Задача № 3

Визначити необхідну поверхню нагріву вакуум-випарного апарату і витрати гріючої водяної пари для випарювання розчину аміачної силітри (NH₄NO₃) від концентрації Х_п = 10% до концентрації Х_к = 30%

Вихідні данні для розрахунку:

продуктивність по вихідному розчину G_п = 20000 кг/год;

абсолютний тиск гріючої пари P_г.п = 0,55 МПа;

абсолютний тиск в барометричному конденсаторі P₀ = 0,32 МПа;

температура вихідного розчину, що надходить в апарат t_п = 87°С;

Гідравлічна депресія Δt_г.е = 1,5 °С

коефіцієнт теплопередачі в кип’ятильнику К = 2500 Вт∙К/м²;

середній тиск в трубах граючої пари (з урахуванням гідростатичного стовпу розчину)

Р_ср = 0,039

втрати тепла в навколишнє середовище (від корисно затраченої теплоти) 3%

Розв’язання.

1) Рівняння матеріального балансу:

та

,

де Х_п = 0,10 і Х_к = 0,30 - масові частки повареної солі в початковому та упареному розчині.

Звідки, кількість кінцевого розчину:

кг/год

кількість випареної води:

кг/год

2) Розрахунок температурного режиму

Температура вторинної пари в сепараторі випарного апарату:

°С

що відповідає абсолютному тиску в сепараторі P₁ = 0,312 кгс/см² (таблиця LVII Павлов К.Ф., Романків П.Г.).

тут Δt_г.е - гідростатична депресія, приймаємо Δt_г.е = 1,5 °С

t_o = 68,834 °С - температура насиченої водяної пари при Р_о = 0,32 кг/см² (0,3 МПа) (таблиця LVII Павлов К.Ф. , Романкою П.Г.).

Кінцева температура розчину (температура кипіння розчину в сепараторі):

де - температурна депресія, для водного розчину повареної солі концентрацією 30%; приймаємо (додаток IX Плановський А.Н.), тоді при P₁ = 0,306 кгс/см² ,

де k- поправочний коефіцієнт (см. Плановський А.Н., стор 480).

Середня температура кипіння розчину в трубах кип'ятильника визначається за формулою:

де Δt_г.е - гідростатична депресія (гідростатичний ефект)

Величина Δt_г.е визначається за рівнянням:

°С

де t_ср - температура кипіння води при середньому значенні тиску розчину в трубах гріючої камери Р_ср, яке має місце в трубках кип'ятильника (при цьому враховується як тиск в сепараторі так і тиск гідростатичного стовпа рідини в трубках); приймаємо Р_ср = 0,35 кг/см² (0,035 МПа), тоді за таблицею LVII Павлов К.Ф. , Романкою П.Г. , а

3) Рівняння теплового балансу процесу упарки:

Звідки можна визначити витрату тепла на випарювання:

де С_п і С_к - питомі теплоємності вихідного і упареного розчинів, які можно визначити по формулам :

С_в = 4190 Дж/кг∙К - питома теплоємність води при t_к = 73,94°С

i_Вт.п = 2623 кДж/кг - питома ентальпія вторинної пари на виході з апарату;

1,03 - коефіцієнт, що враховує 3% втрат тепла в навколишнє середовище.

Витрата гріючої пари:

де r_г.п =2117 кДж/кг - питома теплота конденсації пари, що гріє при тиску Р_г.п = 0,5 МПа (таблиця LVII Павлов К.Ф. , Романкою П.Г.)

Питома витрата гріючої пари:

кг гр. пара/кг вик. води

4) Корисна різниця температур (рушійна сила процесу):

°С

де t_г.п = 151,5 – температура гріючої пари, при Р_г.п = 0,55 МПа (таблиця LVII Павлов К.Ф. , Романкою П.Г.)

5)Площа поверхні нагріву гріючої камери випарного апарату:

Остаточна таблиця основних розрахункових параметрів

Найменування параметру	Одиниці вимірювання	Величини параметру
Продуктивність по вихідному розчину	кг/год	20000
Концентрація речовини в розчині початкова кінцева	% %	10 30
Абсолютний тиск пару в сепараторі	МПа	0,32
Витрати граючої пари	кг/год	478,8
Питома витрата граючої пари	кг гр. пара/кг вик. води	0,15
Тиск гріючої пари	МПа	0,55
Температура кипіння розчину в сепараторі	°С	73,94
Корисна різниця температур	°С	77,16
Необхідна поверхня нагріву кип’ятильника	м2	2,22
Кількість випареної води	кг/год	13333