Расчет поверхности теплообмена греющей камеры на заданную производительность

ДАНО:

1. Производительность выпарного аппарата G=5 м³/ч.

2. Состав и массовая концентрация компонентов в исходном растворе:

a₁(HNO₃)=150 г/л

a₁(N_aNO₃)=10 г/л

a₁(Al(NO₃)₃)=20 г/л

a₁(Fe⁺³)=1 г/л

a₁(ТБФ)=200 мг/л

a₁(парафин)=150 мг/л

_об=3,7*10^{12 Бк/}_л (Cs, Sr, РЗЭ)

МЭД=1*10^{3 мкр}/_сл

3. Куп=4

4. Расход флегмы (конденсата при t=30C)=1,0 м³/ч=1000 кг/ч (т.к. концентрации Fe⁺³, ТБФ, парафина малы, то при расчёте ими можно пренебречь)

РАСЧЁТ:

1. Перевод 5 м3/ч в кг/ч

Для того, чтобы перевести 5 м³/ч в кг/ч необходимо знать плотность раствора.

_р-ра=₁*n₁+₂*n₂+₃*n₃+₄*n₄

₁, ₂, ₃, ₄ – плотности компонентов, входящих в раствор (г/л);

n₁, n₂, n₃, n₄ – массовые доли компонентов.

_р-ра=0,82*996+0,15*1080+0,01*1014,4+0,02*1004,9=1008,96 г/л=1008,96 кг/м³

G₁=5 м³/ч=5*1008,96=5044,8 кг/ч

2. Теплоёмкость раствора

В аппарате непрерывного действия раствор находится при постоянной концентрации, близкой к конечной.

С₁=С₂

С_р-ра=n₁*c₁+n₂*c₂+n₃*c₃+n₄*c₄

n₁, n₂, n₃, n₄ – массовые доли компонентов;

с₁, с₂, с₃, с₄ – теплоёмкости компонентов.

С_р-ра=0,193*57,27+0,386*1085,2+0,15*3578,3+0,271*4194,2=2103,4 Дж/кг*град

3. Материальный баланс

G₁=G₂+W (по всему количеству вещества)

G₁*a₁=G₂*a₂ (по растворенному веществу)

G₁ – начальное количество раствора;

G₂ – конечное количество раствора;

a₁ – начальная концентрация;

a₂ – конечная концентрация;

W – количество выпаренного растворителя (воды);

G2 =	5044.8	=1261.2 кг/ч – т.к. Куп=4
	4

W= G₁ – G₂ =5044,8 – 1261.6=3783,6 кг/ч

т.к. мы имеем дополнительно еще и флегму (G_ф =1000 кг/ч), то

W=3783,6+1000=4783,6 кг/ч

a2 =	G1*a1	(формула для нахождения конечной концентрации)
	G1 – W

a2 (HNO3)=	5044,8*150	=2892 г/л
	5044,8 – 4783.6

т.к. большая часть азотной кислоты вместе с водой уходит с ПГФ, то в кубовом остатке (с учетом разбавления) остается так же 150 г/л_.

a2(NaNO3)=	5044,8*10	=193 г/л
	5044,8 – 4783.6

a2(Al+3) =	5044,8*20	=80 г/л (это если бы HNO3 не отгонялась)
	5044,8 – 4783.6

4.Определение температурной депрессии и температуры кипения раствора

а) повышение температуры кипения раствора по сравнению с чистым растворителем при атмосферном давлении

∆t _р-ра =0,52* m/М

m – массовое содержание соли (г/л)

М – массовый вес (г/моль)

∆t р-ра(NaNO3)=0,52*	193	=1,18
	84,99

∆t р-ра(HNO3)=0,52*	150	=1,24
	63

∆t р-ра(Al(NO3)3)=0,52*	80	=0,94
	212,98

∆t _р-ра =3,36

б) если известна температурная депрессия раствора при атмосферном давлении, то можно найти температурную депрессия при любом давлении по приближенной формуле Тищенко:

∆t' р-ра =16.2*	Т2	*∆t р-ра
	r

16.2*	Т2	= К
	r

Т – абсолютная температура кипения чистого растворителя – воды при данном давлении, К;

R – теплота испарения воды при данном давлении, Дж/кг;

Р=0,6 ат, давление в аппарате;

К (при Р=0,6 ат)=0,91;

∆t' _р-ра =0,91*3,36=3,1

t_кип =80,9+3,1=84 (ºС)

где температура кипения воды при Р=0,6ат равна 80,9

в) гидростатическая депрессия

гидростатическая депрессия раствора достигается тем, что нижние слои в аппарате кипят при более высокой температуре, чем верхние, из-за гидравлического давления столба жидкости

∆t" _р-ра =1÷3 ºС

г) гидравлическая депрессия

гидравлическая депрессия учитывает повышение давления в аппарате из-за гидравлических потерь при переходе вторичного пара через ловушку и выходной трубопровод

∆t"' _р-ра =1ºС

д) суммарная температурная депрессия

∑∆t _р-ра =∆t' _р-ра +∆t" _р-ра +∆t"' _р-ра = 3,1+3+1=7,1

е) температура кипения раствора при давлении 0,6ат

t _р-ра = t _р-ля +∑∆t _р-ра =80,9+7,1 =88 (ºС)