Визначення загальної кількості випареного розчинника

 

Загальну кількість випареного розчинника знаходимо з рівняння матеріального балансу випарної установки.

 

W = G_п(1 – X_п /X_к) кг/с (3.1)

 

де W – кількість випареного розчинника, кг/с; G_п – продуктивність установки за вихідним розчином, кг/с; X_п і X_к – початкова і кінцева концентрації розчину, % мас.

 

W = 2,2 * (1- 10/25) =1,32 кг/с.

 

Кількість утвореного концентрованого розчину складе:

G_к = G_п – W (3.2)

G_к = 2,2 – 1,32 = 0,88 кг/с.

 

Вибір тиску вторинної пари

У вибраній схемі вторинна пара використовується для підігрівання розчину до температури t_п = 40⁰С, тому її температура повинна бути на 8 – 10⁰ вище за кінцеву температуру нагрівання розчину [4]:

Т_вт.п. = t_п + (8 – 10⁰)

 

Т_вт.п. = 40 + 10 = 50 ⁰С.

Відповідно до температури пари за таблицею LVII [4] знаходимо її тиск,

Р_вт.п. = 0,01258 МПа.

Визначення температурного режиму випарного апарата

Температура кипіння розчину у випарному апараті:

 

t_к = Т_вт + D’ + D’’ (3.3)

 

де D’ – температурна депресія;

D’’ – гідростатична депресія.

Температурна депресія залежить від концентрації розчину, тиску, природи розчиненої речовини і наводиться в посібниках [4,5] при атмосферному тиску.

При визначенні температури кипіння розчину приймаються наступні допущення [5]:

1) Розподіл концентрацій розчину у випарному апараті відповідає моделі ідеального перемішування. Тому концентрацію киплячого розчину приймають рівною кінцевій в даному корпусі.

2) Зміна температури кипіння розчину по висоті кип'ятильних труб відбувається внаслідок зміни гідростатичного тиску стовпа рідини. Температуру кипіння розчину в корпусі приймають при відповідній температурі кипіння в середньому шарі рідини.

Температурну депресію розчину карюоната натрія визначаємо при кінцевій концентрації Х_к = 25%, яка становить D’_атм = 7⁰С при атмосферному тиску [5]. Температурну депресію при будь-якому тиску знаходимо за формулою [8]:

, (3.4)

 

де Т_вт – абсолютна температура вторинної пари,

Т_вт =273 + 50 = 323 К;

D’_атм – температурна депресія при атмосферному тиску,⁰С;

r –теплота пароутворення вторинної пари при Т_вт =50⁰С,[4],

r = 2380 кДж/кг.

.

 

Тоді температура кипіння розчину в сепараторі складе:

 

t_кип = Т_вт + D’ =50 + 4,98 = 54,98⁰С.

 

Гідростатична депресія обумовлена різницею тисків у середньому шарі киплячого розчину і на його поверхні.

Тиск у середньому шарі киплячого розчину Р_ср кожного корпуса визначається за рівнянням [4]:

Р_ср = Р_вт + r_р*g*Н_р/2, (3.5)

 

де r_р –- густина киплячого розчину, при Х_к = 25%, [3];

Н_р – висота рівня розчину в кип'ятильних трубках в апараті, визначається по водомірному склу, в залежності від висоти кип’ятильних трубок Н_тр, м.

Для вибору значення Н_тр необхідно орієнтовно оцінити поверхню теплопередачі випарного апарата F_ор. При кипінні водних розчинів можна прийняти питоме теплове навантаження апаратів із природною циркуляцією q = 20 000 – 50 000 Вт/м², з вимушеною циркуляцією q = 40 000 – 80 000 Вт/м² [9], тоді орієнтовна поверхня теплопередачі першого корпуса дорівнює:

 

F_ор = Q/q = W*r’/q (3.6)

 

F_ор = 1,32*2380*10³/50 000 = 62,83 м²,

 

За ГОСТ 11987 – 81 (Аппараты выпарные, трубчатые) найближча поверхня складе F = 67 м², при висоті труб Н_тр = 4 м (тип 1, виконання 2).

Оптимальний рівень розчину при випарюванні водних розчинів в апаратах з природнью циркуляцією розраховується за формулою [4].

 

Н_р = Н_опт = [0,26 + 0,0014 (r_р - r_в)]*Н_тр, (3.7)

 

де r_р, r_в – густина розчину і води при температурі кипіння, t_кип = 54,98⁰С),

r_р= 1098 кг/м³, (при середній концентрації розчину NaCl 15,5%) [3],

для води r_в = 985,5 кг/м³ [4].

Тоді:

Н_опт = [0,26 + 0,0014(1098 – 985,5)]*4 = 1,67 м.

 

Р_ср = 0,1258 + (0,5*1098*9,8*1,67)*10^-5 = 0,2156кг/м³.

 

Такому тискові відповідає температура t_ср = 61,2⁰С [4].

Гідростатична депресія за рахунок гідростатичного стовпа рідини складе:

 

D’’ = t_ср - Т_вт.п (3.8)

 

D’’ = 61,2-50 = 11,2

 

Звідси, середня температура кипіння розчину у корпусі складе:

 

t_кип = Т_вт + D' + D'' (3.9)

 

t_кип = 50+4,98+11,2= 66,2⁰C;

 

Визначення корисної різниці температур в установці

 

Загальна різниця температур в установці [8]:

 

Dt_заг = Т_г.п – Т_б.к., (3.10)

 

де Т_г.п – температура гріючої пари при тиску Р_г.п.= 0,2 МПа; Т_г.п. =119,6⁰С [4].

Т_б.к. – температура конденсації вторинної пари, що надходить в барометричний конденсатор:

 

Т_к = Т_вт. - D''' (3.11)

 

Т_к = 50 – 1 = 49⁰C.

де D''' – гідравлічна депресія, яку приймаємо в межах 1 1,5⁰С [8].

Загальна різниця температур в установці складе:

 

Dt_заг = 119,6 – 49 = 70,6⁰С.

 

Корисна різниця температур: [8]

 

Dt_к = Dt_заг – SD_вт (3.12)

 

Dt_к = 70,6 – 17,2 = 53,4⁰С.

 

де SD_вт – сума температурних втрат:

 

SD_вт = D' + D''+ D''' = 4,98+11,2 + 1 = 17,2⁰С.

 

Перевірка корисної різниці температур в апараті:

 

Dt_к = Т_г.п – t_кип.=119,6 – 66,2 = 53,4⁰С.