2. Технологическая часть

В однокорпусной выпарной установке подвергается выпариванию водный раствор карбоната натрия под вакуумом. Исходный раствор карбоната натрия из промежуточной ёмкости Е1 насосами Н1 и Н2 подается в трубное пространство теплообменника Т1, где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения, затем поступает в греющую камеру выпарного аппарата АВ. Греющий пар подается в межтрубное пространство подогревателя П1, где он конденсируется на наружной поверхности труб, а образующийся конденсат стекает в нижнюю часть межтрубного пространства, откуда выходит через конденсатоотводчик КО1. Предварительный подогрев раствора повышает интенсивность кипения. Выпариваемый раствор нагревается и кипит с образованием вторичного пара. Отделение пара от жидкости происходит в сепараторе выпарного аппарата. Вторичный, т.е. удаленный из кипящего раствора, пар выходит из верхней части сепаратора и поступает в нижнюю часть барометрического конденсатора БК (движение раствора и вторичного пара осуществляется вследствие перепада давлений, создаваемого барометрическим конденсатором и вакуум-насосом ВН), куда так же через расширитель Р1 подается вода. Здесь пар и вода движутся в противоположных направлениях (пар-снизу, вода-сверху). При их непосредственном контакте происходит конденсация вторичного пара (для увеличения поверхности контакта фаз конденсатор снабжен переливными полками), образующаяся при этом смесь представляется собой горячую воду, которая по барометрической трубе БТ под действием силы тяжести выводится из выпарной установки.

Концентрационный раствор карбоната натрия подается в холодильник Х1, где охлаждается водой. Затем концентрированный раствор отводится в емкость Е2, из которого удаляется по мере необходимости.

3. Инженерные расчеты

3.1 Расчёт выпарного аппарата

3.1.1 Материальный баланс процесса выпаривания

Материальный баланс процесса выпаривания.

Уравнения материального баланса:

	(1)
	(2)

где – массовый расход начального раствора, кг/с;

–массовый расход конечного раствора, кг/с;

–массовый расход вторичного пара, кг/с;

–массовая концентрация растворенного вещества в начальном растворе, кг_ц.к./кг_р-ра;

–массовая концентрация растворенного вещества в конечном растворе, кг_ц.к./кг_р-ра.

Материальный баланс выпаривания

Таблица 1

Поток	Обозначение	Численное значение, кг/с	Содержание соли, массовые доли
Исходный раствор			0,06
Упаренный раствор			0,23
Вторичный пар	W		-

3.1.2 Расчет температурной схемы установки

, - давление и температура вторичного пара в барометрическом конденсаторе;

, - давление и температура вторичного пара в паровом пространстве сепаратора;

- температура кипения раствора в сепараторе;

, - давление и температура кипения раствора в трубках (среднее значение);

, - давление и температура греющего пара;

- температура разбавленного раствора поступающего в аппарат.

Температурный режим работы выпарной установки.

Давление в сепараторе , Па:

Температуру вторичного пара в сепараторе при давлениинайдем по таблице свойств насыщенного водяного пара в зависимости от давления[1]табл.LII:

Температуру вторичного пара в барометрическом конденсаторе найдем, приняв потерю температуры на гидравлическое сопротивление в паропроводе:

Давление вторичного пара в барометрическом конденсаторе приопределим по таблице свойств насыщенного водяного пара в зависимости от температуры [1]табл.LI:

(3)

где давление, Па;

массовая концентрация растворенного вещества, кг_ц.к./кг_р-ра;

коэффициенты, зависящие от растворенного вещества.

Таблица 2 - Значения коэффициентов для расчета теплофизических параметров раствора Na₂CO₃:

Температура кипения раствора в сепараторе при давлении ипо формуле (3),:

Давление в среднем слое кипящего в кипятильных трубах раствора , Па:

(4)

где давление в сепараторе, Па;

гидростатический эффект, Па;

плотность раствора, кг/м³;

ускорение свободного падения, м/с²;

высота уровня раствора в кипятильных трубах, м.

Оптимальная высота уровня раствора в кипятильных трубах , м:

(5)

где рабочая высота кипятильных труб, м;

плотность раствора конечной концентрации при температуре кипения, кг/м³;

плотность воды при температуре кипения, кг/м³.

Для интенсификации процесса теплоотдачи от стенки к кипящему раствору принимаем .

Плотность раствора , кг/м³:

(6)

(7)

где плотность воды, кг/м³;

коэффициенты, зависящие от растворенного вещества;

температура раствора,

массовая концентрация растворенного вещества, кг_ц.к./кг_р-ра.

В соответствии с (5)-(7) уравнение (4) примет вид:

(8)

Также можно выразить из (3):

(9)

Приравняем (8) и (9) и перенесем все в левую часть уравнения:

(10)

Приняв температуру , концентрацию раствора, рабочую высоту труб, найдем корень уранения вMathcad:

Давление в среднем слое кипящего в кипятильных трубах раствора , Па:

Па.

Находим прибавляя 25к:

+ 25 = + 25 =

По таблице свойств насыщенного водяного пара в зависимости от давления найдемгреющего пара , Па:

Зададим температуру начального раствора, поступающего в выпарной аппарат:

Таблица 3. - Температурный режим работы выпарной установки

Узловые точки технологической схемы	Температура,		Давление, Па
Барометрический конденсатор
Паровое пространство сепаратора
Выход кипящего раствора в сепаратор
Трубное пространство греющей камеры
Межтрубное пространство греющей камеры
Вход исходного раствора в аппарат