Калишук 1998

3. РЭКАМЕНДАЦЫІ ДА РАЗЛІКАЎ ВЫПАРВАЛЬНІКАЎ

Выпарванне раствораў часцей за ўсё ажыццяўляюць у вертыкальных трубчастых апаратах. Яны бываюць з натуральнай і вымушанай цыркуляцыяй раствору і плёначныя. Апараты з натуральнай цыркуляцыяй бываюць з кіпеннем у зоне нагрэву (у трубах) і з вынесенай зонай кіпення. Вымушаная цыркуляцыя раствору ўтвараецца восевымі помпамі, зона кіпення ў іх вынесеная. Плёначныя апараты бываюць з плёнкай, якая падае (сцякае ўніз) і ўзнімаецца (рухаецца па трубах уверх). Выбар тыпу выпарвальніка залежыць у першую чаргу ад уласцівасцей раствора: вязкасць, тэрмічная ўстойлівасць, схільнасць да крышталізацыі, утварэння накіпу і г.д. Рэкамендацыі да выбару тыпу выпарвальніка можна знайсці ў [1–6, 22, 24–27].

Выпарвальнік раствору (далей – выпарвальнік) з‘яўляецца па сваёй сутнасці цеплаабменным апаратам. У вертыкальных трубчастых выпарвальніках у міжтрубнай прасторы кандэнсуецца насычаная вадзяная пара, ў трубнай прасторы – кіпіць раствор. Спецыфіка выпарвальнікаў у тым, што пры кіпенні раствору мяняецца яго склад, у ім павялічваецца канцэнтрацыя рэчыва, якое растворана. Акрамя таго, тэмпература кіпення раствору tк большая за тэмпературу кіпення

чыстай вадкасці – растваральніка. Мэтай разлікаў выпарвальніка з‘яўляецца вызначэнне прадукцыйнасці апарата, тэмпературы кіпення раствору ў ім, паверхні цеплаперадачы.

Па заданню, якое выдаецца студэнту, вядомымі з‘яўляюцца прадукцыйнасць выпарвальніка па зыходнаму (выпаранаму) раствору, канцэнтрацыі зыходнага і выпаранага раствору, яго прырода, ціск у бараметрычным кандэнсатары.

Адпаведна заданню разлікі трэба рабіць у наступнай паслядоўнасці:

1)выбраць адпаведна раствору тып выпарвальніка, калі ён не

заданы;

2)выканаць матэрыяльны баланс;

3)вызначыць прыблізную паверхню цеплаперадачы выпарвальніка і адпаведна ёй падабраць выпарвальнік;

4)вызначыць тэмпературу кіпення раствору;

5)вызначыць параметры грэючай пары і велічыню карыснай розніцы тэмператур;

6)выканаць цеплавы баланс апарата;

7)для выбранага выпарвальніка разлічыць каэфіцыент цеплаперадачы;

8) удакладніць паверхню цеплаперадачы і параўнаць яе з паверхняй выбранага выпарвальніка.

Тлумачэнні да паслядоўнасці разлікаў выпарвальніка.

Да п.2. Разлікі матэрыяльнага балансу вядуць з выкарыстаннем

ніжэйпрыведзеных раўнанняў. Пры гэтым вызначаюць расход другаснай пары і расход выпаранага (зыходнага) раствору.

дзе W, Gп i Gк – расходы другаснай пары, зыходнага і выпаранага

дзе rбк – адносная цеплыня параўтварэння другаснай пары пры ціску ў кандэнсатары, Дж/кг; cп – цеплаёмістасць зыходнага раствору, Дж/(кгК); tбк – тэмпература другаснай пары ў кандэнсатары, К; tп –

тэмпература зыходнага раствора, К.

Тэмпературу tбк бяруць як тэмпературу насычанай пары пры ціску Pбк, Па. Для апаратаў з натуральнай цыркуляцыяй qп= (2...5) 104 Вт/м2 , з вымушанай – qп= (4...8) 104 Вт/м2. Выпарвальнік выбіраюць па [22, 24, 28], паверхню яго бяруць з запасам да велічыні Fп, таму што

не ўлічаны страты цяпла і тэмпература кіпення раствору, большая за tбк, а сапраўдны расход цяпла большы за Qп.

дэпрэсіі адпаведна, К.

Велічыню ′′′ прымаюць роўнай 1–2 К. Затым па велічыні тэмпературы другаснай пары ў выпарвальніку

вызначаюць ціск у ім над кіпячым растворам Pw , Па. Велічыню

гідрастатычнай дэпрэсіі вызначаюць толькі для выпарвальнікаў з натуральнай цыркуляцыяй раствору і кіпеннем яго ў трубах. Для гэтага

даведніку [29] можна вызначыць таксама цеплаёмістасць, цеплаправоднасць, вязкасць раствораў.

Па велічыні Pср вызначаюць тэмпературу кіпення чыстага

дзе ′атм – тэмпературная дэпрэсія пры атмасферным ціску, К; t – тэмпература, К; rW – адносная цеплыня параўтварэння пры тэм-

пературы t, Дж/кг.

бяруць па [20–22] для апаратаў з цыркуляцыяй па канцэнтрацыі выпаранага раствору, для плёначных – па сярэдняй канцэнтрацыі хср=(хп+хк)/2. Для апаратаў з кіпеннем раствору ў трубах t=tср, для апаратаў з вынесенай зонай кіпення t=tW.

Да п.5. Тэмпературу грэючай пары tг.п., К, прымаюць на 15–30 К большай за tк. Ціск грэючай пары прымаюць з рада ціскаў пары, які прыведзены ў раздзеле 2 дадзенай метадычнай распрацоўкі. Карысная розніца тэмператур для апаратаў з кіпеннем у трубах і плёначных

, К:

дзе tпер – тэмпература перагрэву раствору, К;

дзе w – скорасць раствору ў трубах, м/с; ρк – шчыльнасць выпаранага

раствору, кг/м3; F – паверхня выбранага выпарвальніка, м2; d – унутраны дыяметр труб, м; H – вышыня труб, м.

Для апаратаў з натуральнай цуркуляцыяй w = 0,6–0,8 м/с, з

Да п.7. Для разлікаў каэфіцыента цеплаперадачы К, Вт/(м2.К), вызначаюць каэфіцыенты цеплааддачы ад грэючай пары α1 , Вт/(м2.К) і да кіпячага раствору α2 , Вт/(м2.К). Разлікі α1 і α2 вядуць згодна з

методыкай, якая выкладзена ў папярэднім раздзеле (п.п. 6–14 парадку разлікаў цеплаабменнікаў). Каэфіцыент цеплаперадачы

дзе ∑rсум – сумарнае тэрмічнае супраціўленне сценкі трубы і забрудж-

ванняў на ёй, м2.К/Вт.

Каэфіцыент цеплааддачы α2 разлічваюць для апаратаў з

кіпеннем у трубах па формуле (4.15), з вынесенай зонай кіпення і вымушанай цыркуляцыяй – па (4.18) з улікам (4.19), плёначных – па

(4.16), (4.17), якія прыведзены ў [22].

Да п.8. Удакладненая паверхня цеплаперадачы

Разліковае значэнне F павінна быць на 10–25 % меншым за паверхню выбранага апарата.

4.РЭКАМЕНДАЦЫІ ДА РАЗЛІКАЎ АБСОРБЕРАЎ

Укурсавой рабоце студэнту неабходна выканаць разлікі насадкавага або талеркавага абсорбера, у якім вадой паглынаецца газ або пара.

Парадак разлікаў такіх абсорбераў наступны: 1) вызначаюць умовы раўнавагі працэсу; 2) выконваюць разлікі матэрыяльнага балансу;

3) вызначаюць рабочую скорасць газу і праз яе дыяметр апарата; 4) вызначаюць вышыню апарата; 5) выконваюць разлік гідраўлічнага супраціўлення; 6) вызначаюць памеры штуцэраў.

Тлумачэнні да парадку разлікаў.

Да п.1. Калі паглынаецца цяжкарастваральны газ (CO2, H2S, SO2, C2H2 i iнш.), то разлікі раўнаважных канцэнтрацый вядуць па

газу/кмоль раствору; П – ціск у абсорберы, Па; Е – канстанта растваральнасці, Па; y – канцэнтрацыя газу ў газавай сумесі, кмоль

газу/кмоль сумесі.

Велічыня E залежыць ад прыроды газу, які паглынаецца, ад прыроды паглынальніка,тэмпературы і вызначаецца па даведніках [5, 20, 21].

Калі паглынаецца лёгкарастваральны газ і пры гэтым не ўтвараецца моцна разбаўлены, блізкі да ідэальнага, раствор (напрыклад абсорбцыя NH3 ), то эксперыментальныя даныя па раўнаважным

складзе бяруць з даведачнай літаратуры.

Для абсорбцыі пары, напрыклад пары метанолу, разлікі

дзе Рн – ціск насычанай пары рэчыва, якое паглынаецца, пры тэмпературы абсорбцыі, Па.

Велічыні раўнаважных канцэнтрацый у вадкасці дастаткова разлічыць для дыяпазону змянення канцэнтрацый у газавай фазе ад нуля да велічыні, якая ў 1,2–1,5 разы перавышае пачатковую

канцэнтрацыю абсарбтыва – кампанента, які паглынаецца, yп, кмоль

газа/кмоль сумесі.

Потым для спрашчэння разлікаў матэрыяльнага балансу неабходна зрабіць пераразлік канцэнтрацый, якія ўжываліся папярэдне

– абсалютных у адносныя па формулах

дзе Y – адносная канцэнтрацыя абсарбтыва ў газавай сумесі, кмоль газу/кмоль інертнага газу; X – адносная канцэнтрацыя абсарбтыва ў растворы, кмоль газу/кмоль растваральніка.

За інертны газ лічаць другі кампанент (другія кампаненты) газавай сумесі, якія ў параўнанні з абсарбтывам амаль не паглынаюцца вадкасцю.

Па выніках разлікаў раўнавагі выконваюць у каардынатах X − Y у маштабе лінію раўнавагі.

Да п.2. Аб‘ёмны расход газавай сумесі пажадана пералічыць у малярны Gсм , кмоль/с:

дзе ϕ – ступень здабытку (з задання).

Велічыню yк пераразлічваюць у адносную канцэнтрацыю Yк ,

кмоль газу/кмоль інертнага газу.

Вызначэнне малярнага расходу абсарбтыва, які паглынаецца, M , кмоль/с:

Мінімальны малярны расход чыстага паглынальніка Lmin , кмоль/с:

дзе Xк* – раўнаважная адносная канцэнтрацыя абсарбтыва ў паглынальніку на выхадзе з апарата, кмоль газу/кмоль паглынальніка;

Xп – адносная канцэнтрацыя абсарбтыва ў паглынальніку на ўваходзе ў апарат, кмоль газу/кмоль паглынальніка.

наступных разліках з дастатковай дакладнасцю замест расходаў сумесяў – сумесі газаў і раствору – можна карыстацца расходамі інертнага газу і чыстага паглынальніка адпаведна. Па меры неабходнасці іх пераразлічваюць у аб‘ёмныя пры рабочых умовах і масавыя. У наступных разліках трэба ўважліва сачыць за адзінкамі вымярэння фізічных велічынь, расходаў ва ўжываемых формулах.

Па выніках разлікаў матэрыяльнага балансу выконваюць графік рабочай лініі, сумяшчаючы яго з графікам лініі раўнавагі на адным малюнку. Каардынаты пачатковага, калі лічыць ад увахода газу, пункта рабочай лініі – Xк, Yп, канечнага – Xп, Yк . Рабочая лінія – адрэзак

прамой, які злучае гэтыя пункты.

Калі тып апарата не зададзены, то яго выбіраюць пасля разлікаў матэрыяльнага балансу. Насадкавы абсорбер выбіраюць пры суадносінах аб‘ёмных расходаў вадкасці (абсарбента) і газавай сумесі Vв / Vг > 0,005, выкарыстанні чыстай вадкасці ў якасці абсарбента,

рабоце з агрэсіўнымі асяроддзямі, шырокім дыяпазоне змянення нагрузак па вадкасці і газу, патрабаванні нізкага гідраўлічнага супраціўлення. Талеркавыя абсорберы бяруць, калі Vв / Vг< 0,02, пры

рабоце з неагрэсіўнымі і малаагрэсіўнымі асяроддзямі і адсутнасці патрабавання малога гідраўлічнага супраціўлення. Для работы ў шырокім дыяпазоне змянення нагрузак бяруць каўпачковыя або клапанныя талеркі, для работы з забруджанымі асяроддзямі лепей браць каўпачковыя або правальныя. Сітчатыя і правальныя талеркі найпрасцейшыя і маюць найменшае гідраўлічнае супраціўленне.

колькасць тэарэтычных талерак NT і сярэднюю эфектыўнасць талеркі

ηT :

Колькасць тэарэтычных талерак вызначаюць як колькасць прамавугольных ступеняў, якія ўпісваюць паміж лініямі рабочай і раўнавагі на пабудаванай раней X − Y −дыяграме [1–6, 20–25]. Колькасць сапраўдных талерак прымаюць цотнай.

Найбольш звестак пра эфектыўнасць талерак пры абсорбцыі можна знайсці ў манаграфіі [32] (глядзі с. 648–652, мал. 11.29, 11.30). Колькасць талерак можна разлічыць таксама па методыцы, якая прыведзена ў дапаможніку [22] (глядзі с.205–208).

Вышыню насадкі H , м, у апараце звычайна вызначаюць праз вышыню адзінкі пераносу і колькасць адзінак пераносу:

дзе hoy – вышыня адзінкі па газавай фазе, м; noy – колькасць адзінак

[21]. Звяртайце ўвагу на размернасці βy , βx , якія разлічваюць па эмпі-

рычных раўнаннях. Па меры неабходнасці прыводзьце іх размернасці ў выгляд, адпавядаючы раўнанню (56). Значэнне m графічна адлюстроўваецца сярэдняй велічынёй тангенсу вугла нахілу лініі раўнавагі на X − Y −дыяграме. Для сумесяў, якія падпарадкоўваюцца закону

дзе Yср – сярэдняя рухальная сіла працэсу па газавай фазе, кмоль

газа/кмоль інертнага газу.

Калі лінія раўнавагі і рабочая прамыя (блізкія да прамых), то

дзе Yп і Yк – рухальная сіла працэсу па газавай фазе на ўваходзе яе і

выхадзе адпаведна, кмоль газу/кмоль інертнага газу.

Yп = Yп −Yп*;

дзе Yп* , Yк* – раўнаважныя адносныя канцэнтрацыі абсарбтыва ў газа-

вай сумесі на ўваходзе і выхадзе адпаведна, кмоль газу/кмоль інертнага газу.

Колькасць адзінак пераносу ў выпадках, калі абедзве лініі – раўнавагі і рабочая (або адна з іх) – крывыя, рэкамендуецца вызначаць па залежнасці [1, с.411–415, мал.Х–9]:

Велічыню інтэграла вызначаюць графічна, па велічыні плошчы крывалінейнай трапецыі, выканаўшы ў маштабе графік функцыі 1 / (Y −Y* ) =ƒ(Y) у межах ад Yк да Yп.

Агульную вышыню абсарбцыйнай калоны вызначаюць з улікам патрабаванняў [33], дабаўляючы да вышыні талеркавай часткі (насадкі) вышыню кубавай і сепарацыйнай частак, разрываў для ўстаноўкі люкаў або пераразмеркавальных талерак (насадкавыя калоны), апоры.

Да п.5. Гідраўлічнае супраціўленне талеркавага апарата

дзе Pc , Pп, Pσ – супраціўленні сухой талеркі, газавадкаснага слоя і з–за сіл паверхневага нацяжэння адпаведна, Па.

дзе ξ – каэфіцыент супраціўлення сухой талеркі, залежыць ад яе тыпу [1, 20–23, 30]; ρy – шчыльнасць газавай сумесі пры рабочых умовах,