Испарители масляного и битумного растворов представляют собой полые цилиндры диаметром 1,8 м, длиной 6,8 м и толщиной стенки 2,4 см. Эти аппараты являются котлонадзорными и рассчитаны на рабочее давление в корпусе 25 атм при 150 ˚С. В корпусе испарителя помещен трубный пучок, поверхность нагрева которого равна 200 м2. В трубный пучок испарителя вводится масляный или битумный раствор. Растворы нагреваются до требуемой температуры и при этом испаряется определенное количество пропана. Газообразный пропан с верха испарителя отводится в конденсатор-холодильник.
Концентрация пропана (весовая) в масляном и битумном растворах постепенно снижается от 0,85-0,65 до 0,045-0,050. Весовая концентрация пропана х в уходящем из испарителя масляном растворе определяется формулой
(3.1)
где М1- молекулярный вес пропана, равный 44;
М2- молекулярный вес масла (деасфальтизата);
К – константа равновесия пропана при данных температуре и давлении.
Константой равновесия называется отношение молекулярной концентрации компонента в газовой фазе к молекулярной концентрации данного компонента в жидкой фазе
|
|
(3.2)
где у — молекулярная концентрация компонента в газовой фазе;
х1/— молекулярная концентрация компонента в жидкой фазе.
Как было показано выше, величина константы равновесия зависит от температуры и давления. С повышением температуры величина К увеличивается, а с повышением давления уменьшается.
Тепловая нагрузка испарителя, т. е. количество тепла, отдаваемогo теплоносителем (водяным паром) раствору в течение часа, определяется следующим образом.
Обозначим часовое количество раствора (масляного или битумного), поступающего в испаритель, буквой Gр, весовую концентрацию пропана в растворе, поступающем в испаритель, х1, весовую концентрацию масла или битума 1 — х 1,весовую концентрацию пропана в уходящем из испарителя растворе х2, весовую концентрацию масля или битума в этом же растворе 1— х 2, теплосодержание перегретого пара пропана при температуре выходящего
на испарителя пропана t2 q , теплосодержание жидкого пропана при температуре поступающего в испаритель раствора t1 q , теплосодержание жидкого пропана при температуре уходящего из испарителя раствора t2 q , теплосодержание деасфальтизата I (масла) или битума при t1 q , при температуре t2 q тогда:
часовое количество пропана в растворе, поступающем в испаритель, равно Gрx1;
часовое количество деасфальтизата битума в растворе, поступающем в испаритель:
Gр(1-x1);
часовое количество раствора, уходящего из испарителя:
Gр ; (3.3a)
часовое количество пропана в уходящем растворе
|
|
Gр (3.3 б)
Часовое количество паров пропана, уходящих с верха испарителя:
(3.3 в)
В испаритель поступает тепло:
1) с раствором, состоящим из пропана и масла:
(3.3 г)
2) с водяным паром Q.
Из растворителя уходит тепло:
1) с раствором
(3.3 д)
2) с перегретыми парами пропана
(3.3 е)
3) теряется в атмосферу (3-5 % от количества тепла, внесенного водяным паром)
Qn=0,03-0,05Q
Тепловой баланс испарителя:
Из теплового баланса испарителя определяем количество тепла, внесенного водяным паром в испаритель в течение часа:
(3.4)
Расход водяного пара в испарителе q определяется формулой
(3.5)
где qn - теплосодержание водяного пара, поступающего в трубный пучок испарителя, в ккал/кг;
qж – теплосодержание парового конденсата при выходе из трубного пучка испарителя в ккал/кг.
Коэффициент теплопередачи k поверхности трубного пучка испарителя определяется из формулы
ккал/м2·ч·град (3.6)
где Q – тепловая нагрузка испарителя в ккал/ч;
F – поверхность трубного пучка в м2;
Δ tcp – средняя разность температур.
Пример 1. Определить весовую концентрацию пропана в масляном растворе при температуре 80° С и давлении 20 am, если молекулярный вес масла (деасфальтизата) равен 400.
Решение. Определяем величину константы равновесия пропана при температуре 80° С и давлении 20 am
К = 1,26.
По формуле (3.6) определяем весовую концентрацию пропана в масляном растворе