2.2.2. Давления греющих паров. 2.2.3. Температуры кипения и полезные разности температур

2. 2. 2. Давления греющих паров

Для определения давлений греющих паров по корпусам в первом приближении принимают, что общий перепад давлений для выпарной установки (разность между давлением первичного греющего пара и давлением в барометрическом конденсаторе) делится примерно поровну между всеми корпусами. Тогда давление греющего пара в любом корпусе можно найти по формуле

(5)

Если давление в барометрическом конденсаторе не задано, его можно принять равным 0, 015÷ 0, 02 МПа. При этом получается значительная общая разность температур для установки (разность между температурой первичного греющего пара и температурой в барометрическом конденсаторе) при достаточно экономичном расходе воды на конденсатор. Кроме того, появляется возможность использования для поддержания вакуума простых и надежных в эксплуатации водокольцевых вакуум-насосов.

По давлениям греющих паров в корпусах установки и давлению пара, поступающего в барометрический конденсатор, находят энтальпии паров , , температуры конденсации паров ,  и энтальпии конденсата паров ,  с помощью таблиц для насыщенного водяного пара. Основные физико-химические параметры паров и растворов приведены в приложениях пособия [17, 18, 19, 20].

2. 2. 3. Температуры кипения и полезные разности температур

Для определения полезных разностей температурпо корпусам выпарной установки ( ) необходимо знать температуры растворов в кипятильных трубах ( ).

Температуры раствора в кипятильных трубах зависят от конструкции аппарата, давленияв аппарате, концентрации раствора. При определении этих температур исходят из того, что раствор из кипятильных труб поступает в сепаратор, температура и давление в котором в первом приближениимогут быть достаточно легко найдены. Определив температуру и давление в сепараторе, находят температуру раствора в кипятильных трубах, учитывая влияние на нее конструктивных особенностей аппарата.

В основной части сепаратора находится вторичный пар в состоянии насыщения. Его температура определяется давлением в сепараторе (давлением выпаривания ). Вторичный пар поступает по паропроводу в следующий корпус, для которого онявляется греющим. Из последнего корпуса вторичный пар поступает в барометрический конденсатор. При движении попаропроводу давление пара падает вследствие затрат энергии пара на преодоление гидравлических сопротивлений паропровода. За счет этого несколько падает и его температура. Падение температуры пара поэтой причине называют гидродинамической депрессией и обозначают . Обычно в расчетах принимают  равной 1÷ 1, 5  на переход из корпуса в корпус. Тогда температура вторичного пара в корпусе( ) может быть найдена по температуре греющего пара в последующем корпусе как

Расчет температуры вторичного пара в последнем корпусе выполняют через температуру пара, поступающего в барометрический конденсатор ( ).

По найденным температурам вторичных паров находят их давления ( ) и удельные теплоты конденсации ( ).

В выпарных аппаратах с кипением раствора в трубах греющей камеры передача теплоты от греющего пара осуществляется к кипящему раствору. При вертикальном расположении греющей камеры изменяется по высоте кипятильных труб давление кипящего раствора вследствие гидростатического эффекта. В соответствии с изменением давления изменяется и температура кипения раствора. С целью упрощения расчета температуру кипения раствора в кипятильных трубах усредняют. При этом считают, что раствор в кипятильных трубах кипит при среднем давлении, которое можно найти по формуле

(6)

где  – высота кипятильных труб,

 – плотность раствора,

 – паронаполнение (объемная доля пара в кипящем растворе).

Для выбора значения  необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата . При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляцией  = 20000÷ 50000 Вт/м², аппаратов с принудительной циркуляцией  = 40000÷ 80000 Вт/м². Ориентировочную поверхность первого корпуса можно рассчитать по формуле

(7)

Приняв значение , находят ориентировочную поверхность и по ее величине, используя каталог, для выбранной конструкции аппарата определяют высоту  и размер (  кипятильных труб, где  – наружный диаметр труб,  – толщина стенки трубы.

Для определения температур кипения раствора в корпусах установки сначала по найденным давлениям в среднем слое кипятильных труб находят температуры кипения  и теплоты испарения воды  воды.

Разность температур кипения воды при среднем давлении и при давлении вторичного пара называется гидростатической депрессией и обозначается .

Значения гидростатической депрессии для каждого корпуса будет равно

Затем учитывают влияние растворенного вещества на процесс кипения растворов. Вследствие наличия растворенного вещества температура кипения раствора выше температуры кипения чистого растворителя при одинаковом давлении.

Разница между температурой кипения раствора и чистого растворителя называется температурной депрессией и обозначается . Она зависит от свойств растворенного вещества и растворителя и повышается с увеличением давления и концентрации раствора. Определяется температурная депрессия опытным путем в основном при атмосферном давлении ( ) и для большинства растворов найденные значения заносятся в справочник. При давлении в аппарате ( ) температурная депрессия может быть найдена по приближенной формуле Тищенко

(8)

где  и  – абсолютная температура и удельная теплота конденсации водяного пара при давлении в среднем слое кипятильных труб.

Температура кипения раствора при среднем давлении будет равна

Полезная разность температур

где – полная разность температур для выпарного аппарата,

 потери полной разности температур для выпарного аппарата с кипением раствора в трубах греющей камеры.

Температурная депрессия имеет место при выпаривании растворов в аппаратах любой конструкции.

В аппаратах с вынесенной зоной кипения как с принудительной, так и с естественной циркуляцией кипение раствора происходит в трубе вскипания. Кипение носит объемный характер практически при давлении вторичного пара, поэтому температура кипения раствора в этих аппаратах определяется по температуре вторичного пара

Кипение в трубах греющей камеры предотвращается за счет гидростатического давления столба раствора в трубе вскипания. Вследствие гидростатического эффекта в кипятильных трубах происходит перегрев раствора по сравнению с температурой кипения на верхнем уровне раздела фаз. Перегрев раствора  может быть найден из внутреннего баланса теплоты в каждом корпусе. Уравнение теплового баланса для j-го корпуса записывается в следующем виде

(9)

где и –теплоемкость раствора, подаваемого на выпаривание, и теплоемкость воды, соответственно,  – энтальпия вторичного пара,  – массовыйрасход циркулирующего раствора.

Для первого корпуса  – это температура раствора, подаваемого в корпус  из теплообменника-подогревателя.

В аппаратах с принудительной циркуляцией циркуляционные насосы обеспечивают высокоразвитый турбулентный режим при скоростях раствора в трубах греющей камеры

В аппаратах с естественной циркуляцией в трубах греющей камеры достигаются скорости раствора .

Массовый расход циркулирующего раствора равен

(10)

где  – площадь сечения трубного пространства греющей камеры.

Площадь сечения трубного пространства можно рассчитать по формуле

(11)

где  – внутренний диаметр труб,  – высота труб (принимаются по данным каталога).

Перегрев раствора в -м корпусе будет равен

(12)

Средняя температура раствора в трубах греющей камеры в каждом корпусе будет равна , а полезная разность температур составит

где – потери полной разности температур для выпарного аппарата с вынесенной зоной кипения.

В пленочных выпарных аппаратах гидростатическую депрессию  не учитывают. Температуру кипения в этих аппаратах рассчитывают как , однако полагая, что движение раствора в аппарате соответствует модели идеального вытеснения. Поэтому значение температурной депрессии определяют для средней в корпусе концентрации раствора

Для многокорпусной выпарной установки общая (располагаемая) разность температур равна температуре первичного греющего пара минус температура пара, поступающего в барометрический конденсатор

Суммарная полезнаяразность температур меньше общей разности температур на величину потерь разности температур во всей установке

(13)

где  – суммарные температурные потери во всех корпусах установки.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: