4.2 Температурный режим работы выпарной установки

Переведем давление: 0,2 атм = 0,02 МПа

Найдем абсолютное давление греющего пара:

𝑃гр.п = 𝑃атм + 𝑃изб

(3)

𝑃_гр.п – абсолютное давление греющего пара, Па;

𝑃_атм – атмосферное давление, Па;

𝑃_изб – избыточное давление греющего пара, Па.

𝑃_гр.п = 1 ∙ 105 + 0,2 ∙ 105 = 1,2 ∙ 105 Па

Температура конденсации греющего пара: 𝑡_гр.п = 104,2 0С.

Температура кипения раствора на среднем уровне кипятильных труб:

Δ𝑡пол = 𝑡гр.п − 𝑡кип

(4)

Для аппаратов с естественной циркуляцией раствора рекомендуется: Δ𝑡_пол = 15−30 К. При дальнейшем увеличении полезной разности температур интенсивность процесса теплопередачи может резко снизиться, из-за возникновения кризиса кипения раствора в кипятильных трубах. Принимаем Δ𝑡_пол= 20К. Тогда:

𝑡_кип = 𝑡_гр.п − Δ𝑡_пол = 104,2 − 20 = 84,2 ⁰С

Давление в среднем слое кипящего в кипятильных трубах раствора 𝑃_ср, соответствующее 𝑡_кип:

	(5)
	(6)

где

a и b – численные коэффициенты, зависящие от растворенного вещества (8, таблица А.5);

x – конечная концентрация раствора.

Для водного раствора K₂CO₃ а= -1,3, b= - 0,137. Тогда:

По (А.1) и (А.2) плотность воды и плотность раствора конечной концентрации при температуре 𝑡_кип:

ρ₀ = 1000 − 0,062 ∙ 𝑡 − 0,00355 ∙ 𝑡² = 1000 − 0,062 ∙ 84,2 − 0,00355 ∙ 84,2² = 970 кг/м³

где

a0, a1, a2 – численные коэффициенты, зависящие от растворенного вещества (8, Таблица А.1).

Тогда, давление в сепараторе 𝑃₁ определим по формуле:

(7)

Для интенсификации процесса теплоотдачи от стенки к кипящему раствору примем Н_ур. равной Н_опт.

Оптимальная высота раствора в трубах рассчитывается по формуле:

(8)

где Н_тр – рабочая высота труб, м

примем Н_тр = 5 м

ρ и ρ₀ – плотность раствора конечной концентрации и воды при температуре кипения, кг/м³

Н_опт = 5∙[0,26+0,0014∙(1051 – 970)] = 1,87 м

Тогда:

𝑃₁=0,55∙105−0,5∙1051∙9,81∙1,87 = 0,45∙105 Па

По соотношению (А.9) при давлении Р₁ и конечной концентрации раствора вычислим температуру кипения раствора в сепараторе:

Найдем температуру вторичного пара в сепараторе выпарного аппарата при давлении Р1. В соответствии с [8, таблица Б.1]: t1=78,2 ⁰С. Температура вторичного пара в барометрическом конденсаторе t0 отличается от температуры вторичного пара в сепараторе выпарного аппарата t1 на величину гидравлической депрессии Δt_г.с., обусловленной гидравлическим сопротивлением в паропроводе на участке сепаратор – барометрический конденсатор. Примем 𝑡_г.с = 1 ⁰С. Следовательно:

𝑡₀ = 78,2 − 1 = 77,2 ⁰С

Определим давление вторичного пара в барометрическом конденсаторе при температуре t₀. В соответствии с (8, таблица Б.2): P₀=0,437 кгс/см²= 0,44 ∙ 10⁵ Па.

Для снижения тепловой нагрузки и обеспечения устойчивой работы выпарного аппарата в непрерывном режиме разбавленный раствор должен подаваться в аппарат при температуре, близкой к температуре кипения. Выберем t_н=80 ⁰С. Полученные результаты сведем в таблицу 1.

Таблица 1 – Температурный режим работы выпарной установки

Узловые точки технологической схемы	Температура, 0С		Давление, Па
Барометрический конденсатор	𝑡0	77,2	𝑃0	0,44 ∙ 105
Паровое пространство сепаратора	𝑡1	78,2	𝑃1	0,45 ∙ 105
Выход кипящего раствора в сепаратор	𝑡кон	82,4	𝑃1	0,45 ∙ 105
Трубное пространство греющей камеры	𝑡кип	84,2	𝑃ср	0,55 ∙ 105
Межтрубное пространство греющей камеры	𝑡гр.п	104,2	𝑃гр.п	1,2 ∙ 105
Вход исходного раствора в аппарат	𝑡н	80		