Температурный режим работы установки

Предварительный выбор поверхности нагрева выпарных аппаратов:

Для выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией удельная паропроизводительность корпусов U находится в пределах 13-20 кг/м²·ч.

Учитывая это, я принимаю значения:

U=13

Для расчета требуемой поверхности нагрева выпарного аппарата необходимо определить общее количество выпариваемой воды W по уравнению материального баланса установки

где G₀ - производительность установки по начальному раствору;

x_н и x_к - начальная и конечная концентрации раствора, % масс.

G₀ = 45т/час = 45*1000/3600= 12.5кг/с

W=

Поверхность нагрева выпарного аппарата:

где n – число корпусов в установке.

Выбираю стандартный выпарной аппарат заданного типа с поверхностью нагрева F_ст.

F_ст = 1000 м² – номинальная поверхность теплообмена.

Для выбранного стандартного аппарата определяю из ГОСТа диаметр труб и их высоту.

d = 38 × 2 мм – наружный диаметр труб;

H = 6000мм – высота труб.

Число труб n_т в греющей камере выпарного аппарата определяется из условия:

Далее, эти данные использую при расчете коэффициента теплопередачи по корпусам.

Предварительное распределение выпариваемой воды по корпусам установки

Количество выпариваемой воды в конкретном корпусе выпарной установки зависит от схемы ее работы и определяется расходом греющего пара в этом корпусе, температурой и расходом поступающего в него щелока.

Долевое соотношение расхода испаряемой воды по корпусам установки можно записать в виде:

W₁ : W₂ : W₃ = 1 : 1,07 : 1,05

Сумма всех долей равна 3,12. Следовательно, для рассматриваемой установки

W₁ = W /3,12=9,71 / 3,12= 2,82 кг/с

где W– количество выпариваемой воды во всех корпусах установки.

Следовательно, с предполагаемым распределением можно найти

W₂ = 1,07W₁ = 3,01 кг/с

W₃ = 1,05W₁ = 2,96 кг/с

Расчет концентраций на выходе раствора из корпусов установки

Так как при выпаривании раствора в аппарате в паровую фазу переходит только растворитель (вода), а твердый компонент остается в растворе и в паровую фазу не переходит, то концентрации твердого компонента в щелоке на выходе из любого корпуса установки определяют на основании уравнения материального баланса по твердому компоненту в растворе

где i - номера отсчета корпусов по ходу пара;

j=1,2,…,m,…,n - номера отсчета корпусов по ходу раствора;

- сумма расходов испаряемой воды в предыдущих по ходу раствора корпусах и в данном корпусе

Определение температурного режима работы установки (первое приближение)

Для расчета установки задано значение вакуума в третьем корпусе установки. Задаюсь величиной температурного напора выпарной установки из расчета одинаковых значений полезной разности температур на один корпус в пределах (12÷15)°С. Принимаю ∆t=12°С.

При известной величине вакуума в последнем корпусе расчет начинают с определения абсолютного давления в сепараторе этого корпуса

Р=101,3 кПа

В=79кПа

Значения концентрационных депрессий ∆′_i2 во всех корпусах установки для различных щелоков по концентрации твердого компонента в щелоке на выходе из аппарата рассчитывается по формуле:

∆′=A*exp(B*x),

где x - концентрация щелока в массовых %,

А и В - постоянные, зависящие от природы щелока.

Для сульфитного щёлока на натриевом основании

А=0,21 В=0,043

Значение гидродинамической депрессии ∆′′′_i,(i+1) в паропроводах между корпусами, связанное с изменением давления пара вследствие гидравлических сопротивлений паропровода, обычно не превышает 3°С, и находится пределах (1÷3)°С.

Принимаю ∆′′′_1,2=1,5 °С;

∆′′′_2,3=2,9 °С.

Cоставляю приблизительный температурный режим работы установки, начиная с температуры греющего пара в первом корпусе t_1г, пользуясь для любого i-того корпуса равенствами:

где t_iг , t_i2 , t_iс - температуры греющего пара, кипения раствора и сокового пара i-того корпуса;

t_(i-1)c - температура сокового пара предыдущего корпуса.

Приблизительный температурный режим

Таблица 1

№ кор­пуса	∆′′′i(i+1)	Температура сокового пара, tiс	∆′i2	Температура кипения раствора, ti2	∆ti	Температура греющего пара, tiг
3	-	62,15872	1,218	63,37716	9,542	72,91948
2	2,5	75,41948	5,452	80,87198	21,267	102,1386
1	1,5	103,6386	1,742	105,3806	8,191	113,5717

Все указанные расчеты при составлении приблизительного температурного режима работы установки я выполнил с помощью ЭВМ.

Уточнение распределения выпариваемой води по корпусам установки

Система уравнений теплового баланса установки включает в себя уравнения теплового баланса всех корпусов установки и уравнение материального баланса установки по выпариваемой воде.

Определим удельную массовую теплоемкость щелока:

c = A – a*x (8)

где с - удельная массовая теплоемкость щелока, Дж/(кг·К);

X - концентрация в массовых %;

А и а - постоянные, зависящие от природы раствора

А=4103 а=21,8 по таблице для сульфитного щёлока на кальциевом основании

Теплоемкость раствора на входе в корпус:

C₃₁ = 4103-21.8*13=3,82 кДж/(кг·K)

С₃₂ = 4103-21.8*17.03=3,73 кДж/ (кг·K)

С₁₁ = 4103-21.8*24.18=3,57 кДж/(кг·K)

Теплоемкость раствора на выходе в корпус:

С = 3.57 кДж/(кг·K)

С = 3,07 кДж/(кг·K)

С = 3.73кДж/(кг·K)

Энтальпии пара (греющего и сокового) определяю методом линейной интерполяции по соответствующим значениям температур:

Теплоемкость конденсата:

Для 3-го корпуса: с=4.19 кДж/кг*К

Для 2-го корпуса: с=4.19 кДж/кг*К

Для 1-го корпуса: с=4.23 кДж/кг*К

Уточнение температурного режима работы установки:

Число корпусов n = 3

Производительность установки по исходному раствору G₀ = 13,88 кг/с

Общее количество выпаренной воды W=9,71 кг/с

Таблица 2

№ п/п	Наименование величины	Размер­ность	Номера корпусов
			1	2	3
1.	Энтальпия греющего пара	кДж/кг	2634	2684.4	2700.8
2.	Энтальпия сокового пара	кДж/кг	2685.4	2642.4	2615.66
3.	Теплоемкость конденсата	кДж/кг·K	4,27	4,19	4,19
4.	Теплоемкость раствора на входе в корпус	кДж/кг·K	3,73	3,57	3,82
5.	Теплоемкость раствора на выходе из корпуса	кДж/кг·K	3,57	3,07	3,73
6.	Температура конденсата	оС	113,028	90,16	75,07
7.	Температура раствора на входе в корпус	оС	105,38	105,38	63,38
8.	Температура раствора на выходе из корпуса	оС	105,38	80,87	63,38

Решение составленной системы уравнений теплового баланса выполняю на ЭВМ, используя данные табл.2.

Результаты решения уравнений теплового баланса выпарки

Таблица 3

№	Расход греющего пара кг/с	Расход испаряемой воды кг/с
1	2,853506	2,813308
2	2,813308	3,010079
3	3,010079	2,976612

Погрешность:

W₁=0,2%

W₂=1.99%

W₃=0.3%