 |
Определение температур кипения растворов
|
|
|
|
Общий перепад давлений в установке равен:
(2.3)
где Pr1 – давление греющего пара, МПа;
Pбк – абсолютное давление в барометрическом конденсаторе, МПа.
В первом приближении общий перепад давлений распределяют между корпусами поровну. Тогда давления греющих паров в корпусах (в МПа)
равны: 
Давление пара в барометрическом конденсаторе:
,
что соответствует заданному значению Pбк.
По давлениям паров находим их температуры и энтальпии [1]:
Таблица 2.1 Давление паров по температуре и энтальпии
| P, МПа | t, 0C | I, кДж/кг |
| Pг1 = 0,889 | tг1 = 75 | I1 = 1101 |
| Pг2 = 0,489 | tг2 = 65 | I2 = 1072 |
| Pбк = 0,0889 | tбк = 50 | Iбк =990 |
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 вследствие 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 ΣΔ от температурной
(Δ/), гидростатической (Δ//) и гидродинамической (Δ///) депрессий (ΣΔ = Δ/ + Δ// + Δ///).
Гидродинамическая депрессия обусловлена потерей пара на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчетах принимают Δ/// = 1,0…1,5 град на корпус. Примем для каждого корпуса Δ/// = 1 град. Тогда температуры вторичных паров в корпусах (в 0C) равны:
|
|
|
Сумма гидродинамических депрессий
ΣΔ/// = Δ1/// + Δ2/// = 1 +1 = 2 0С.
По температурам вторичных паров определим их давление [2]:
Таблица 2.2 Давление вторичных паров
| Температура, °С | Давление, МПа |
| tвп1 = 66 | Рвп1 = 0,208 |
| tвп2 =51 | Рвп2 = 0,0436 |
Гидростатическая депрессия обусловлена разностью давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности. Давление в среднем слое кипящего раствора Рср каждого корпуса определяется по уравнению:
(2.4)
где Н – высота кипятильных труб в аппарате, м;
ρ – плотность кипящего раствора, кг/м3;
ε – паронаполнение (объемная доля пара в кипящем растворе).
Для выбора значения H необходимо оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата Fор. При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной
циркуляцией q = 20000…50000 Вт/м2. Примем q = 40000 Вт/м2.
Тогда поверхность теплопередачи первого корпуса ориентировочно равна:
(2.5)
где r1 – теплота парообразования вторичного пара, Дж/кг.
По ГОСТ 11987 – 81 трубчатые аппараты с естественной циркуляцией и cоосной греющей камерой состоят из кипятильных труб, высотой 3 и 4 м при диаметре dн =35 мм и толщине стенки δст =3 мм.
Примем высоту кипятильных труб H =3 м.
При пузырьковом (ядерном) режиме кипения паронаполнение
ε = 0,4…0,6.Примем ε = 0,5.
Плотность водных растворов, в том числе NaOH, при температуре 150С и соответствующих концентрациях в корпусах равна:
ρ1 = 1066 кг/м3, ρ2 = 1111 кг/м3.
При определении плотности растворов в корпусах пренебрегаем изменением ее с повышением температуры от 35 0С до температуры кипения
ввиду малого значения коэффициента объемного расширения и ориентировочно принятого значения ε.
|
|
|
Давления в среднем слое кипятильных труб корпусов (в Па) равны:
.
Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты испарения растворителя [1]:
Таблица 2.3 Зависимость давления от температуры кипения и теплоты испарения растворителя
| Давление, МПа | Температура, °С | Теплота испарения, кДж/кг |
| Р1ср = 0,0099 | t1ср = 65 | rвп1 = 1658 |
| Р2ср = 0,0086 | t2ср = 56 | rвп2 = 1682 |
Определим гидростатическую депрессию по корпусам (в 0C):
Сумма гидростатических депрессий
Температурную депрессию Δ/ определим по уравнению
(2.6)
где Т – температура паров в среднем слое кипятильных труб, К;
Δатм/ – температурная депрессия при атмосферном давлении.
Находим значение Δ/ по корпусам (в 0C):
;
.
Сумма температурных депрессий
Температуры кипения растворов в корпусах равны (в 0C)
В аппаратах с вынесенной греющей камерой и естественной циркуляцией обычно достигаются скорости раствора v = 0,6 …0,8 м/с.
Для этих аппаратов масса циркулирующего раствора равна:
(2.7)
где ρ – плотность раствора, кг/м3; S – сечение потока в аппарате, м2:
(2.8)
(2.9)
где dвн – внутренний диаметр труб, м;
Н – принятая высота труб, м.
Таким образом, перегрев раствора в j-м аппарате Dtперj равен:
(2.10)
где IВП – энтальпия вторичного греющего пара, кДж/кг; сВ, сН – теплоемкости соответственно воды и конденсата греющего пара, кДж/(кг·К); tК – температура конденсата греющего пара, К; М – масса конденсата, кг.
Полезная разность температур в каждом корпусе может быть рассчитана по уравнению:
(2.11)
Анализ этого уравнения показывает, что величина Δtпер/2 представляет собой дополнительную температурную потерю. В связи с этим общую полезную разность температур выпарных установок с аппаратами с вынесенной зоной кипения нужно определять по следующему выражению:
(2.12)
|
|
|
