Температуры кипения растворов

Общий перепад давлений в установке равен:

В первом приближении общий перепад давлений распределяют между корпусами поровну. Тогда давления греющий паров в корпусах (в МПа) равны:

;

;

.

Давление пара в барометрическом конденсаторе

,

что соответствует заданному значению .

По давлениям паров находим их температуры и энтальпии [1]:

№ п/п
Г1	1,0		2777,132	758,39
Г2	0,67		2762,886	682,97
Г3	0,34		2731,042	578,22
Бк	0,01		2586,906	192,74

При определении температуры кипения растворов в аппаратах исходят из следующих допущений. Распределение концентраций раствора в выпарном аппарате с интенсивной циркуляцией практически соответствует модели идеального перемешивания. Поэтому концентрацию кипящего раствора принимают равной конечной в данном корпусе и, следовательно, температуру кипения раствора определяют при конечной концентрации.

Изменение температуры кипения по высоте кипятильных труб происходит вследствии изменения гидростатического давления столба жидкости. Температуру кипения раствора в корпусе принимают соответствующей температуре кипения в среднем слое жидкости. Таким образом, температура кипения раствора в корпусе отличается от температуры греющего пара в последующем корпусе на сумму температурных потерь от температурной (), гидростатической () и гидродинамической () депрессий ().

Гидродинамическая депрессия обусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчетах принимают град на корпус. Примем для каждого корпуса град. Тогда температуры вторичных паров в корпусах (в ) равны:

;

;

.

Сумма гидродинамических депрессий

.

По температурам вторичных паров определим их давления. Они равны соответственно (в МПа): ; ; .

Гидростатическая депрессия обусловлена разностью давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности. Давление в среднем слое кипящего раствора каждого корпуса определяется по уравнению

,

где - высота кипятильных труб в аппарате, м; - плотность кипящего раствора, кг/м³; - паронаполнение (объемная доля пара в кипящем растворе), м³/ м³.

Для выбора значения необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата . При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляцией , аппаратов с принудительной циркуляцией . Примем . Тогда поверхность теплопередачи 1-го корпуса ориентировочно равна:

,

где - теплота парообразования вторичного пара, Дж/кг.

По ГОСТ 11987-81 [2] (см. Приложение 4.2) трубчатые аппараты с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой (тип 1, исполнение 2) состоят из кипятильных труб высотой 4 и 5м при диаметре и толщине стенки . Примем высоту кипятильных труб .

При пузырьковом (ядерном) режиме кипения паронаполнение составляет Примем Плотность водных растворов, в том числе раствора K₂CO₃ [3] (см. Приложение 4.3), при температуре 15 и соответствующих концентрациях в корпусах равна:

; ; .

При определении плотности растворов в корпусах пренебрегаем изменением ее с повышением температуры от 15 до температуры кипения ввиду малого значения коэффициента объемного расширения и ориентировочно принятого значения

Давления в среднем слое кипятильных труб корпусов (в Па) равны:

;

;

.

Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты испарения растворителя [1]:

№ п/п
1ср	0,692	163,9	2073,63
2ср	0,36		2148,632
3ср	0,023	62,5	2352,685

Определим гидростатическую депрессию по корпусам (в ):

;

;

.

Сумма гидростатических депрессий

Температурную депрессию определим по уравнению

,

где - температура паров в среднем слое кипятильных труб, К; - температурная депрессия при атмосферном давлении [3] (см. Приложение 4.4).

при

при

при

Находим значение по корпусам (в ):

;

;

.

Сумма температурных депрессий

.

Температуры кипения растворов в корпусах равны (в ):

;

;

.

При расчете температуры кипения в пленочных выпарных аппаратах (тип 3, см. Приложение 4.1) гидростатическую депрессию не учитывают. Температуру кипения в этих аппаратах находят как среднюю между температурами кипения растворов с начальной и конечной концентрациями при давлении в данном корпусе, полагая, что движение раствора в аппарате соответствует модели полного вытеснения.

В аппаратах с вынесенной зоной кипения как с принудительной, так и с естественной циркуляцией кипение раствора происходит в трубе вскипания, устанавливаемой над греющей камерой. Кипение в греющих трубках предотвращается за счет гидростатического давления столба жидкости в трубе вскипания. В греющих трубках происходит перегрев жидкости по сравнению с температурой кипения на верхнем уровне раздела фаз. Поэтому температуру кипения раствора в этих аппаратах также определяют без учета гидростатических температурных потерь . Перегрев раствора может быть найден из внутреннего баланса тепла в каждом корпусе. Уравнение теплового баланса для j-го корпуса записывается в следующем виде:

,

где - производительность циркуляционного насоса (в кг/с), тип которого определяют по каталог [4] для выпарного аппарата с поверхностью теплопередачи .

Для первого корпуса - это температура раствора, поступающего в аппарат из теплообменника-подогревателя.

В аппаратах с принудительной циркуляцией циркуляционные насосы обеспечивают высокоразвитый турбулентный режим при скоростях раствора в трубках .

В аппаратах с естественной циркуляцией обычно достигаются скорости раствора . Для этих аппаратов масса циркулирующего раствора равна

.

Здесь - сечение потока в аппарате (м²), рассчитываемое по формуле

,

где - внутренний диаметр труб, м; -принятая высота труб, м.

Таким образом, перегрев раствора в j-м аппарате равен:

.

Полезную разность температур в каждом корпусе можно рассчитать по уравнению

.

Анализ этого уравнения показывает, что величина - не что иное как дополнительная температурная потеря. В связи с этим общую полезную разность температур выпарных установок с аппаратами с вынесенной зоной кипения нужно определять по выражению

.

Дата добавления: 2015-07-11