Визначення гідростатичної депресії.

Гідростатичну депресію Δ^'' визначають згідно залежності (3.8)[3], для кожного корпусу окремо, Δ^''=t_в(і)-t_{в.п (і)},

де t_в(і)- температура кипіння води в середньому шарі кип’ятильних труб, а t_{в.п (і)} – температура вторинної пари визначена в п.2.2.

Оскільки, при визначенні орієнтовної поверхні теплопередачі F_ор згідно (3.7)[3], отримують різні значення F_ор для кожного корпусу, то, виходячи з умови рівності поверхонь нагрівання корпусів, необхідно підібрати один випарний апарат згідно ГОСТ 11987-81 з поверхнею теплопередачі, яка відповідає розрахованій F_ор для кожного корпусу.

В першому наближенні, тиск в середньому шарі кип’ятильних труб Р_сер визначається за рівнянням (3.6.а)[3]: Р_сер = р_{втор.пари} + (ρ_р·g·H_опт /2), де згідно (3.6.б)[3] Н_опт = Н[0.26+0.0014(ρ_р- ρ_в)].

– оптимальний рівень розчину в трубах випарного апарату, м; ρ_р і ρ_в – густина розчину (при кінцевій концентрації в апараті) і води при температурі кипіння, кг/м³; (оскільки, температури кипіння наперед невідомі, то з достатньою для технічних розрахунків точністю приймають густини при температурі вторинної пари в апараті);

Для вибору висоти труби Н необхідно орієнтовно визначити площу поверхні теплопередачі випарного апарата F_ор по (3.7) [3] і вибрати параметри апарата згідно ГОСТ 11987 – 81.

Приймаємо для апаратів з природною циркуляцією q = 30000 Вт/м².

Тоді по корпусах (орієнтовно), згідно (3.7)[3]:

F_ор = Q/q = (W·r)/ q

де Q – теплове навантаження випарного апарату, Вт; r – теплота пароутворення вторинної пари, Дж/кг (визначається за тиском вторинної пари по таблицях властивостей насиченої водяної пари (табл. LVII) [1]); q - питоме теплове навантаження апарату Вт/м²

F₁ = 0,49∙2214,3∙10³/30000 = 36,2 м²;

F₂ = 0,58∙2355,6∙10³/30000 = 45,5 м²;

Приймаємо за ГОСТ 11987 – 81 випарний апарат з площею поверхні теплопередачі F = 50м², довжина труб 6 м, діаметром труб 38Х2мм.

Таким чином, тиск в середньому шарі кип’ятильних труб корпусів, згідно (3.6.а) і (3.6.б)[3]:

p_1сер = 0,182 + 0,5∙6[0,26 + 0,0014(1058,96 - 945,16)]∙9,81∙1058,96∙10^-6 = 0,1951 МПа;

ְ p_2сер = 0,021 + 0,5∙5[0,26 + 0,0014(1097,35 – 982,65)]∙9,81∙1097,35∙10^-6 = 0,03458 МПа;

Даним тискам відповідають наступні температури кипіння [1]:

 

 

Тиск, МПа Температура кипіння,°С Теплота пароутворення, кДж/кг

 

p_1сер=0,1951 t_в.1 = 118,8 2209

p_2сер=0,03458 t_в.2 = 72,1 2328

 

Визначаємо гідростатичну депресію по корпусах:

∆₁′′ = 118,8-117,3=1,5°C;

∆₂′′ = 72,1-60,7=11,4°C;

 

Сума гідростатичних депресій по корпусах, (3.32):

ΣΔ^''= Δ₁^'' + Δ₂^''

∑ ∆′′ = 1,5+11,4=12,9°C.

 

Визначення температурної депресії.

Температурна депресія по корпусах при атмосферному тиску і даній температурі визначається за даними табл. ХХХVI [1]:

Корпус Концентрація NaOH, % Температура кипіння, °С Депресія, °С

1 7,21 102,4 2,4

2 15 105,3 5,3

 

Температурні депресії по корпусах з врахуванням тисків в них:

Δ ^' =16.2 Т²Δ^' _атм /r(3.9)

Т – температура парів в середньому шарі кип’ятильних труб, яка дорівнює (t_в +273)К;

r – теплота випаровування води при даному тиску (Р_сер), Дж/кг;

Δ ^'_атм – температурна депресія при атмосферному тиску, К

 

∆₁′ = 16,2(273 +118,8)²∙2,4/(2209∙10³) = 2,7 °C;

∆₂′ = 16,2(273 +72,1)²∙5,3 /(2328∙10³) = 4,4 °C;

 

Сума температурних депресій по корпусах, (3.33)[3]:

ΣΔ^'= Δ₁^' + Δ₂^'

∑ ∆′ = 2,7+4,4=7,1 °C.

 

Температура кипіння розчинів по корпусах, (3.34)[3]:

- для 1-го корпусу t_кип1= Т_п.(1)+ Δ₁^' + Δ₁^'' + Δ₁^'''

-для 2-го корпусу t_кип2= Т_п.(2)+ Δ₂^' + Δ₂^'' + Δ₂^'''

 

 

- для 1-го корпусу t_кип1 = 116,3+2.7+1,5+1,0=121,5°C;

-для 2-го корпусу t_кип2 = 59,7+7,1+11,4+1,0=79,2°C;

 

Визначення корисних різниць температур.

Загальна корисна різниця температур для всієї установки, (3.35)[3]:

Δt^заг_кор. = Т_г.п. - t_б.к - Σ Δ = Т_г.п. - t_б.к – (Σ Δ^' + Σ Δ^'' + Σ Δ^''')

∆t ^заг_кор. = 137,9-59,7-7,1-12,9-2=56,2°С

Корисні різниці температур по корпусах дорівнюють, (3.36) [3]:

- для 1-го корпусу Δt_кор1 = Т_г.п.- t_{кип (1)}.

- для 2-го корпусу Δt_кор2 = Т_г.п.(1)-t_{кип (2)}

 

∆t_кор1 = 137,9-121,5=16,4°С;

∆t_кор2 = 116,3-79,2=37,1 °С;

 

Визначення теплових навантажень по корпусах.

Вихідні дані для розрахунку

Корпус

1 2

Кількість вихідного розчину, кг/с 1,6 1,1

Концентрація вихідного розчину, % 5 7,21

Температура вихідного розчину, °С 130 121,5

Температура випареного розчину, °С 121,5 79,2

Теплоємність вихідного розчину,

Дж/(кг∙К) 4079 4075

Ентальпія вторинної пари, Дж/кг 2709∙10³ 2607∙10³

Теплота пароутворення граючої пари,

Дж/кг 2156∙10³ 2213∙10³

Складаємо теплові баланси по корпусах, згідно (3.38)[3]. Витрату гріючої пари в 1-му корпусі, продуктивність кожного корпуса по випареній воді і теплові навантаження по корпусах визначаємо шляхом спільного вирішення системи рівнянь теплових балансів по корпусах і рівняння балансу по воді для всієї установки:

де 1,05 і 1,03 коефіцієнти, які враховують втрати тепла в навколишнє середовище.

G_г.п. - масова витрата гріючої пари, кг/с;

r_г.п – питома теплота конденсації гріючої пари,

G_п. - масова витрата вихідного розчину, кг/с;

c_п - питома теплоємність вихідного розчину, Дж/(кг·К);t₁ – температура розчину, який поступає в апарат, °С;

W – масова витрата випареної води, кг/с;

і_вт - питома ентальпія вторинної пари на виході з сепараційного простору випарного апарату, Дж/кг (визначають за тиском парів в паровому просторі випарного апарата, або за тиском в барометричному конденсаторі (табл. LVII) [1]);

G_к - масова витрата випареного розчину, кг/с;

c_к - питома теплоємність випареного розчину, Дж/(кг·К);

t_кип - температура кипіння розчину, °С;

 

 

Q₁ = G_г.п.∙2156∙10³ = [1,6∙4079(121,5-130) + W₁(2709∙10³ - 4190∙121,5)]∙1,05;

Q₂=W₁∙2213,6∙10³ = [1,1∙4075(79,2-121,5) + W₂(2607∙10³ – 4190∙79,2)]∙1,03;

1,07= W₁ + W₂.

 

Розв’язок системи рівнянь дає наступні результати:

G_г.п.= 0,5кг/с; W₁ = 0,47 кг/с; W₂ = 0,60 кг/с;

Так як розходження між розрахованими значеннями навантажень по випарюваній воді в кожному корпусі і попередньо прийняті не перевищують 3%, перераховувати параметри процесу не будемо.

Теплові навантаження в корпусах:

Q₁ =2156∙10³∙0,5 = 1078∙10³ Вт;

Q₂ = 2213∙10³∙0,47 = 1040,11∙10³ Вт;