Выпарной аппарат

К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м² ∙ К);

Р – давление, Мпа;

Q – тепловая нагрузка, кВт;

q – удельная тепловая нагрузка, Вт/м²;

r – теплота парообразования, кДж/кг;

T, t – температура, град;

W, w – производительность по испаряемой воде, кг/с;

x – концентрация, % (масс.);

α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м² ∙ К);

ρ – плотность, кг/м³;

μ – вязкость, Па ∙ с;

λ – теплопроводность, Вт/(м  ∙ К);

σ – поверхностное натяжение, Н/м;

Re – критерий Рейнольдса;

Nu – критерий Нуссельта;

Pr – критерий Прандтля.

Индексы:

1, 2, 3 – первый, второй, третий  корпус выпарной установки;

в – вода;

вп – вторичный пар;

г – греющий пар;

ж – жидкая фаза;

к – конечный параметр;

н – начальный параметр4

ср – средняя величина;

ст – стенка.

 

 

1. Определение  поверхности теплопередачи выпарных аппаратов

 

Поверхность теплопередачи  каждого корпуса выпарной установки  определяют по основному уравнению  теплопередачи, м²:

 

(1)

 

Для определения тепловых нагрузок Q, коэффициентов теплопередачи К и полезных разностей температур Δt_п необходимо знать распределение упариваемой воды, концентраций растворов и их температур кипения по корпусам. Эти величины находят методом последовательных приближений.

Первое приближение.

Производительность установки  по выпариваемой воде определяют из уравнения  материального баланса:

 

(2)

 

где – расход упариваемого раствора, кг/с; начальная концентрация раствора, % (масс.); конечная концентрация раствора, % (масс.).

Подставив, получим:

 кг/с.

 

1.1 Расчёт концентраций  упариваемого раствора

 

Распределение концентраций раствора по корпусам установки зависит  от соотношения нагрузок по выпариваемой воде в каждом аппарате. В первом приближении на основании практических данных принимают, что производительность по выпариваемой воде распределяется между корпусами в соответствии с соотношением:

 

 

где производительность по испаряемой воде в первом корпусе, кг/с; производительность по испаряемой воде во втором корпусе, кг/с; производительность по испаряемой воде в третьем корпусе, кг/с;

Тогда

 

 кг/с,

 кг/с,

 кг/с.

 

Далее рассчитывают концентрации растворов в корпусах:

 

(7,9 %),

(12,24 %),

(30%).

 

Концентрация раствора в  последнем корпусе х₃ соответствует заданной концентрации упаренного раствора х_к.

 

 

1.2 Определение  температур кипения растворов

 

Общий перепад давлений в  установке равен, МПа:

 

(3)

 

где давление греющего пара в первом корпусе, МПа; давление греющего пара в барометрическом конденсаторе, МПа.

Подставив, получим, МПа:

 

 

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

 

Р_Г1 = 0,4

 

Давление пара в барометрическом  конденсаторе:

 

 

Что соответствует заданной величине Р_БК.

По давлениям паров  находим их температуры и энтальпии [2]:

 

 

 

 

 

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 последующем корпусе  на сумму температурных потерь от температурной (Δ^’), гидростатической (Δ^”) и гидродинамической (Δ^”’) депрессий.

Гидродинамическая депрессия  обусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений  трубопроводов при переходе из корпуса  в корпус. Обычно в расчётах принимают  Δ^”’ = 1,0 – 1,5 град на корпус. Примем для каждого корпуса Δ^”’ = 1 град. Тогда температуры вторичных паров в корпусах (в °С) равны:

 

 °С

 °С

 °С

 

Сумма гидродинамических  депрессий:

 

 °С

 

По температурам вторичных  паров определим их давления [2]: