и концентрации растворенного вещества;
Температура водяного пара на линии насыщения в зависимости от давления;
Энтальпия водяного пара на линии насыщения в зависимости от температуры (давления);
Теплопроводность, плотность, вязкость, теплота парообразования воды на линии насыщения в зависимости от давления;

Греющий пар (Р_гр = 3,99 кгс/см², [2, с. 548]:

Температура греющего пара Т_гр = 142,7 ^оС;
Энтальпия пара h_п = 2743,9 кДж/кг;
Теплота парообразования r = 2137 кДж/кг;

Конденсат греющего пара при Т_гр = 142,7 ^оС [4, с.26]:

Энтальпия конденсата i_к = 598 кДж/кг;
Теплопроводность конденсата λ_к = 0,685 Вт/(м*К);
Плотность конденсата ρ_к = 923,6 кг/м³;
Динамическая вязкость конденсата μ_к = 0,0001972 Па*с;

Раствор нитрата калия, при конц. 22% масс. [3, с.14-24]:

Температура кипения при нормальном давлении t = 101,89 ^oC
Средняя температура раствора ^oC
Плотность ρ_р = 1042 кг/м³;
Кинематическая вязкость ν_р = 0,318 ∙ 10^-6 м²/с;
Теплоемкость с_р = 3,52 кДж/(кг*К)
Теплопроводность λ_р = 0,681 Вт/(м*К);

2.3. Выбор типа выпарного аппарата

Для выпаривания раствора нитрата калия нами выбирается: выпарной аппарат с вынесенной греющей камерой, количество корпусов – 2.

По классификации [5, стр. 183] – Выпарной аппарат с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой (тип 1, исполнение 2).

2.4. Конструкционный материал выпарных аппаратов

Выбираем конструкционный материал, стойкий к среде кипящего раствора нитрата калия:

Сталь марки 08X22H6T;
Теплопроводность стали λ_ст = 17,2 Вт/(м*К);
Толщина стенки =0,002 м

2.5. Технологическая схема выпарной установки.

Исходные данные

Количество корпусов: 2;

Выпариваемый раствор: водный раствор нитрата калия;

Производительность по исходному раствору: S₀ = 14000 кг/ч = 4,44 кг/с;

Концентрация раствора:

начальная: а₀ = 0,15 масс.%.;

конечная: а₂ = 0,40 масс.%.;

Температура раствора на входе в 1-ый корпус t₀ = 85 °С;

Давление во втором корпусе:

Р₂= 760 - 660 = 100 мм рт.ст. = 13,33 кПа = 0,1333 бар=0,1359 кгс/см² ;

Отбор экстра-пара из 1 корпуса: Е₁ = 200 кг/ч = 0,0556 кг/с;

Давление греющего пара Р_гр=4 ата =3,92бар= 0,392 МПа = 3,99 кгс/см²;

Начальная температура оборотной воды = 16 °С

Описание технологической схемы выпарной установки

Водный раствор нитрата калия; с параметрами S₀ = 14000 кг/ч, а₀ = 15% масс., поступает в трубное пространство подогревателя (П), где он за счет теплоты конденсации греющего пара Ргр = 0,392 Мпа, подаваемого в межтрубное пространство, нагревается до температуры, близкой к температуре кипения раствора в I корпусе (t₀ = 85°C). Подогретый раствор поступает в I корпус (1), обогреваемый греющим паром. Раствор в трубах кипит при температуре t₁ и в виде смеси (пар + жидкость) поступает в сепарационное пространство, где происходит ее разделение на вторичный пар с параметрами W₁, θ₁, h₁, и упаренный раствор с параметрами S₁, t₁, a₁ которые выводятся из корпуса.

Упаренный раствор из I корпуса подается во II корпус (2). Во втором корпусе происходит его дальнейшее упаривание до заданной конечной концентрации а₂ за счет теплоты, отдаваемой при конденсации вторичного пара, поступающего из I корпуса. Часть вторичного пара из I корпуса в виде экстра-пара Е идет на производственные нужды. Циркуляция раствора в аппарате может быть естественной или принудительной. Ниже приведен расчет ВУ при естественной циркуляции раствора. Вторичный пар из II корпуса с параметрами W₂, θ₂, h₂ поступает в барометрический конденсатор смешения (3), где он, контактируя с водой, конденсируется, значительно уменьшая свой объем, в результате чего образуется вакуум.