Определение температур кипения растворов

 

Общий перепад давлений в установке равен:

где общий перепад давлений в установке, Па; давление греющего пара в 1-ом корпусе, Па; давление пара в барометрическом конденсаторе, Па.

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

где давления греющих паров в 1-ом, 2-ом и 3-ем корпусах, Па; общий перепад давлений в установке, Па.

 

Давление пара в барометрическом конденсаторе:

где давление греющего пара в 3-ем корпусе, Па; общий перепад давлений в установке, Па.

Это соответствует заданной величине . В зависимости от давления паров по табл.1. Приложения находим температуры и энтальпии:

Давление, Па	Температура, С	Энтальпия, кДж/кг

 

При определении температуры кипения растворов в аппаратах исходим из следующих допущений. Распределение концентраций раствора в выпарном аппарате с интенсивной циркуляцией соответствует модели идеального перемешивания.  Поэтому концентрацию кипящего раствора принимаем конечной в данном корпусе и, следовательно, температуру кипения раствора – при конечной концентрации.

По высоте кипятильных труб происходит изменение температуры кипения вследствие изменения гидростатического давления столба жидкости. Температуру кипения раствора в корпусе принимаем 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 , включающих в себя температурную (), гидростатическую () и гидродинамическую () депрессии.

Гидродинамическая депрессия  вызвана потерей давления паром на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчётах принимают равной 1,0  1,5 С на корпус. Примем  для каждого корпуса по 1 С, тогда температуры вторичных паров в корпусах будут равны:

где температуры вторичных паров в 1-ом, 2-ом и 3-ем корпусах, температуры греющих паров во 2-ом и 3-ем корпусах, ; температура пара в барометрическом конденсаторе, .

Сумма температурных потерь, вследствие гидродинамических депрессий, будет определена:

.

В зависимости от температур вторичных паров по табл.1 Приложения определим их давления:

Температура, С	Давление, Па

 

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

где давление в среднем слое кипящего раствора каждого корпуса, Па; давление вторичного пара в корпусе, Па;  плотность кипящего раствора, кг м³; ускорение свободного падения, м/с²; высота кипятильных труб в аппарате, м; паронаполнение (объёмная доля пара в парожидкостной смеси), м³/м³.

Для выбора значения  ориентировочно оценим поверхность теплопередачи выпарного аппарата F_ор. При кипении растворов принимаем удельную тепловую нагрузку аппаратов с принудительной циркуляцией раствора в корпусах q = = 80000 100000 Вт/м². Примем q = 90000 Вт/м², тогда для первого корпуса ориентировочная поверхность будет равна:

где ориентировочная поверхность теплопередачи выпарного аппарата, м²; тепловая нагрузка, Вт; удельная тепловая нагрузка, Вт/м²; производительность 1-го корпуса по выпариваемой воде, кг/с; теплота парообразования вторичного пара, (по табл.1 Приложения).

По ГОСТ 11987-81 (табл.2 Приложения) аппараты с принудительной циркуляцией, соосной греющей камерой и вынесенной зоной кипения (тип 3, исполнение 2) имеют высоту кипятильных труб 6 м при диаметре труб d_н=38 мм и толщине стенки = 2 мм.

При пузырьковом (ядерном) режиме кипения паронаполнение составляет  Примем . Плотность растворов MgCl₂ (табл.3 Приложения) по корпусам при  равна:

При определении плотности раствора в корпусах пренебрегаем изменением её с повышением температуры от  до температуры кипения в связи с малым значением коэффициента объёмного расширения и ориентировочным значением величины

Давление в среднем слое кипятильных труб по корпусам равно:

Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты испарения растворителя (табл.1 Приложения):

Давление, Па	Температура, С	Теплота испарения, кДж/кг

 

Гидростатическая депрессия по корпусам:

где температуры вторичных паров в 1-ом, 2-ом и 3-ем корпусах,

Сумма гидростатических депрессий равна:

Температурная депрессия  определяется по уравнению:

где температура паров в среднем слое кипятильных труб, К; теплота парообразования, кДж/кг; температурная депрессия при атмосферном давлении (табл.4 Приложения).

Тогда температурная депрессия по корпусам равна:

Сумма температурных депрессий:

Температуры кипения раствора по корпусам:

В аппаратах с вынесенной зоной кипения как с принудительной, так и с естественной циркуляцией кипение раствора происходит в трубе вскипания, устанавливаемой над греющей камерой. Кипение в греющих трубках предотвращается за счёт гидростатического столба жидкости в трубе вскипания. В греющих трубках происходит перегрев жидкости по отношению к температуре кипения на верхнем уровне раздела фаз, поэтому в этих аппаратах температуру кипения раствора определяют без учёта гидростатических температурных потерь