Расчет выпарного аппарата, Материальный баланс процесса выпаривания - Технологический процесс выпаривания водного раствора карбоната калия под вакуумом

Материальный баланс процесса выпаривания

Основные уравнения материального баланса:

Где - массовые расходы начального и конечного раствора, кг/с;

ХНач, хКон - массовые доли растворенного вещества в начальном и конечном растворе;

W - массовый расход выпариваемой воды, кг/с:

Поверхность теплопередачи каждого корпуса выпарной установки определяют по основному уравнению теплопередачи :

F=Q/(K* tср )

Для определения тепловых нагрузок Q, коэффициентов теплопередачи К и полезных разностей температур tср необходимо знать распределение упариваемой воды, концентрации растворов и их температур кипения по корпусам. Производительность установки по выпариваемой воде определяют из уравнения материального баланса:

W=Gн*(1-Xн/Xк)

W=3.61*(1-0.03/0.22)=3.118 кг/с

Где W - массовый расход выпариваемой воды, кг/с;

Gнач, Gкон - массовые расходы начального ( исходного) и конечного (упаренного ) растворов, кг/с;

Хнач, Хкон - массовые доли растворенного вещества в начальном и конечном растворе;

F - поверхность теплопередачи, м ;

К - коэффициент теплопередачи, Вт/м *К;

Q-расход теплоты.

Тепловая нагрузка может быть найдена как сумма:

Q=Qнагр+Qисп+Qпот

Расход теплоты на нагревание находится по формуле;

Qнагр= снач*Gнач(tкон-tнач)

Однако приняв tкон=tнач, можно расход теплоты на нагревание принять за ноль. Расход теплоты на испарение вычисляется по формуле:

Qисп = W * (I в. п. - Св*tк )

Где Iвп - удельная энтальпия вторичного пара на выходе его из аппарата, Дж/с. Эту величину находим по значению давлени в аппарате, из таблицы приложения на странице 550 . Для данного случая: Р1=0,55, Iвп=2646*10^3 Дж/с.

Св - удельная теплоемкость воды равная 4190 Дж/ кг*К:

Tк - температура конечного раствора на выходе из аппарата, расчитываемая по формуле:

Tк=1669,6/(10.0888-Lg(0.55*10^4*9.81)+Lg(-3.457*0.22^2-0.417*0.22+1))-228.4=91.04 C

Отсюда:

Qисп = 3,118*(2646000-4190*91,04)=7.06 МВт

Расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду QПот при расчете выпарных аппаратов принимается 3-5% от суммы (QНагр+ QИсп)

/ 2, с 247 /. Следовательно:

Q = 1.05(QНагр+ QИсп)

Для того чтобы найти полезную разность температур необходимо знать температуру греющего пара. Эта величина находится по схеме:

Tг. п.=tкип+20

Температура кипения для данного случая находится по формуле:

Tкип=1,669,6/(10,0888-Lg(68221.659)+Lg(-3.457*0.22^2-0.417*0.22-1))-228.4=97.39 C

Отсюда : tг. п=97,39+20=117,39

По полученной температуре греющего пара, по таблице ( пр-е стр. 550) , подбираем близкую по значению температуру и абсолютное давление. В данном случае:

Tг. п.=116,3

Рабс=1,8 атм

По температуре греющего пара и температуре кипения может быть найдена

Полезная разность температур:

Tср=116,3-97,32=18,98

Из полученных значений находим площадь поверхности теплопередачи:

F=(7.06*10^6*1.05)/(1000*18,98)=390,616 м

Удельный расход пара на выпаривание d представляет собой отношение расхода греющего пара Gгп к расходу испаряемой воды W. Расход греющего пара, в свою очередь, находят по формуле:

Gг. п.=(1,05*Qисп)/(x*r)

Где х-паросодержание ( степень сухости ) греющего пара;

R-удельная теплота конденсации греющего пара, Дж/кг.

Gг. п.=(1,05*7,06*10^6)/(0.95*2217*10^3)=3.5 кг/с

Отсюда:

D=Gг. п./W=3.5/3.118=1.129 кг гр. Пара/кг исп. Воды

Выбор выпарного аппарата по каталогу.

F

Dmm

D1 mm

D2 mm

H mm

M kg

L mm

400

1600

3800

1000

15000

26500

5000

Основные размеры выпарных аппаратов выбраны по ГОСТ - 11987- 81.

Высота парового пространства Н1- не более 2500 мм

Условное давление в греющей камере - от 0,014 до 1,0 Мпа

Условное давление в сепараторе - от 0,0054 до 1,0 Мпа

Диаметр трубы d=38*2 мм

F - номинальная поверхность теплообмена м

D - диаметр греющей камеры мм

D1- диаметр сепаратора мм

D2- диаметр циркуляционной трубы мм

H - высота аппарата мм

M - масса аппарата кг

L - длина трубы мм

Выбираем выпарной аппарат с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой. Наиболее подходящим аппаратом для вычесленной поверхности теплопередачи является аппарат с поверхностью равной 400 м. Аппарат с вынесенной греющей камерой характеризуются тем, что упаривание растворов происходит с выделением незначительного осадка, удаляемого механическим путем.([3], стр. 182)

Похожие статьи




Расчет выпарного аппарата, Материальный баланс процесса выпаривания - Технологический процесс выпаривания водного раствора карбоната калия под вакуумом

Предыдущая | Следующая