Расчет температурных депрессий и температур кипения

Условие задачи

 

Рассчитать двухкорпусную выпарную установку непрерывного действия для выпаривания S_o = 12 000 кг/час раствора соли KNO₃ от начальной концентрации a₁ = 8% вес. до конечной a₂ = 55 % вес. Слабый раствор соли подогревается в теплообменнике от t_н = 30 ˚C до t_o = 82 ˚C. Давление греющего пара P_гр = 4,5 ата. Вакуум во втором корпусе составляет P_вак = 690 мм рт. ст. Выпарная установка обсуживается барометрическим конденсатором смешения, питающегося водой с t_в = 20 ˚C. Из первого корпуса отводится E = 300 кг/час экстра-пара.

Определить:

1. Расход греющего пара в выпарном аппарате и подогревателе;

2. Поверхности теплообмена подогревателя и выпарных аппаратов;

3. Расход охлаждающей воды в конденсаторе;

4.  Диаметр и высоту барометрической трубы.

Схема двухкорпусной выпарной установки

Расчет подогревателя

Исходные данные:

S_o = 12 000 кг/час;

a₁= 8 %;

a₂= 55%;

t_н= 30 ^˚C;

t_o= 82 ^˚C;

t_в^’= 20 ^˚C;

а) Справочные данные* f = y = о = 

для раствора а = 8%, t_o = 82 ^˚C

9кгм³

= 3,91×^-6 м²/с

 = · = 3,91×^-6 м²/с·9кгм = 3,94519·1^-3 Па×с

r_р = 2304 кДж/кг

t_нас = 100,7 ^˚C

r = 2253 кДж/кг

657Втм×К

Б) Пересчет единиц

Количество передаваемого тепла от конденсатора к воде

Q = S_o×r_р = 3,33кг/с×2304 кДж/кг = 7672 (кВт)

Расход греющего пара

Д_гр = Q/r = 7672 / 2253 = 3,405 (кг/с)

Подготовка к расчету коэффициента теплопередачи

;     ;       

а) t = t^кон – t^кип = 18,7 ^˚C

б) Расчет A

С = 0,943 (вертикальный теплообменник); Ao = 13·10³.

Для выбора высоты теплообменника надо оценить F_ор, а для этого нужно задаться К (К < _меньш).

К_ор = 1000 Вт/м²; , в каталоге – 497 м².

H = 1400 мм

в) d_n·´s = 38х2 [6, стр. 415]

г)

д) Расчет параметра В

Расчет коэффициента теплопередачи

№ итерации	К новое	К
1	1000	1940,997
2	1940,997	1860,799
3	1860,799	1866,738
4	1866,738	1866,293
5	1866,293	1866,326
6	1866,326	1866,324
7	1866,324	1866,324

 

К_расч = 1866 (итог четвертой итерации)

Расчет поверхности теплообмена

Уточнение подбора по каталогу, при условии, что F_катал > F_расч;    H_катал < 1,4 м

Выбираем одноходовой теплообменник типа ТН или ТЛ: F = 239 м², H = 1,2 м, ×^-3 м.

Расчет двухкорпусной выпарной установки

Исходные данные:

S_o = 12 000 кг/час;

a_o = 8 %;

a₂ = 55 %;

t_н = 30 ˚C;

t_o = 82 ˚C;

P_гр = 4,5 ата = 4,413 бар;

P_вак = 690 мм рт. ст.;

t_в^’= 20 ˚C;

E = 300 кг/час.

а) Справочные данные из [1] и [2]

 

a%, масс	0	5	10	15	20	25	30	40	60	8	55
tкип, ˚С	100	100,5	100,9	101,2		102,1		104,1	108,2	100,7	107,0
= q	1	0,98	0,96	0,94	0, 92	0,9	0,88	0,84	0,76	0,968	0,78

Б) Пересчет единиц

; ; ;

1. Расчет количества выпаренной воды и распределение ее по корпусам. Расчет концентрации a₁

Расчет температурных депрессий и температур кипения

При концентрации a₁ = 17,3%, t_a1  11,4 ˚С;

₁ = t_a1 – t_ст = 101,6 -100,0 = 1,4 ˚C

Во втором корпусе считаем по правилу Бабо.

Абсолютное давление P_II = P_атм – P_вак = 1,033 – 0,842 = 0,191 атм = 0,188 бар

(P_s)_ст берется из таблицы насыщенных паров для температуры кипения раствора при a₂ = 55% (t_кип = 107 ˚С). (P_s)_ст = 1,294 бар. [3, таблица 1].

; (бар)

По давлению 0,240 бар ищем температуру кипения раствора во втором корпусе: t_кип = 64,08 ˚C. Определяем при давлении,188 бар:  58,7 ˚C [3, таблица 2].

Поправка Стабникова не вводится, т.к. растворение соли KNO₃ является эндотермическим [4, таблица XXXVII].

_II = t _кип – _II = 64,0 – 58,7 = 5,3 ˚C.