Файл: 478.pdf

В итоге получаем значение коэффициента теплопередачи:

Выбираем по каталогу: 4х-ходовой ТА с FК = 39 м2, FТР = 0,034 м2, nТР = = 100, nР = 12, εn = 0,63, l = 5 м.

Коэффициент запаса:

FFК 34,1439 1,14.

Таким образом, расчёты показали, чтобы обеспечить технологический процесс конденсации бензола, необходим ТА с вышеуказанными параметрами.

Глава 7. Тепловой расчёт выпарной установки.

Выпариванием называется процесс концентрирования раствора нелетучих веществ, заключающийся в частичном удалении растворителя путём испарения или кипения. Получаемый в процессе выпаривания раствор

называют упаренным, а отводимый пар растворителя – вторичным па-

ром. Обычно удаляют часть растворителя, чтобы раствор находился в текучем состоянии и его можно было бы передавать на другие аппараты.

Целью теплотехнического расчёта выпарной установки является определение: расхода греющего (первичного) пара, поверхности теплообмена и основных размеров выпарного аппарата подогревателя раствора и выявление режимных характеристик процесса (температуры,

давления, концентрации и пр.).

Важнейшим параметром выпаривания является температура кипения раствора tК, которая в значительной степени зависит от природы растворённого твёрдого вещества. Разность между температурой кипения раствора tК и температурой кипения чистого растворителя tS при одинаковом давлении называется температурной депрессией: δT = tК – tS для раствора данной концентрации a. Температура вторичного пара близка к tS и обозначается

θ= tК – δT.

Вхимической промышленности наиболее широкое распространение

получили выпарные установки поверхностного типа, которые по теплотехнологическим признакам разделяются на несколько групп:

1.по числу ступеней: однокорпусные и многокорпусные выпарные ус-

тановки;

2.по давлению вторичного пара в последней ступени: выпарные установки с глубоким вакуумом, с повышенным давлением и с ухудшенным вакуумом;

- 42 -

www.mitht.ru/e-library

3.по подводу первичной теплоты: выпарные установки с одним источником первичной теплоты, с двумя источниками теплоты и с тепловыми насосами;

4.по технологии обработки раствора: одностадийные выпарные установки, двух- и более стадийные;

5.по относительному движению греющего пара и выпариваемого раствора: прямоточные выпарные установки, противоточные, с параллельным

питанием корпусов, с отпуском части вторичных паров, со смешанным питанием корпусов.

При проектировании и эксплуатации выпарных установок возникает необходимость в решении следующих основных групп задач:

1.выбор конструкций аппаратов и схемы установок, определение оптимальных параметров разрабатываемых установок;

2.определение оптимального режима работы действующих установок, обеспечивающего необходимую производительность установки, качество готового продукта и другие показатели.

При решении этих задач используются проектные и поверочные расчёты. Основной целью проектных расчётов является определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок при выбранных условиях теплового режима их работы. При выполнении поверочных расчётов действующих выпарных установок основной целью является установление оптимального режима работы при заранее известных конструктивных параметрах аппаратов.

Методы расчёта выпарных установок.

Однокорпусная выпарная установка (рис. 7.1) состоит из подогревателя 1, где исходный раствор (S0, a0, tН), за счёт греющего пара (DП, T, h) нагревается до состояния (S0, a0, t0) (t0 ≈ tК) и поступает в корпус выпарной установки 2. Здесь раствор за счёт греющего пара (DК, T, h) (обычно для подогревателя и 1 корпуса используется греющий пар одних и тех же параметров) доводится до состояния кипения tК = tS в результате чего часть растворителя превращается в пар, называемый вторичным (W, θ, h) и отводится из корпуса.

Рис. 7.1.

Однокорпусная выпарная установка.

Часть этого пара E, называемая экстра-паром, используется на производственные нужды, а остальная часть [(W – E), θ1, h1] поступает в баромет-

- 43 -

www.mitht.ru/e-library

кое распространение получили трёхкорпусные выпарные аппараты с равными поверхностями теплообмена.

Задачи для самостоятельной работы.

Задача 7-1. Рассчитать однокорпусную выпарную установку с подогревателем исходного раствора и барометрическим конденсатором смешения при следующих исходных данных:

1.выпариваемый раствор: KNO3;

2.производительность: S0 = 9000 кг/ч;

3.начальная концентрация растворённого вещества: a0 = 8 % масс.;

4.конечная концентрация растворённого вещества: aК = 48 % масс.;

5.температура раствора на входе в подогреватель: t0 = 15 °C;

6.температура раствора на входе в первый корпус: tН = tК1;

7.давление во втором корпусе (вакуум): P2 = 660 мм. рт. ст.;

8.количество экстра-пара, отбираемого из первого корпуса: E = 800 кг/ч;

9.давление греющего пара: PП1 = 4 ата;

10.температура охлаждающей воды: t'В = 12 °C.

Пример 7-1.Рассчитать однокорпусную выпарную установку непрерывного действия, работающую под вакуумом. Исходные данные:

1.выпариваемый раствор: CaCl2;

2.производительность по исходному раствору: S0 = 3,125 кг/с;

3.начальная концентрация CaCl2: a0 = 18,8 % масс.;

4.конечная концентрация CaCl2: a2 = 60 % масс.;

5.давление в сепараторе аппарата: P1 = 8 кПа;

6.температура исходного раствора на входе в аппарат равна его температуре кипения tН = tК;

7.давление греющего пара: PП = 2,8 ата;

8.гидравлическая депрессия вторичного пара: δГ = 1,5 °C;

9.температура охлаждающей воды на входе в конденсатор: t'В = 17 °C;

= 130,4 °C; энтальпия греющего пара – hГ = 2719 кДж/кг; энтальпия конденсата пара – hК = 548 кДж/кг; теплопроводность конденсата – λК = = 0,68 Вт/(м×К); плотность конденсата – ρК = 935 кг/м3; теплота парообразования – r = 2170 кДж/кг; вязкость конденсата – μ = 1,96 × 10–4 Па×с.

Раствор CaCl2: температура кипения при P = 1 ата – tСТК 142,1_°C; вяз-

кость при P = 1 ата – ν = 3,1 × 10–7 м2/с.

Вторичный пар: температура при P1 = 8 кПа – θ1 = 41,1 °C; энтальпия – h1 = 2578 кДж/кг.

Вода: упругость паров воды при tК = 142,1 °C – P'3 = 3,92 × 105 Па; вяз-

кость при P = 1 ата – νВ = 2,95 × 10–7 м2/с.

Конструкционный материал: сталь марки – ОХ18Н5Т; теплопровод-

ность – λ = 17,2 Вт/(м×К).

Расчёт корпуса ВУ.

Схема установки приведена на рис. 7.1, а с обозначениями характеристик процесса теплопереноса в ВА показан на рис. 7.2.

- 45 -

www.mitht.ru/e-library

Греющий

Рис. 7.2.

К определению средних температур стенок трубок.

Температура кипения упаренного раствора определяется по правилу Бабо. Упругость паров воды при температуре кипения tК:

Температура кипения раствора по правилу Бабо:

при_ PS tS _tК 74,8_°C.

Поправка Стабникова:

= – 3,6 °C.

Рабочая температура кипения раствора:

tК = 74,8 – 3,6 = 71,2 °C.

Температурная депрессия:

δТ = tК – θ = 71,2 – 41,1 = 30,1 °C.

Полезная разность температур:

ПОЛЕЗ = T – θ – δТ – δГ = 130,4 – 41,1 – 30,1 – 1,5 = 55,7 °C.

Количество выпариваемой воды: (7.3)

Тепловая нагрузка:

Q = S0CP(tК – tН) + W(h1 – CВtК) = W(h1 – CВtК) = 2,146 × (2578 – 4,19 × 71,2) = = 4892 кВт.

Ориентировочная поверхность теплообмена:[3]

Подбираем поверхность теплообмена по табличным данным: F = 122 м2; d = 38×2 мм; H = 4 м.

Комплекс теплофизических характеристик конденсата греющего пара:

Комплекс теплофизических характеристик кипящей воды: B0b = 46P0,57 = 46 × 0,080,57 = 10,90.

Относительный коэффициент теплоотдачи к кипящему раствору:

- 46 -

www.mitht.ru/e-library