Температура кипения раствора - Расчет трехкорпусной выпарной установки для выпаривания хлорида кальция

Принимаем, что обогрев производится греющим паром - насыщенным водяным паром давлением РГ1=10*9,81*104ПА=0,981 МПа

Общий перепад давлений в установке равен:

ДРОб=РГ1-РБк=0,981-0,03=0,951 МПа.

По давлениям паров находим их температуры и энтальпии:

Р, МПа. t, °C. Н, кДж/кг.

РГ1=0,981 tГ1=179 Н1=2784

РГ2=0,664 tГ2=162,8 Н2=2768,23

PГ3=0,347 tГ3=138,3 H3=2736,48

РБк=0,03 tБк=68,7 НБк=2631,93

При определении температуры кипения раствора в аппарате исходим из следующих допущений. Распределение концентраций раствора в выпарном аппарате с принудительной циркуляцией практически соответствует модели идеального перемешивания. Поэтому концентрацию кипящего раствора принимаем равной конечной в данном корпусе и, следовательно, температуру кипения раствора определяем при конечной концентрации.

Изменение температуры кипения по высоте кипятильных труб происходит вследствие изменения гидростатического давления столба жидкости, Температуру кипения раствора в корпусе принимаем 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 УД от температурной (Д'), гидростатической (Д") и гидродинамической (Д'") депрессий:

УД=Д'+Д"+Д'"

Гидродинамическая депрессия обусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчетах принимают Д"'=1,0 -1,5 °С на корпус.

Примем Д'"=1,0 °С.

Тогда температура вторичных паров в корпусах равна:

TВп1=tГ2+Д'"(1)=162,8+1,0=163,8°С;

TВп2=tГ3+Д'"(2)=138,3+1,0=139,3°С;

TВп3=tБк+?'"(3)=68,7+1,0=69,7°C

Сумма гидродинамических депрессий

У Д'"=1+1+1=3°С

По температурам вторичных паров определим их давления. Они равны соответственно ( в МПа ): РВп1=0,685 МПа; РВп2=0,355 МПа;PВп3=0,028МПа

Определяем гидростатическую депрессию. Давление в среднем слое кипящего раствора PСр равно:

РСр=РВп+с*g*Н*(1-е)/2, (3.4)

Где Н - высота кипятильных труб в аппарате, м;

С - плотность кипящего раствора, кг / м3;

Е - паронаполнение (объемная доля пара в кипящем растворе),м3/м3.

Для выбора значения Н необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата F(op). При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с принудительной циркуляцией q=40000-80000 Вт/кв. м.

Примем q=40000 Вт/кв. м. Тогда поверхность теплопередачи ориентировочно равна:

FOp=Q/q=w1*r1/q=0,34*2077,7*103/40000=17,7 м2.

Где r1- теплота парообразования вторичного пара, Дж/кг, r1=2077,7кДж/кг

По ГОСТ 11987-81 трубчатые аппараты с принудительной циркуляцией и выносной греющей камерой состоят из кипятильных труб высотой 6м при диаметре dн=38 мм и толщине стенки д(ст)=2 мм.

Примем высоту кипятильных труб Н=6 м. При пузырьковом (ядерном) режиме кипения паронаполнение составляет е=0,4-0,6.

Примем е =0,5. Плотность водных растворов, в том числе раствора CuСl2 при температуре 21°С и соответствующих концентрациях в корпусах равна:

С1=1101 кг/м3

С2=1127,65 кг/м3

С3=1179кг/м3

При определении плотности растворов в корпусах пренебрегаем изменением ее с повышением температуры от 21 °С до температуры кипения ввиду малого значения коэффициента объемного расширения и ориентировочно принятого значения е.

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

Р1ср=РВп1+с1*g*Н*(1-е)/2=68,5*104+1101*9,81*6*(1-0,5)/2=70,12*104 Па

Р2ср=РВп2+с2*g*Н*(1-е)/2=35,5*104+1127,65*9,81*6*(1-0,5)/2=37,16*104 Па

P3ср=PВп3+с3*g*H*(1-е)/2=2,8*104+1179*9,81*6*(1-0,5)/2=4,5*104Па

Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты испарения растворителя:

Р, МПа. t, °C. r, кДж/кг.

Р1ср=0,7012 tCp1=165,01 rВп1=2077,7

Р2ср=0,3716 tCp2=140,78 rВп2=2147.3

P3ср=0,045 tСр3=78,7 rВп3=2312,2

В аппаратах с вынесенной греющей камерой с принудительной циркуляцией кипение раствора происходит в трубе вскипания, устанавливаемой над греющей камерой. Кипение в греющих трубах предотвращается за счет гидростатического давления столба жидкости в трубе вскипания. В греющих трубах происходит перегрев жидкости по сравнению с температурой кипения на верхнем уровне раздела фаз. Поэтому температуру кипения раствора в этих аппаратах определяют без учета гидростатических температурных потерь ?"

Температурную депрессию Д' определим по уравнению Тищенко:

Д'=1,62*10-2*Д'(атм)*(Т2)/rВп, (3.5)

Где Т - температура паров в среднем слое кипятильных труб, К;

Д'(атм) - температурная депрессия при атмосферном давлении.

Находим значение Д'(атм1)=2,04; Д'(атм2)=2,91; ?'(атм3)=4,5

Д'(1)=1,62*10-2*Д'(атм1)*(Т12)/rВп1;

Д'(1)=1,62*10-2*2,04*(165,01+273)2/2077,7=3,05°C

Д'(2)=1,62*10-2*Д'(атм2)*(Т22)/rВп2;

Д'(2)=1,62*10-2*2,91*(140,78+273)2/2147,3=3,76°C

    ?'(3)=1,62*10-2*?'(атм3)*(T32)/rВп3; ?'(3)=1,62*10-2*4,5(78,7+273)2/2312,2=3,9°C

Сумма температурных депрессий:

УД'=Д'(1)+Д'(2)+?'(3)=3,05+3,76+3,9=10,71 °С

Температуры кипения растворов равны (в °С):

TК1=tГ2+Д'(1)+Д'"(1)=162,8+3,05+1=166,85

TК2= tГ3+Д'(2)+Д'"(2)=138,3+3,76+1=143,06

TK3=tБк+?'(3)+?"'(3)=68,7+3,9+1=73,6

Похожие статьи




Температура кипения раствора - Расчет трехкорпусной выпарной установки для выпаривания хлорида кальция

Предыдущая | Следующая