Температура кипения раствора

Общий перепад давлений в установке равен [1]:

МПа (5)

 

В первом приближении общий перепад давлений распределяют между корпусами поровну. Тогда давления греющих паров в корпусах равны:

МПа

МПа (6)

МПа

 

Давление пара в барометрическом конденсаторе [1]:

МПа,

что соответствует заданной величине Р_бк.

По давлениям паров находим их температуры и энтальпии [2]. Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Температуры и энтальпии пара

Давление Р, МПа	Температура t, ^оС	Энтальпия I, кДж/кг	Энтальпия воды, кДж/кг
Рг1 =0,36	tг1 =141,9	I1 =2733,8	588,5
Рг2 =0,245	tг2 =129,7	I2 =2720,3	545,1
Рг3 =0,13	tг3 =113,3	I3 =2696,8	475,3
Рбк =0,014	tбк =56,6	Iбк =2603,5	236,9

 

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 от температурной (D'), гидростатической (D") и гидродинамической (D'") депрессий (ΣD=D'+D''+D'").

Гидродинамическая депрессия обусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчетах принимают D'" =1,0-1,5 °С [1] на корпус. Примем для каждого корпуса D'"= 1,5°С. Тогда температуры вторичных паров в корпусах равны:

(7)

Сумма гидродинамических депрессий:

По температурам вторичных паров t_вп определяем их давления Р_вп [2]. Результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Давление вторичного пара

Температура tвп, °С	Давления, МПа
tвп1 =131,2	Рвп1 =0,28
tвп2 =114,8	Рвп2 =0,168
tвп3 =58,1	Рвп3 =0,018

Гидростатическая депрессия обусловлена разностью давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности. Давление в среднем слое кипящего раствора Р_ср каждого корпуса определяется по уравнению [1]:

(8)

 

где h – высота кипятильных труб в аппарате, м;

r - плотность кипящего раствора, кг/м²;

e - паронаполнение (объёмная доля пара в кипящем растворе), м³/м³.

Для выбора величины h необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата F_ор. Можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляцией раствора q = 20 000¸50 000 Вт/м², аппаратов с принудительной циркуляцией раствора в корпусах q =40 000¸80 000 Вт/м². Принимаем q = 50 000 Вт/м², тогда поверхность теплопередачи первого корпуса ориентировочно будет равна:

(9)

 

Здесь r₁ =2366,6 кДж/кг – теплота парообразования вторичного пара.

По ГОСТ 11987-81 трубчатые аппараты с естественной и вынесенной греющей камерой (тип 1, исполнение 2) состоят из кипятильных труб высотой 4 и 5 м при диаметре d_н =38мм и толщине стенки d_ст =2 мм. Примем высоту кипятильных труб H =4м.

При пузырьковом (ядерном) режиме кипения паронаполнение составляет e=0,4 ¸ 0,6. Принимаем e = 0,5.

Плотность водных растворов KOH по корпусам при t = 15 ⁰C равна [1]:

r₁ = 1054 кг/м³; r₂ = 1085,3 кг/м³; r₃ = 1163 кг/м³.

При определении плотности растворов в корпусах пренебрегаем изменением её с повышением температуры ввиду малого значения коэффициента объёмного расширения и ориентировочно принятого значения e.

Давления в среднем слое кипятильных труб корпусов [1]:

МПа

МПа

МПа

 

 

Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты испарения растворителя [2]. Данные представлены в таблице 3.

 

Таблица 3.

Температуры кипения и теплоты испарения растворителя

Давление Рср, МПа	Температура tср, °С	Теплота испарения r, кДж/кг
Р1 ср =0,291	t1 ср =132,5	rвп 1 =2167
Р2 ср =0,179	t2ср =116,8	rвп 2 =2211,8
Р3 ср =0,0295	t3ср =68,7	rвп 3 =2336,9

 

Определим гидростатическую депрессию по корпусам

(10)

 

Сумма гидростатических депрессий равна:

 

Температурная депрессия определяется по уравнению:

(12)

 

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

D¢_атм – температурная депрессия при атмосферном давлении [1].

 

Значение D¢по корпусам:

 

 

 

Сумма температурных депрессий:

 

Температуры кипения растворов в корпусах [1]:

(13)