Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
metod_ukaz_teploob_ap.doc
Скачиваний:
144
Добавлен:
03.03.2016
Размер:
1.86 Mб
Скачать

2.3. Расчет выпарных аппаратов

Расчет однокорпусной выпарной установки производится в такой после­довательности.

Количество выпариваемой из раствора воды определяется из уравнения материального баланса

где G1 - количество исходного раствора, кг/с;

x1 и x2 - начальная и конечная концентрации раствора, массовые доли.

Расход тепла на выпаривание Q находят из теплового баланса установки

Q=G1(c2t2 –c1t1)+W(I2–cвt2)+Qдег+Qпот ,

где с1 и с2 – удельные теплоемкости поступающего и упаренного растворов, Дж/(кг·град);

t1 и t2 – температуры этих растворов, град;

I2 – энтальпия вторичного пара, Дж/кг;

св – теплоемкость воды, Дж/(кг·град);

Qдег. – теплота дегидратации, то есть расход тепла на повышение концентрации раствора, Вт. Обычно она невелика и часто в расчетах не учитывается;

Qпот. – теплота, теряемая аппаратом в о кружащую среду, Вт.

Она равна (5–8) % от тепла, пошедшего на выпаривание влаги.

Расход греющего пара

где I1 – энтальпия греющего пара, Дж/кг;

Iк– энтальпия конденсата, Дж/кг.

Поверхность теплопередачи в выпарном аппарате

где K – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·град);

Δtпол.– средняя полезная разность температур, град.

где Δtобщ. – разность между температурами конденсации греющего и вторичного пара, град;

ΣΔtпот. – сумма температурных потерь, град.

Общая разность температур равна Δtобщ. = tг.п.tв.п.

где tг.п. - температура конденсации греющего пара, град;

tв.п. - температура конденсации вторичного пара, соответствую­щая давлению в барометрическом конденсаторе, град.

Сумма температурных потерь складывается из трех величин

где Δ' – температурная депрессия, равная разности между температу­рами кипения раствора и чистого растворителя при одинаковом дав­лении; температурная депрессия зависит от природы растворенного вещества и растворителя, концентрации раствора и давления. Значения Δ', полученные опытным путем, приводятся в справоч­ной литературе. Они могут быть также рассчитаны по эмпирическим формулам,

Δ'' – гидростатическая депрессия, то есть повышение температуры ки­пения раствора внизу кипятильных труб вследствие гидростатического давления столба жидкости. Значение Δ'' не может быть точно рас­считано, поскольку неизвестно распределение плотности парожидкост­ной эмульсии по высоте кипятильных труб. Для вертикальных аппаратов с циркуляцией выпариваемого раствора величина Δ'' может быть принята в пределах 1–3°С;

Δ''' – гидравлическая депрессия, равная снижению температуры насыще­ния вторичного пара вследствие потерь давления при движении его через сепарационное пространство и паропроводы. Повышение темпера­туры кипения раствора, обусловленное гидравлической депрессией, обычно колеблется в пределах 0,5–1,5°С.

Коэффициент теплопередачи К рассчитывается по приведенной выше методике.

Расчет многокорпусной выпарной установки существенно усложняется ввиду необходимости решения ряда дополнительных вопросов:

1) определения количества растворителя, выпариваемого в каждом корпусе;

2) определения расхода греющего пара по корпусам с учетом отбора экстра-пара;

3) распределения полезной разности температур по корпусам.

Расчет установки заключается в решении системы уравнений материаль­ного и теплового балансов, а также уравнений теплопередачи. Так как число неизвестных величин больше числа уравнений, то расчет ведется методом последовательных приближений.

При этом задаются значениями каких-либо величин (чаще всего распре­делением количества выпариваемого растворителя по корпусам), и после выполнения расчетов проверяют эти величины. Если расхождения превыша­ют 3–5 %, задаются новыми значениями величин для последующего прибли­жения. Обычно пересчитывать приходится не более двух - трех раз.

Порядок расчета многокорпусной выпарной установки следующий.

Вначале определяется общее количество выпариваемого растворителя из общего уравнения материального баланса

Затем это количество распределяется по корпусам. При отсутствии отбора экстра-пара выпариваемый растворитель распределяют или поровну, или на основании практических данных в отношении:

W1 : W2 : W3 = 1 : 1,1 : 1,2

В случае отбора экстра-пара нужно из общего количества выпарива­емого растворителя вычесть количество отбираемого экстра-пара, рас­пределить остаток по корпусам в указанном ранее порядке, а затем к полученным величинам прибавить количества экстра-пара по корпусам.

Зная количества выпариваемого в каждом корпусе растворителя, мож­но определить количества и концентрации растворов, переходящих из аппарата в аппарат, на основе составления материальных балансов отдельных аппаратов. Затем необходимо произвести распределение давлений между корпусами. Чаще всего предварительно распределяют перепад дав­лений между греющим паром и вторичным паром в барометрическом конден­саторе поровну между аппаратами, т.е. на каждый корпус приходится величина падения давления

где Pг.п – давление греющего пара;

Pв.п – давление вторичного пара в барометрическом конденсаторе;

n - число корпусов.

Это позволяет определить абсолютные давления пара в каждом аппара­те, а по ним температуры насыщенных паров, теплоты парообразования, энтальпию и т.д.

Суммарная полезная разность температур (для всех корпусов вместе) определяется, как и в случае однокорпусной выпарки, по разности между общей разностью температур и суммой температурных потерь во всех корпусах:

ΣΔtпол.= ΣΔtобщ.ΣΔtпот.,

ΣΔtобщ.= tг.п.tв.п.,

где tг.п.– температура конденсации вторичного пара в барометрическом конденсаторе;

tв.п. – температура греющего пара в первом аппарате.

Для каждого из аппаратов определяется температурная, гидростатическая и гидравлическая депрессии, сумма которых вычитается из общей разности температур.

После нахождения ΣΔtпол. её нужно распределить между корпусами.

Здесь могут быть два варианта:

1) если необходимо, чтобы поверхности нагрева во всех корпусах были равны, суммарная полезная разность температур распределяется по следующему закону:

где – полезная разность температур в j-м корпусе;

–отношение тепловой нагрузки к коэффициенту теплопередачи в этом корпусе.

2) если необходимо общую поверхность нагрева корпусов свести к минимуму, то закон распределения суммарной полезной разности температур будет иной:

После распределения полезной разности температур уточняются температуры и давления по корпусам и если расхождение с принятыми ранее пре­вышают допустимые, то необходимо скорректировать распределение давлений по корпусам и повторять расчет.

Тепловую нагрузку по каждому корпусу определяют из уравнения

Qi=wiIв.п.+Gкcкtк–Gнcнtн+Qпот. ,

где Wi – количество выпариваемого растворителя в j-м корпусе, кг/с;

Iв.п - энтальпия вторичного пара в этом корпусе;

Gн и Gк – количество исходного и упаренного раствора в данном кор­пусе, кг/с;

tн и tк – температуры исходного и упаренного растворов, град.

Зная Qi для каждого корпуса, можно найти расход греющего пара для каждого из корпусов

где r – удельная теплота конденсации греющего пара, Дж/кг.

Так как греющим паром для всех корпусов, кроме первого, является вторичный пар предыдущего корпуса, то Di для данного корпуса должно равняться Wi-1 для предыдущего. Расхождения не должны превышать 2–3 %. В противном случае нужно перераспределить нагрузку по корпусам, найти новые значения W и повторить рас­четы.

Коэффициенты теплопередачи в каждом корпусе определяются по из­вестной методике.

Затем определяются поверхности нагрева каждого корпуса:

По каталогу или нормалям подбирают подходящие выпарные аппараты.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]