Температуры кипения растворов

 

Общий перепад давлений в установке равен:

ДР_об = Р_{г 1} - Р_бк = 650 000 - 15 000 = 635 000 Па.

 

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

Р_г2 = Р_г1 - ДР_об/3 = 650 000 - 635 000 /3 = 440 000 Па;

Р_г3 = Р_г2 - ДР_об/3 = 440 000 - 635 000 /3 = 227 000 Па.

 

Давление пара в барометрическом конденсаторе

Р_бк = Р_г3 - ДР_об/3 = 227 000 - 635 000 /3 = 20 000 Па,

 

что соответствует заданному значению Р_бк.

По давлениям паров находим их температуры и энтальпии:

Р, Па	t, ^oC	I, кДж/кг
Рг1 = 650 000	t г1 = 161,15	I 1 = 2759,5
Рг2 = 440 000	t г2 = 136,02	I 2 = 2741,8
Рг3 = 227 000	t г3 = 123,06	I 3 = 2710,68
Рбк = 20 000	t бк = 53,88	I бк = 2598,43

 

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 следующем корпусе на сумму температурных потерь ∑Д от температурной (Д’), гидростатической (Д") и гидродинамической (Д’’’) депрессий

 

∑Д = Д’ + Д" + Д’’’.

 

Гидродинамическая депрессия обусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Примем для каждого корпуса Д’’’ = 1 град. Тогда температуры вторичных паров в корпусах равны:

t _вп1 = t _г2 + Д₁’’’ = 161,15 + 1,0 = 137,02 ^оС;

t _вп2 = t _г3 + Д₂’’’ = 136,02+ 1,0 = 124,06 ^оС;

t _вп3 = t _бк + Д₃’’’ = 53,88+ 1,0 = 54,88 ^оС.

Сумма гидродинамических депрессий:

∑Д’’’ = Д₁’’’ + Д₂’’’ + Д₃’’’ = 1,0 + 1,0 + 1,0 = 3 ^оС.

 

По температурам вторичных паров определим их давления. Они равны соответственно:

Р_вп1 = 345 000 Па;

Р_вп2 = 204 000 Па;

Р_{вп 3} = 15 700 Па.

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

Р_ср = Р_вп + с g H (1 - е)/2. (1.3)

 

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 _ор. Примем удельную тепловую нагрузку аппарата (q) равной 40 000 Вт/м ³. тогда поверхность теплопередачи 1-го корпуса ориентировочно равна:

 

,

 

где r ₁ - теплота парообразования вторичного пара, Дж/кг.

По ГОСТ 11987-81 трубчатые аппараты с естественной циркуляцией с сосной греющей камерой (тип 1, исполнение 1) состоят из кипятильных труб высотой 3 и 4 м при диаметре d _н = 38 мм и толщине стенки д_ст = 2 мм. Примем высоту кипятильных труб Н = 4 м.

Примем паронаполнение (е) равным 0,5. плотность водных растворов, в том числе раствора NH₄Cl, при температуре 20 ^оС и соответствующих концентрациях в корпусах равна:

с₁ = 1118 кг/м³;

с₂ = 1077 кг/м³;

с₃ = 1395 кг/м³.

При определении плотности растворов в корпусах пренебрегаем изменением ее с повышением температуры от 20 ^оС до температуры кипения ввиду малого значения коэффициента объемного расширения и ориентировочно принятого значения е.

Давления в среднем слое кипятильных труб корпусов равны:

Р_1ср = Р_вп1 + с₁ g H (1 - е)/2 = 345 000 + 4 ∙ 1118∙ 9,8 (1-0,5)/2 = 356000 Па;

Р_2ср = Р_вп2 + с₂ g H (1 - е)/2 = 204 000 + 4 ∙ 1077 ∙ 9,8 (1-0,5)/2 = 215000 Па;

Р_3ср = Р_вп3 + с₃ g H (1 - е)/2 = 15 700 + 4∙ 1395 ∙ 9,8 (1-0,5)/2 = 29 000 Па.

 

Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты испарения растворителя:

 

Р, МПа	t, ^oC	r, кДж/кг
Р1ср = 0,356	t 1ср = 150,26	r вп1 = 2125,8
Р2ср = 0,215	t 2ср = 124,53	r вп2 = 2176,3
Р3ср = 0,029	t 3ср = 66,56	r вп3 = 2337,8

 

Определим гидростатическую депрессию по корпусам:

Д₁’’ = t _1ср - t _{вп 1} = 150,26 - 137,02 = 13,24 ^оС;

Д₂’’ = t _2ср - t _{вп 2} = 124,53 - 124,06= 0,47 ^оС;

Д₃’’ = t _3ср - t _{вп 3} = 66,56 - 54,88 =11,68 ^оС.

 

Сумма гидростатических депрессий

∑Д’’ = Д₁’’ + Д₂’’ + Д₃’’ = 13,24 + 0,47 + 11,68 = 25,39 ^оС.

 

Температурную депрессию определим по уравнению

Д’ = 1,62 ∙ 10^-2 ∙ Д’_атм ∙ Т ²/r_вп, (1.4)

 

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

Д’_атм - температурная депрессия при атмосферном давлении.

Находим значение Д’ по копусам:

Д’₁ = 1,62 ∙ 10^-2 ∙ (150,26+ 273,0)² ∙ 3,34/2125,8 = 6,15 ^оС;

Д’₂ = 1,62 ∙ 10^-2 ∙ (124,53+ 273,0)² ∙ 5,62/2176,3 = 6,32 ^оС;

Д’₃ = 1,62 ∙ 10^-2 ∙ (66,56+ 273,0)² ∙ 23,6/2337,8 = 18,87 ^оС.

Сумма температурных депрессий

∑Д’ = Д₁’ + Д₂’ + Д₃’ = 6,15+6,32+18,87= 31,34 ^оС.

 

Температуры кипения растворов в корпусах равны:

t _к1 = t_г2 + Д₁’ + Д₁’’ + Д₁’’’ = 136,02 + 6,15+13,24+1,0 = 156,41 ^оС;

t _к2 = t_г3 + Д₂’ + Д₂’’ + Д₂’’’ = 123,06 + 6,35 + 0,47 + 1,0 = 130,85 ^оС;

t _к3 = t_бк + Д₃’ + Д₃’’ + Д₃’’’ = 53,88 + 18,87 + 11,68 + 1,0 = 85,43 ^оС.