2 Описание выпарного аппарата

Более высокие кратности циркуляции, соответствующие скоростям движения парожидкостной смеси более 2—2,5 м/с, достигаются в выпарных аппаратах с принудительной циркуляцией (рис.2). Повышение кратности циркуляции обеспечивается установкой в циркуляционной трубе осевых насосов, обладающих высокой производительностью. В связи с более высокими скоростями^движения жидкости в этих аппаратах достаточно высоки коэффициенты теплопередачи, поэтому такие аппараты могут эффективно работать при меньших полезных разностях температур (равных 3—5 °С). В аппаратах с принудительной циркуляцией можно с успехом концентрировать высоковязкие или кристаллизующиеся растворы. Роль зоны вскипания выполняет труба , соединяющая нагревательную камеру и сепаратор. Достоинством выпарного аппарата с соосными греющей камерой и сепаратором (рисунок 2)является меньшая производственная площадь, необходимая для его размещения.

Рисунок 2 Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией и сосной греющей камерой

1. греющая камера; 2- сепаратор; 3- циркуляционная труба; 4- электронасосный агрегат

К общим недостаткам выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией следует отнести повышенный расход энергии, связанный с необходимостью работы циркуляционного насоса.

Все рассмотренные выше конструкции аппаратов по структуре движения в них жидкости близки к моделям идеального перемешивания, поэтому при сравнительно большом объеме циркулирующего раствора последний находится при повышенных температурах достаточно длительное время (а отдельные частицы жидкости - бесконечно долго). Это существенно затрудняет выпаривание нетермостойких растворов. Для таких растворов можно использовать пленочные выпарные аппараты.

` 3 Расчет выпарного аппарата

1. Расчет материального баланса

Для определения тепловых нагрузок Q, коэффициентов теплопередачи К и полезной разности температур Δt_пол необходимо знать распределение упариваемой воды, концентраций растворов и их температур кипения.

Производительность установки по выпариваемой воде определяют из уравнения материального баланса [2]:

W=G_n∙(1-х_н/х_к); (3.1)

G_n= G_n/3600= 15000/3600 =4,17 кг/с.

W= 4,17 ∙(1-10/20) =2,085 кг/с,

где W и G_n – Расходы вторичного пара и выпаренного раствора, кг/с; х_н и х_к– концентрации исходного и упаренного растворов соответственно, кг/кг.

-исходного раствора х_н=10 кг/кг

-упаренного раствора х_к=20 кг/кг

2. Ориентировочная поверхность теплопередачи.

Для выбора значения Н необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата F_ор , м² . Определяем по уравнению:

F_ор = Q_ор /q_ор , (3.2)

где Q_ор - ориентировочный расход тепла на выпаривание, Вт; q_ор – ориентировочное значение относительной тепловой нагрузки, Вт/м², r – удельная теплота парообразования при температуре t_бк, Дж/кг [5]

Для аппаратов с принудительной циркуляцией q_ор =(4…8)∙10⁴ Вт/м².

Ориентировочный расход тепла определяем по следующему уравнению:

Q_ор =W∙r + G_n ∙ c_n (t_бк − t_n) (3.3)

где c_n − теплоемкость раствора Дж/кг∙К [5]; t_бк − температура в конденсаторе, ⁰С; t_n−температура исходного раствора на входе в выпарную установку, ⁰С. t_бк определяем по давлению в конденсаторе 100 кПа

Q_ор = 2,085·2390000+4,17·3771·(45,4-20)=5297651,4Вт.

Принимаю q_ор =4∙10⁴ Вт/м² [3].

Получим:

F_ор = 5297651,4 / 4∙10⁴ =132,4 м².

Выбираю выпарной аппарат с принудительной циркуляцией и соосной греющей камерой с поверхностью теплоотдачи равной 160 м², с диаметром труб d=38 мм и длиной l=6000 мм [3].