Основы выбора ВА конструктивные материалы

А. ВА должны отвечать требованиям:

1) просты, компакты, надежны в работе и эксплуатации;

2) иметь высокую производительность

3) допускать большие напряжения поверхности нагрева и высокие КТП при минимальной массе и стоимости 1 м² поверхности нагрева.

ВА с многократной естественной циркуляцией растворов – при выпарки некристаллизующихся и пенящихся растворов.

ВА с естественной циркуляцией, высокой греющей камерой и кипением раствора в трубах – не образующих значительного осадка на греющей поверхности, и пенящихся растворов.

ВА с принудительной циркуляцией растворов или в ВА со свободно падающей пленкой – для сильно кристаллизующихся растворов умеренной вязкости (до 0,05 Па*с).

ВА с восходящей пленкой и соосной греющей камерой – пенящиеся некристаллизующиеся растворы.

ВА с погружными горелками – для концентрирования минеральных кислот и солей.

АПГ изготавливают из легированных сталей или цветных металлов; корпуса футеруют кислотоупорными материалами: керамической, углеграфитовой плиткой или резиной, полихлорвинилом и др.

Для изготовления ВА применяют углеродистые, кислотостойкие стали и медь.

Для изготовления оболочек, соприкасающихся с морской водой, применяют сталь Ст3 1X18H10T; внутренне устройства – нержавеющей стали 12X18HAT. Детали, соприкасающиеся с паром и дистиллятом, изготавливают из углеродистой стали.

Для выпаривания высококонцентрированных растворов щелочи применяют чугунные ВА с медной поверхностью теплообмена.

Расчет выпарного аппарата

Материальный баланс.

Из материального баланса определяют количество выпаренной воды и конечную концентрацию раствора. Уравнение материального баланса имеет вид:

 

(4-1)

здесь G_TH и G_TK – массовые расходы начального (исходного) и конечного (упаренного) раствора, кг/с; W – массовый расход выпариваемой воды, кг/с.

Уравнение материального баланса по абсолютно сухому веществу, находящемуся в растворе:

(4-2)

где x_H и x_K – массовые доли растворенного вещества в начальном и конечном растворе.

Из (4-1) и (4-2) определяются:

1) - количество упаренного раствора;

2) - конечная концентрация раствора;

3) - количество выпаренной воды;

4) - количество выпаренной воды, приходящейся на 1кг раствора начальной концентрации.

Тепловой баланс

Введем дополнительные обозначения:

Q – расход теплоты на выпаривание, Вт;

С_H и C_K – удельная теплоемкость начального и конечного раствора, Дж/(кг*К);

t_H и t_K – температура начального и конечного раствора на входе и выходе аппарата, °С;

h_ВТ (i_ВТ) – удельная энтальпия вторичного пара на выходе из аппарата, Дж/кг;

Q_пот – расход тепловых потерь в окружающую среду, Вт.

Тепловой баланс однокорпусной установки:

G_HC_Ht_H – приход тепла с поступающим растворов;

C_TKC_Kt_K – расход тепла с уходящим раствором;

Q – отдается греющим паром;

Wh_ВT – расход тепла с вторичным паром;

Q_пот – потери в окружающую среду.

Складывая почленно приходы и расходы теплоты уравнение теплового баланса примет вид:

 

	(4-3)
	(4-4)

 

где С_В – удельная теплоемкость воды при t_K, Дж/(кгК)

В тепловом балансе должны учитываться так же затраты теплоты на дегидратацию, т.е. на повышение концентрации раствора, которая обычно мала и ей можно пренебречь.

Q_ПОТ в растворах принимаются равными (3-5%) от тепловой нагрузки аппарата.

Пренебрегая потерями теплоты Q_ПОТ и теплотой дегидратации, имеем:

(4-5)

– расход теплоты на нагрев исходного раствора до t_КИП;

- расход теплоты на испарение воды.

Расход греющего пара D_П:

(4-6)

- удельная энтальпия сухого насыщенного пара, Дж/кг;

- удельная энтальпия конденсата при t_КОНД, Дж/кг;

- паросодержание греющего пара;

- удельная теплота конденсации греющего пара, Дж/кг.

Удельный расход греющего пара на выпаривание:

(4-7)

 

Площадь поверхности теплообмена

Из уравнения теплопередачи имеем:

(4-8)

здесь Q – теплота нагрузки аппарата, Вт;

- КТП, зависящий от удельной тепловой нагрузки, температуры и концентрации раствора;

Δt_ПОЛ – полезная разность температур, равная разности температур насыщения греющего пара t_Г.П. и кипения раствора t_КИП.

(4-9)

В (4-8) Δt_ПОЛ выражает средный температурный напор Δt_СР.