244

УДК 66.02 (076.1)

Для заметок

ББК 35.114

Рецензент: доктор технических наук, профессор И. М. Ага-

янц, МИТХТ имени М. В. Ломоносова.

Тепловой расчёт двухкорпусных прямоточных выпарных

установок с равными поверхностями нагрева: Методическое по-

собие / П. Г. Алексеев, М. К. Захаров, А. Л. Таран. – М.: ИПЦ

МИТХТ им. М. В. Ломоносова, 2007. – 40 с.: ил.

Компьютерная вёрстка: Р. А. Жаков.

Данное методическое пособие является дополнением к

учебнику «Общий курс процессов и аппаратов химической тех-

нологии», выпущенного кафедрой ПАХТ в 2х томах, и являю-

щегося основой лекционного материала для студентов 3го курса

дневного отделения бакалавриата всех направлений и студентов

4го курса вечернего отделения. Оно обеспечивает самостоятель-

ную подготовку к семинарским занятиям и курсовому проекти-

рованию по разделу «Выпаривание растворов».

В пособии приведён расчёт двухкорпусной выпарной уста-

новки, как правило, состоящей из подогревателя исходного рас-

твора, узла концентрирования раствора и барометрического

конденсатора смешения. В конце пособия приведены приложе-

ния, содержащие необходимые при расчёте табличные данные.

Завершает пособие библиографический список литературы, ре-

комендуемой студентам для самостоятельного изучения.

Пособие соответствует программе дисциплины «Процессы

и аппараты химической технологии», разработанной на основа-

нии рекомендаций государственных образовательных стандар-

тов, и утверждено библиотечно-издательской комиссией

МИТХТ имени М. В. Ломоносова в качестве методического по-

собия.

- 2 -

- 39 -

чаться в большую или меньшую сторону, и для их нахождения

4.4. Теплоёмкость (CP, кДж/(кг×К)).

требуются перерасчёты.

Целью теплотехнического расчёта выпарной установки яв-

Раствор

Конц.

Температура, °С

ляется определение поверхностей теплообмена подогревателя

масс. %

20

40

60

80

100

TКИП

и корпусов ВУ и их основных размеров, а также выявление

5

3,98

3,93

3,90

3,84

3,80

3,79

режимных характеристик процесса выпаривания (температу-

NaCl

10

3,85

3,81

3,76

3,71

3,65

3,65

ры, давления, концентрации и прочих).

20

3,36

3,33

3,31

3,28

3,23

3,20

Процесс выпаривания

является весьма энергоёмким, по-

5

4,03

3,94

3,94

3,99

4,06

4,02

скольку 1 кг. греющего

пара удаляет из раствора около

NaNO3

10

3,88

3,80

3,80

3,85

3,92

3,86

0,8 – 0,9 кг вторичного пара. С целью экономии энергии приме-

20

3,58

3,52

3,52

3,57

3,63

3,64

няют ряд инженерных решений [1 – 3], среди которых есть ис-

30

3,30

3,25

3,25

3,30

3,35

3,29

пользование многокорпусных ВУ, где в качестве греющего пара

5

3,63

3,67

3,74

3,91

4,18

4,20

применяется вторичный пар в последующих корпусах (кроме

Na2SO4

10

3,53

5,55

3,56

3,76

3,17

4,18

первого).

20

3,41

3,44

3,46

3,64

3,65

4,10

1.2. Задание на расчёт 2х-корпусной ВУ.

5

3,97

3,94

3,93

3,96

3,98

3,98

CaCl2

10

3,78

3,75

3,76

3,78

3,78

3,78

Выполнить теплотехнический расчёт прямоточной выпар-

15

3,60

3,57

3,56

3,58

3,58

3,60

5

3,94

3,90

3,88

3,92

3,93

3,94

ной установки непрерывного действия с предварительным по-

MgCl2

10

3,70

3,66

3,65

3,68

3,69

3,70

догревом исходного раствора в вертикальном кожухотрубчатом

15

3,48

3,45

3,42

3,44

3,45

3,48

теплообменном аппарате (ТА) и с созданием вакуума в конден-

5

3,92

3,83

3,81

3,80

3,76

3,76

саторе смешения, а также определить расходы греющего пара и

CuSO4

10

3,68

3,63

3,58

3,58

3,56

3,55

охлаждающей воды.

15

3,45

3,41

3,37

3,36

3,33

3,33

Исходные данные:

5

4,02

3,93

3,98

4,01

4,03

4,03

ü Выпариваемый раствор: водный раствор сульфата аммония

KNO3

10

3,86

3,81

3,81

3,83

3,89

3,90

((NH4)2SO4);

15

3,70

3,68

3,67

3,72

3,74

3,74

ü Производительность ВУ: S0 = 17 т/ч = 4,72 кг/с;

K2Cr2O7

5

4,02

3,98

3,98

4,01

4,04

4,05

ü Количество корпусов: 2;

10

3,86

3,22

3,22

3,85

3,88

3,89

5

4,03

4,00

3,99

4,01

4,04

4,04

ü Концентрация растворённого вещества:

o начальная: а0 = 14 % масс.;

10

3,88

3,85

3,85

3,86

3,89

3,90

20

3,55

3,53

3,53

3,55

3,57

3,58

o конечная: аК = а2 = 45 % масс.;

NaOH

30

3,27

3,26

3,26

3,27

3,28

3,29

ü Температура раствора:

40

3,03

3,01

3,01

3,02

3,03

3,06

o на входе в подогреватель: tН = 15 °С;

50

2,05

2,83

2,83

3,84

3,84

3,90

o на входе в I корпус: t0 t1 °С (как правило, соответствует

температуре кипения раствора в I корпусе, либо прини-

мается меньше температуры греющего пара на 25 – 35

°С);

- 6 -

- 35 -

странство подогревателя (П) (см. рис. 1), где он за счёт теплоты

4.3. Вязкость (ν × 106 м2/с).

конденсации греющего пара PГ = 3,43 × 105 Па, подаваемого в

межтрубное пространство, нагревается до температуры, близ-

Раствор

Конц.

Температура, °С

кой к температуре кипения раствора в I корпусе. Подогретый

масс. %

20

40

60

80

100

TКИП

раствор поступает в I корпус, обогреваемый греющим паром.

5

1,034

0,693

0,501

0,396

0,321

0,319

Раствор в трубах, кипит при температуре t1, и в виде смеси

NaCl

10

1,099

0,734

0,542

0,433

0,344

0,339

(пар + жидкость) поступает в сепарационное пространство, где

20

1,356

0,902

0,659

0,611

0,418

0,393

происходит её разделение на вторичный пар с параметрами W1;

5

0,998

0,664

0,493

0,385

0,309

0,308

θ1; h1 и упаренный раствор с параметрами S1; t1; a1, которые вы-

NaNO3

10

1,004

0,680

0,516

0,404

0,534

0,332

водятся из корпуса.

20

1,033

0,760

0,554

0,429

0,342

0,333

30

1,085

0,882

0,659

0,506

0,402

0,380

Упаренный раствор из I корпуса передавливается во II кор-

5

1,120

0,734

0,538

0,411

0,338

0,338

пус. Во втором корпусе происходит его дальнейшее упаривание

Na2SO4

10

1,264

0,832

0,606

0,465

0,386

0,382

до заданной конечной концентрации aК = a2 за счёт теплоты, от-

20

1,907

1,177

0,834

0,621

0,497

0,489

даваемой при конденсации вторичного пара, поступающего из I

5

1,058

0,707

0,514

0,398

0,325

0,322

корпуса. Часть вторичного пара из I корпуса в виде экстра-пара

CaCl2

10

1,171

0,783

0,577

0,452

0,370

0,365

E идёт на производственные нужды. Циркуляция раствора в ап-

15

1,337

0,915

0,680

0,554

0,440

0,428

парате может быть естественной или принудительной. Ниже

5

1,136

0,710

0,494

0,369

0,301

0,288

приведён расчёт ВУ при естественной циркуляции раствора.

MgCl2

10

1,386

0,870

0,608

0,453

0,357

0,348

Вторичный пар из II корпуса с параметрами W2; h2; θ2 по-

15

1,751

1,093

0,750

0,554

0,432

0,413

ступает в барометрический конденсатор смешения [3], где он,

5

0,96

0,66

0,50

0,39

0,31

0,31

контактируя с водой, конденсируется,

значительно уменьшая

10

1,02

0,70

0,53

0,41

0,32

0,32

свой объем, в результате чего образуется вакуум.

Ca(NO3)2

20

1,30

0,86

0,62

0,48

0,38

0,37

1.5. Справочные данные греющего пара

30

1,90

1,20

0,82

0,62

0,48

0,46

40

3,04

1,86

1,27

0,93

0,83

0,69

и исходного раствора.

50

5,93

3,46

2,25

1,61

1,22

1,07

По давлению греющего пара находим [2, 4]:

5

1,062

0,708

0,517

0,40

0,325

0,320

ü температура греющего пара: TГ = 138 °С;

10

1,142

0,769

0,564

0,439

0,360

0,350

ü энтальпия пара: hП = 2737 кДж/кг;

KOH

20

1,368

0,934

0,693

0,546

0,447

0,426

30

1,838

1,228

0,900

0,696

0,564

0,510

ü энтальпия конденсата: hК = 580 кДж/кг;

40

2,913

1,835

1,277

0,954

0,749

0,645

ü теплота парообразования: r = 2156 кДж/кг;

50

5,706

3,232

2,081

1,450

1,083

0,850

ü теплопроводность конденсата: λ = 0,68 Вт/(м×К);

5

1,163

0,753

0,535

0,408

0,326

0,326

ü плотность конденсата: ρК = 925 кг/м3;

CuSO4

ü вязкость конденсата: μК = 0,195 × 10

–3

Па×с.

10

1,345

0,872

0,621

0,474

0,379

0,377

15

1,575

0,983

0,680

0,507

0,397

0,395

K2Cr2O7

5

0,954

0,659

0,493

0,391

0,322

0,321

10

0,979

0,674

0,499

0,396

0,326

0,323

- 8 -

- 33 -