4.1 Продуктивність установки

Продуктивність установки по випарюваній воді розраховуємо із рівняння матеріального балансу:

(4.2)

кг/с

4.2 Концентрації упарюваного розчину

Розподілення концентрації розчину по корпусам установки залежить від співвідношення навантаження по випарюваній воді в кожному апараті. В першому наближенні на основі практичних даних приймаємо, що продуктивність по випарюваній воді розподіляється між корпусами в залежності із співвідношенням:

w₁:w₂:w₃=1.0:1.1:1.2.

Тоді:

Концентрацію розчинів по корпусах розраховуємо за формулами:

(4.3)

(4.4)

(4.5)

Концентрація розчину в третьому корпусі х₃ відповідає заданій концентрації упареного розчину х_к.

4.3 Температура кипіння розчинів

В першому наближенні загальний перепад тиску розподіляється між корпусами порівну.

Загальний перепад тисків в установці розраховуємо за формулою:

∆Р_заг=Р_г1 - Р_бк, (4.6)

∆Р=0,2-0,03=0,17 МПа.

Тиск гріючої пари в другому корпусі розраховуємо за формулою:

Р_г2=Р_г1 - ∆Р_заг/3, (4.7)

Р_г2=0,2 – 0,17/3=0,1433 МПа.

Тиск гріючої пари в третьому корпусі розраховуємо за формулою:

Р_г3=Р_г2 - ∆Рзаг/3, (4.8)

Р_г3=0,1433 – 0,17/3=0,0866 МПа.

Тиск гріючої пари в барометричному конденсаторі розраховуємо за формулою:

Р_бк =Р_г3 - ∆Р_об/3, (4.9)

Р_бк=0,0866 - 0,17/3=0,03 МПа,

що відповідає заданому значенню Р_бк.

По тискам парів знаходимо їх температури та ентальпії [2, табл. LVII, с.532], та зводимо їх в таблицю 4.1.

Таблиця 4.1 – Властивості насиченого водяного пару в залежності від тиску

Тиск Рг , МПа	Температура tг, ºС	Ентальпія Iг, кДж/кг
Рг1 = 0,2 Рг2 = 0,1433 Рг3 = 0,0866 Рбк = 0,03	tг1 = 120,119 tг2 = 109,920 tг3 = 95,656 tбк = 69,102	I1 = 2710,78 І2 = 2696,05 І3 = 2667,15 Ібк = 2620,72

Зміна температури кипіння по висоті кип’ятильних труб відбувається внаслідок зміни гідростатичного тиску стовпа рідини. Температуру кипіння розчину в корпусі приймають відповідно температурі кипіння в середньому шарі рідини. Таким чином, температура кипіння розчину в корпусі відрізняється від температури гріючої пари в наступному корпусі на суму температурних витрат Σ∆ від температурної (∆^І), гідростатичної (∆^ІІ) і гідродинамічної (∆^ІІІ) депресій (Σ∆=∆^І+∆^ІІ+∆^ІІІ).

Гідродинамічна депресія зумовлена втратою тиску пара на подолання гідравлічних опорів трубопроводів при переході із корпуса в корпус. Зазвичай в розрахунках приймають ∆^ІІІ = 1,0-1,5 ºС на корпус. Приймаємо для кожного корпуса ∆^ІІІ =1 ºС.

Температуру вторинної пари в першому корпусі розраховуємо за формулою:

t _вп1 = t_г2 + ∆^ІІІ_1, (4.10)

t_вп1 = 109,920 + 1,0 = 110,920 ⁰С

Температуру вторинної пари в другому корпусі розраховуємо за формулою:

t _вп2 = t_г3 + ∆^ІІІ_2, (4.11)

t_вп2 = 95,656 + 1,0 = 96,656 ⁰С

Температуру вторинної пари в третьому корпусі розраховуємо за формулою:

t _вп3 = t_бк + ∆^ІІІ_3, (4.12)

t_вп3 = 69,102 + 1,0 = 70,102 ⁰С

Суму гідродинамічних депресій розраховуємо за формулою:

Σ∆^ІІІ= ∆^ІІІ₁ + ∆^ІІІ₂ + ∆^ІІІ_3, (4.13)

Σ∆^ІІІ = 1 + 1 + 1 = 3 ⁰С.

По температурам вторинних парів визначаємо їх тиски. Вони рівні відповідно: Р_вп1 = 0,148 МПа, Р_вп2 = 0,089 МПа, Р_вп3 = 0,031 МПа [2, табл.LVII, с.532].

Гідростатична депресія обумовлена різницею тисків в середньому шарі киплячого розчину і на його поверхні. Тиск в середньому шарі киплячого розчинну Р_ср кожного корпуса розраховується за формулою:

(4.14)

де Н – висота кип’ятильних труб в апараті, м;

ρ – густина киплячого розчину, кг/м³;

ε – паронаповнення, м³/м³.

Для вибору значення Н необхідно орієнтовно оцінити поверхню теплопередачі випарного апарата F_ор. При кипінні водних розчинів можна прийняти питоме теплове навантаження апаратів із природною циркуляцією q = 20000 – 50 000 Вт/м². Приймаємо q = 20000 Вт/м² [1].

Орієнтовну поверхню теплопередачі 1-го корпусу розраховуємо за формулою:

F_ор = Q/q = w₁^. r₁/q, (4.15)

де r₁ – теплота пароутворення вторинної пари, Дж/кг, [2, табл.LVII, с.532].

Приймаємо теплоту пароутворення вторинної пари r₁ = 2231,6 кДж/кг.

F_ор = 0,909^. 2231,6 ^. 10³/20 000 = 101,426 м²,

По ГОСТ 11987 – 81 [1] трубчаті апарати з природною циркуляцією і винесеною гріючою камерою ( тип 1, виконання 2 ) складаються із кип’ятильних труб висотою 4 і 5 м при діаметрі d_з = 38 мм і товщині стінки δ_ст = 2 мм.Приймаємо висоту кип’ятильних труб Н = 4м.

При бульбашковому (ядерному ) режимі кипіння паронаповнювання складає ε = 0,4 – 0,6 [3]. Приймаємо ε = 0,5. Густина водних розчинів NаCl, при температурі 30 ºС і відповідних концентраціях в корпусах [3, с.541]:

ρ ₁ = 1094,77 кг/м³ , ρ₂ = 1126,02 кг/м³ , ρ₃ = 1199,03 кг/м³.

При визначенні густини розчинів в корпусах не враховуємо зміну її з підвищенням температури від 30 ºС до температури кипіння з причини малого значення коефіцієнта об’ємного розширення і орієнтовно прийнятого значення ε.

Тиск в середньому шарі кип’ятильних труб корпусів розраховуємо за формулою (4.14):

Температури кипіння і теплоти випаровування розчинника при цих тисках зводимо до таблиці 4.2,[2, табл.LVII, с.532].:

Таблиця 4.2 – Властивості насиченого водяного пару в залежності від тиску

Тиск Рср, МПа	tср, ºС	rср, кДж/кг
Р1 ср = 0,159 Р2 ср = 0,1 Р3 ср = 0,043	t1 ср = 113,078 t2 ср =99,585 t3 cр = 77,490	rср 1 = 2225,95 rср 2 = 2262,57 rср 3 = 2315,06

Гідростатичну депресію по корпусам розраховуємо за формулою:

∆" = t_ср – t _вп; (4.16)

∆"₁ = 113,078 – 110,920 = 2,158 ⁰С;

∆"₂ = 99,585 – 96,656 = 2,929 ⁰С;

∆"₃ = 77,490 – 70,102 = 7,388 ⁰С.

Суму гідростатичних депресій розраховуємо за формулою:

Σ∆^"= ∆₁" + ∆₂ " + ∆₃", (4.17)

∆" = 2,158 + 2,929 + 7,388 = 12,475 ⁰С.

Температурну депресію ∆' розраховуємо за формулою:

, (4.18)

де ∆' _атм - температурна депресія при атмосферному тиску, ºС.

Приймаємо температурні депресії при атмосферному тиску і відповідних концентраціях в корпусах рівними відповідно 2,566 ºС, 3,754 ºС, 7,25 ºС, [1, дод.4.5, с.187].

Знаходимо значення ∆' по корпусам :

ºС;

ºС;

ºС

Суму температурних депресій розраховуємо за формулою:

Σ∆' = ∆'₁ + ∆'₂ + ∆'₃. (4.19)

Σ∆' = 2,784 + 3,731 + 6,232 = 12,747 ⁰С.

Температури кипіння розчинів в корпусах розраховуємо за формулою:

t_кі = t_гі+1 + ∆'₁ + ∆"₁ + ∆"'₁ (4.20)

t_к1 = 109,920 + 2,784 + 2,158 + 1,0 = 115,862 ⁰С;

t_к2 = 95,656 + 3,731 + 2,929 + 1,0 = 103,316 ⁰C;

t_{к 3} = 69,102 + 6,232 + 7,388 + 1,0 = 83,722 ⁰C.