Алексеев П.Г., Захаров М.К., Таран А.Л. Тепловой расчет двухкорпусных прямоточных выпарных установок с равными поверхностями нагрева

Подождите немного. Документ загружается.

- 40 -

Учебное издание

Алексеев Пётр Григорьевич

Захаров Михаил Константинович

Таран Александр Леонидович

Методическое пособие

по тепловому расчёту двухкорпусных

прямоточных выпарных установок

с равными поверхностями нагрева

Подписано в печать с готового оригинал-макета _______________

Гарнитура Times New Roman. Формат 60×90/16. Усл. печ. л. 3.

Бумага офсетная. Печать офсетная. Отпечатано на ризографе.

Тираж _______________ экз. Заказ №_______________.

ИПЦ МИТХТ им. М. В. Ломоносова

117571, г. Москва, пр-т Вернадского, 86

Федеральное агентство по образованию

Российской Федерации

Московская государственная академия

тонкой химической технологии

имени М. В. Ломоносова

Кафедра процессов и аппаратов

химической технологии

П. Г. Алексеев, М. К. Захаров, А. Л. Таран

Методическое пособие

по тепловому расчёту двухкорпусных

прямоточных выпарных установок

с равными поверхностями нагрева

Москва

2007 год

- 2 -

УДК 66.02 (076.1)

ББК 35.114

Рецензент: доктор технических наук, профессор И. М. Ага-

янц, МИТХТ имени М. В. Ломоносова.

Тепловой расчёт двухкорпусных прямоточных выпарных

установок с равными поверхностями нагрева: Методическое по-

собие / П. Г. Алексеев, М. К. Захаров, А. Л. Таран. – М.: ИПЦ

МИТХТ им. М. В. Ломоносова, 2007. – 40 с.: ил.

Компьютерная вёрстка: Р. А. Жаков.

Данное методическое пособие является дополнением к

учебнику «Общий курс процессов и аппаратов химической тех-

нологии», выпущенного кафедрой ПАХТ в 2

томах, и являю-

щегося основой лекционного материала для студентов 3

го

курса

дневного отделения бакалавриата всех направлений и студентов

го

курса вечернего отделения. Оно обеспечивает самостоятель-

ную подготовку к семинарским занятиям и курсовому проекти-

рованию по разделу «Выпаривание растворов».

В пособии приведён расчёт двухкорпусной выпарной уста-

новки, как правило, состоящей из подогревателя исходного рас-

твора, узла концентрирования раствора и барометрического

конденсатора смешения. В конце пособия приведены приложе-

ния, содержащие необходимые при расчёте табличные данные.

Завершает пособие библиографический список литературы, ре-

комендуемой студентам для самостоятельного изучения.

Пособие соответствует программе дисциплины «Процессы

и аппараты химической технологии», разработанной на основа-

нии рекомендаций государственных образовательных стандар-

тов, и утверждено библиотечно-издательской комиссией

МИТХТ имени М. В. Ломоносова в качестве методического по-

собия.

- 39 -

Для заметок

- 38 -

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.

1. Айнштейн В.Г., Захаров М.К., Носов Г.А. Общий курс про-

цессов и аппаратов химической технологии. В 2-х книгах.

Книга 1. – М.: Логос, 2006. – 912 с.

2. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и за-

дачи по курсу процессов и аппаратов химической техноло-

гии. – Л.: Химия, 1987. – 576 с.

3. Чернобыльский И. И. и др. Машины и аппараты химиче-

ских производств. – М.: ГНТИ, 1959. – 462 с.

4. Алексеев П. Г. Методические указания к дисциплине «Теп-

ловые процессы». – М.: ИПЦ МИТХТ им. М. В. Ломоносо-

ва, 2004. – 83 с.

5. Теплофизические свойства неорганических веществ. Труды

Ташкентского политехнического института. – М.: ИПЦ

МИТХТ им. М. В. Ломоносова, 1986. – 26 с.

6. Лащинский А. А., Толчинский А. Р. Основы конструирова-

ния и расчёта химической аппаратуры. – Л.: Машинострое-

ние, 1970. – 752 с.

7. Выпарные вертикальные трубчатые аппараты общего на-

значения. Каталог-справочник. Укр. НИИХИММАШ, 1972.

– 65 с.

8. Алексеев П. Г., Захаров М. К. Методические указания к

курсовому проектированию прямоточных много корпусных

выпарных установок с равными поверхностями нагрева. –

М.: ИПЦ МИТХТ им. М. В. Ломоносова, 1999. – 71 с.

9. Таран А. Л. Выпаривание растворов. Задачник. – М.:

МИТХТ им. М. В. Ломоносова, 2003. – 65 с.

10. Борисов Г. С., Брыков В. П., Дытнерский Ю. И. и др.

Основные процессы и аппараты химической технологии. –

М.: Химия, 1991. – 496 с.

11. Машины и аппараты химических и нефтехимических

производств. Т. IV-12 / М. Б. Генералов, В. П. Александров,

В. В. Алексеев и др.; Под общ. ред. М. Б. Генералова – М.:

Машиностроение, 2004. – 832 с.

12. Гельперин Н. И. Основные процессы и аппараты хи-

мической технологии. – М.: Химия, 1981. – 810 с.

- 3 -

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

Основные усл. обозначения и индексы............................................... 4

1. Общие положения........................................................... 5

1.1. Выпаривание................................................................. 5

1.2. Задание на расчёт 2

-корпусной выпарной установки (ВУ)............

1.3. Схема 2

-корпусной ВУ с указанием символики потоков веществ....

1.4. Описание технологической схемы ВУ…................................

1.5. Справочные данные греющего пара и исходного раствора............

2. Расчёт узла концентрирования раствора 2

-корпусной ВУ.............

2.1. Количество выпариваемого растворителя................................

2.2. Температуры кипения раствора и температурные депрессии..........

2.2.1. Стандартные температурные депрессии..................................

2.2.2.

Определение температуры кипения раствора и температурной д

е-

прессии во II корпусе по правилу Бабо....................................

2.3. Суммарная полезная разность температур................................

2.3.1.

Температуры кипения растворов и температуры вторичных

паров в

корпусах ВУ..................................................................

2.3.2. Энтальпия греющих и вторичных паров..................................

2.4. Тепловые балансы (ТБ) корпусов ВУ......................................

2.5. Поверхность теплообмена выпарного аппарата..........................

2.5.1. Предварительные расчёты...................................................14

2.5.2. Уравнение теплопередачи и его решение.................................

2.5.3. Проверка на сходимость результатов решения 1

го

приближения......

2.6. Расход греющего пара.......................................................

3. Расчёт барометрического конденсатора смешения......................

3.1. Рабочий режим конденсатора...............................................

3.2. Расход охлаждающей воды.................................................

3.3. Размеры конденсатора.......................................................

3.4. Расчёт вакуум-насоса........................................................

4. Расчёт подогревателя исходного раствора................................

4.1. Общие положения............................................................

4.2. Температурный напор.......................................................

4.3. Тепловой баланс............................................................. 23

4.4. Поверхность теплообмена..................................................

Приложение...............................................................................

Таблица №1. Физические свойства воды на линии насыщения....................

Таблица №2. Физические свойства водяного пара на линии насыщения.........

Таблица №3. Концентрации некоторых водных растворов, кипящих при атм

о-

сферном давлении при различных температурах....................................

Таблица №4. Физико-химические свойства растворов..............................

К расчёту процесса теплопередачи в ВА..............................................

Библиографический список..............................................................

- 4 -

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И ИНДЕКСЫ.

Основные условные обозначения.

Параметр Символ Единица измерения

Высота H м

Вязкость динамическая μ Па×с, Н×с/м

Вязкость кинематическая ν м

/с

Давление P Па, Н/м

Диаметр d м, мм

Концентрация массовая a % масс.

Коэффициент теплоотдачи α Вт/(м

×К)

Коэффициент теплопередачи K Вт/(м

×К)

Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м×К)

Критерий Нуссельта Nu –

Критерий Прандтля Pr –

Критерий Рейнольдса Re –

Плотность ρ кг/м

Поверхность теплопередачи F м

Производительность ВУ S кг/с, т/ч

Производительность по испаряемой воде W кг/с, т/ч

Расход греющего пара D кг/с, т/ч

Температура T, t °С

Теплоёмкость C

Дж/(кг×К), Дж/(моль×К)

Теплота парообразования r Дж/кг, Дж/моль

Энтальпия h Дж/кг, Дж/моль

Индексы.

Индекс Значение Индекс Значение

В Вода К Конечный парам.

ВП Вторичный пар Н, 0 Начальный парам.

Г Греющий пар СР Среднее знач.

Ж Жидкая фаза СТ Стенка

Индекс Значение

1, 2, 3 1

ый

, 2

ой

и 3

ий

корпус ВУ

- 37 -

К расчёту процесса теплопередачи в ВА.

Рис. 1. Распределение температур в 2

-корпусной ВУ.

Рис. 2. Теплопередача в I корпусе ВУ.

- 36 -

Продолжение таблицы 4.4.

Температура, °С

Раствор

Конц.

масс. %

20 40 60 80 100 T

КИП

KOH

3,93

3,76

3,40

3,08

2,79

2,47

3,95

3,76

3,40

3,07

2,78

2,45

3,94

3,77

3,42

3,08

2,78

2,44

3,97

3,80

3,44

3,09

2,80

2,46

4,00

3,83

3,47

3,12

2,83

2,47

4,00

3,83

3,48

3,15

2,86

2,53

LiOH

4,01

3,80

3,97

3,77

3,97

3,77

3,99

3,78

4,02

3,81

4,02

3,81

3,91

3,68

3,22

2,75

2,37

1,99

3,87

3,63

3,19

2,75

2,35

1,97

3,87

3,63

3,19

2,75

2,35

1,97

3,90

3,66

3,20

2,76

2,35

1,98

3,93

3,69

3,22

2,76

2,36

1,98

3,93

3,69

3,23

2,76

2,36

1,98

Ca(NO

)

4,00

3,84

3,52

3,20

2,90

2,61

3,97

3,80

3,49

3,18

2,88

2,58

3,97

3,80

3,49

3,18

2,88

2,58

3,99

3,82

3,51

3,20

2,89

2,60

4,02

3,84

3,53

3,21

2,91

2,61

4,02

3,84

3,53

3,21

2,92

2,62

(NH

)

4,03

3,81

3,61

3,36

3,14

3,98

3,78

3,57

3,33

3,11

3,98

3.77

3,58

3,32

3,10

4,01

3,79

3,58

3,33

3,11

4,04

3,81

3,59

3,34

3,11

4,04

3,81

3,59

3,34

3,11

4,02

3,87

3,79

3,60

3,48

3,98

3,84

3,69

3,57

3,44

3,98

3,83

3,69

3,56

3,44

4,01

3,86

3,72

3,57

3,45

4,03

3,87

3,72

3,57

3,45

4,03

3,87

3,72

3,58

3,46

3,91

3,65

3,37

3,11

3,86

3,85

3,62

3,35

3,09

2,84

3,83

3,61

3,36

3,10

2,85

3,81

3,62

3,36

3,11

2,86

3,81

3,63

3,38

3,12

2,88

3,81

3,63

3,39

3,12

2,88

- 5 -

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

Теплотехнический расчёт многокорпусных выпарных уста-

новок (ВУ) является самостоятельной работой студента, бази-

рующейся не только на дисциплине «Процессы и аппараты хи-

мической технологии», но и на ряде других дисциплин (среди

которых: «Инженерная графика», «Техническая термодинами-

ка», «Техническая механика» и пр.).

При работе над расчётом студент комплексно использует

полученные знания применительно к решению конкретной за-

дачи по аппаратурно-технологическому оформлению опреде-

лённого процесса в промышленном масштабе, получает первые

навыки проектирования промышленных аппаратов.

1.1. Выпаривание.

Выпариванием [1] называется процесс концентрирования

растворов, заключающийся в частичном или полном удалении

растворителя путём его испарения при кипении. Получаемый в

процессе выпаривания раствор называют упаренным, а отво-

димый пар растворителя – вторичным паром. При выпарива-

нии удаляют часть растворителя, так как конечный продукт

должен оставаться в текучем состоянии, чтобы его можно было

бы передавать в другие аппараты (корпуса).

Важнейшим параметром выпаривания является темпера-

тура кипения раствора t

, которая в значительной степени за-

висит от природы растворённого твёрдого вещества, его кон-

центрации a и внешнего давления P. Разность между темпера-

турой кипения раствора t

и температурой кипения чистого рас-

творителя t

при одинаковом давлении называется температур-

ной депрессией δ

= t

– t

для раствора данной концентрации

а.

В литературе [2, 9], как правило, приводятся лишь данные

по температурам кипения и депрессиям растворов различных

солей при атмосферном давлении в зависимости от их концен-

трации, так называемые стандартные значения. При давлении

больше или меньше атмосферного эти значения будут отли-

- 6 -

чаться в большую или меньшую сторону, и для их нахождения

требуются перерасчёты.

Целью теплотехнического расчёта выпарной установки яв-

ляется определение поверхностей теплообмена подогревателя

и корпусов ВУ и их основных размеров, а также выявление

режимных характеристик процесса выпаривания (температу-

ры, давления, концентрации и прочих).

Процесс выпаривания является весьма энергоёмким, по-

скольку 1 кг. греющего пара удаляет из раствора около

0,8 – 0,9 кг вторичного пара. С целью экономии энергии приме-

няют ряд инженерных решений [1 – 3], среди которых есть ис-

пользование многокорпусных ВУ, где в качестве греющего пара

применяется вторичный пар в последующих корпусах (кроме

первого).

1.2. Задание на расчёт 2

-корпусной ВУ.

Выполнить теплотехнический расчёт прямоточной выпар-

ной установки непрерывного действия с предварительным по-

догревом исходного раствора в вертикальном кожухотрубчатом

теплообменном аппарате (ТА) и с созданием вакуума в конден-

саторе смешения, а также определить расходы греющего пара и

охлаждающей воды.

Исходные данные:

ü Выпариваемый раствор: водный раствор сульфата аммония

((NH

)

);

ü Производительность ВУ: S

= 17 т/ч = 4,72 кг/с;

ü Количество корпусов: 2;

ü Концентрация растворённого вещества:

o начальная: а

= 14 % масс.;

o конечная: а

= а

= 45 % масс.;

ü Температура раствора:

o на входе в подогреватель: t

= 15 °С;

o на входе в I корпус: t

≅ t

°С (как правило, соответствует

температуре кипения раствора в I корпусе, либо прини-

мается меньше температуры греющего пара на 25 – 35

°С);

- 35 -

4.4. Теплоёмкость (C

, кДж/(кг×К)).

Температура, °С

Раствор

Конц.

масс. %

20 40 60 80 100 T

КИП

NaCl

3,98

3,85

3,36

3,93

3,81

3,33

3,90

3,76

3,31

3,84

3,71

3,28

3,80

3,65

3,23

3,79

3,65

3,20

NaNO

4,03

3,88

3,58

3,30

3,94

3,80

3,52

3,25

3,94

3,80

3,52

3,25

3,99

3,85

3,57

3,30

4,06

3,92

3,63

3,35

4,02

3,86

3,64

3,29

3,63

3,53

3,41

3,67

5,55

3,44

3,74

3,56

3,46

3,91

3,76

3,64

4,18

3,17

3,65

4,20

4,18

4,10

CaCl

3,97

3,78

3,60

3,94

3,75

3,57

3,93

3,76

3,56

3,96

3,78

3,58

3,98

3,78

3,58

3,98

3,78

3,60

MgCl

3,94

3,70

3,48

3,90

3,66

3,45

3,88

3,65

3,42

3,92

3,68

3,44

3,93

3,69

3,45

3,94

3,70

3,48

CuSO

3,92

3,68

3,45

3,83

3,63

3,41

3,81

3,58

3,37

3,80

3,58

3,36

3,76

3,56

3,33

3,76

3,55

3,33

KNO

4,02

3,86

3,70

3,93

3,81

3,68

3,98

3,81

3,67

4,01

3,83

3,72

4,03

3,89

3,74

4,03

3,90

3,74

4,02

3,86

3,98

3,22

3,98

3,22

4,01

3,85

4,04

3,88

4,05

3,89

NaOH

4,03

3,88

3,55

3,27

3,03

2,05

4,00

3,85

3,53

3,26

3,01

2,83

3,99

3,85

3,53

3,26

3,01

2,83

4,01

3,86

3,55

3,27

3,02

3,84

4,04

3,89

3,57

3,28

3,03

3,84

4,04

3,90

3,58

3,29

3,06

3,90

- 34 -

Продолжение таблицы 4.3.

Температура, °С

Раствор

Конц.

масс. %

20 40 60 80 100 T

КИП

KNO

0,983

0,913

0,893

0,646

0,636

0,634

0,484

0,479

0,474

0,372

0,371

0,376

0,303

0,306

0,313

0,297

0,303

0,309

NaOH

1,24

1,65

3,72

13,49

25,9

40,0

0,80

1,05

2,10

4,53

9,00

15,1

0,57

0,74

1,34

2,54

4,45

7,03

0,43

0,55

0,93

1,58

2,53

3,77

0,350

0,44

0,70

1,08

1,58

2,25

0,34

0,42

0,62

0,86

1,15

1,5

(NH

)

1,05

1,11

1,35

1,88

0,69

0,74

0,91

1,28

0,50

0,54

0,67

0,95

0,39

0,42

0,52

0,75

0,31

0,34

0,42

0,61

0,31

0,34

0,41

0,60

0,98

0,96

0,94

0,96

0,67

0,68

0,70

0,49

0,50

0,51

0,52

0,53

0,38

0,40

0,41

0,42

0,31

0,32

0,33

0,34

0,31

0,32

0,95

0,92

0,90

0,89

0,94

1,09

0,65

0,64

0,63

0,66

0,71

0,82

0,47

0,49

0,50

0,52

0,56

0,64

0,37

0,38

0,41

0,42

0,47

0,54

0,30

0,31

0,34

0,36

0,40

0,46

0,30

0,31

0,34

0,35

0,38

0,44

- 7 -

ü Температура охлаждающей воды на входе в конденсатор:

= 15 °С;

ü Давление во втором корпусе: P

ВАК

= P

= 0,101 × 10

Па;

ü Количество экстра-пара, отбираемого из I корпуса: E

= 0,2 т/ч = 0,056 кг/с;

ü Давление греющего пара: P

= 3,43 × 10

Па.

1.3. Схема 2

-корпусной ВУ с указанием символики

потоков веществ.

Рис. 1. Технологическая схема 2

-корпусной ВУ.

1.4. Описание технологической схемы ВУ.

Водный раствор сульфата аммония с параметрами S

= 4,72 кг/с; t

= 15 °С, a

= 14 % масс. поступает в трубное про-

- 8 -

странство подогревателя (П) (см. рис. 1), где он за счёт теплоты

конденсации греющего пара P

= 3,43 × 10

Па, подаваемого в

межтрубное пространство, нагревается до температуры, близ-

кой к температуре кипения раствора в I корпусе. Подогретый

раствор поступает в I корпус, обогреваемый греющим паром.

Раствор в трубах, кипит при температуре t

, и в виде смеси

(пар + жидкость) поступает в сепарационное пространство, где

происходит её разделение на вторичный пар с параметрами W

;

; h

и упаренный раствор с параметрами S

; t

; a

, которые вы-

водятся из корпуса.

Упаренный раствор из I корпуса передавливается во II кор-

пус. Во втором корпусе происходит его дальнейшее упаривание

до заданной конечной концентрации a

= a

за счёт теплоты, от-

даваемой при конденсации вторичного пара, поступающего из I

корпуса. Часть вторичного пара из I корпуса в виде экстра-пара

E идёт на производственные нужды. Циркуляция раствора в ап-

парате может быть естественной или принудительной. Ниже

приведён расчёт ВУ при естественной циркуляции раствора.

Вторичный пар из II корпуса с параметрами W

; h

; θ

по-

ступает в барометрический конденсатор смешения [3], где он,

контактируя с водой, конденсируется, значительно уменьшая

свой объем, в результате чего образуется вакуум.

1.5. Справочные данные греющего пара

и исходного раствора.

По давлению греющего пара находим [2, 4]:

ü температура греющего пара: T

= 138 °С;

ü энтальпия пара: h

= 2737 кДж/кг;

ü энтальпия конденсата: h

= 580 кДж/кг;

ü теплота парообразования: r = 2156 кДж/кг;

ü теплопроводность конденсата: λ = 0,68 Вт/(м×К);

ü плотность конденсата: ρ

= 925 кг/м

;

ü вязкость конденсата: μ

= 0,195 × 10

–3

Па×с.

- 33 -

4.3. Вязкость (ν × 10

/с).

Температура, °С

Раствор

Конц.

масс. %

20 40 60 80 100 T

КИП

NaCl

1,034

1,099

1,356

0,693

0,734

0,902

0,501

0,542

0,659

0,396

0,433

0,611

0,321

0,344

0,418

0,319

0,339

0,393

NaNO

0,998

1,004

1,033

1,085

0,664

0,680

0,760

0,882

0,493

0,516

0,554

0,659

0,385

0,404

0,429

0,506

0,309

0,534

0,342

0,402

0,308

0,332

0,333

0,380

1,120

1,264

1,907

0,734

0,832

1,177

0,538

0,606

0,834

0,411

0,465

0,621

0,338

0,386

0,497

0,338

0,382

0,489

CaCl

1,058

1,171

1,337

0,707

0,783

0,915

0,514

0,577

0,680

0,398

0,452

0,554

0,325

0,370

0,440

0,322

0,365

0,428

MgCl

1,136

1,386

1,751

0,710

0,870

1,093

0,494

0,608

0,750

0,369

0,453

0,554

0,301

0,357

0,432

0,288

0,348

0,413

Ca(NO

)

0,96

1,02

1,30

1,90

3,04

5,93

0,66

0,70

0,86

1,20

1,86

3,46

0,50

0,53

0,62

0,82

1,27

2,25

0,39

0,41

0,48

0,62

0,93

1,61

0,31

0,32

0,38

0,48

0,83

1,22

0,31

0,32

0,37

0,46

0,69

1,07

KOH

1,062

1,142

1,368

1,838

2,913

5,706

0,708

0,769

0,934

1,228

1,835

3,232

0,517

0,564

0,693

0,900

1,277

2,081

0,40

0,439

0,546

0,696

0,954

1,450

0,325

0,360

0,447

0,564

0,749

1,083

0,320

0,350

0,426

0,510

0,645

0,850

CuSO

1,163

1,345

1,575

0,753

0,872

0,983

0,535

0,621

0,680

0,408

0,474

0,507

0,326

0,379

0,397

0,326

0,377

0,395

0,954

0,979

0,659

0,674

0,493

0,499

0,391

0,396

0,322

0,326

0,321

0,323

- 32 -

Продолжение таблицы 4.2.

Температура, °С

Раствор

Конц.

масс. %

20 40 60 80 100 T

КИП

KOH

1044

1090

1186

1287

1393

1509

1037

1082

1177

1278

1385

1498

1027

1073

1167

1266

1373

1485

1016

1061

1154

1252

1357

1468

1003

1047

1140

1237

1341

1450

1002

1045

1135

1225

1315

1390

1044

1090

1190

1298

1414

1440

1037

1083

1180

1287

1403

1529

1020

1074

1170

1276

1391

1517

1017

1062

1158

1264

1379

1504

1002

1047

1143

1253

1367

1492

1001

1046

1143

1250

1362

1483

LiOH

1054

1107

1047

1099

1037

1090

1025

1078

1013

1064

1013

1064

Ca(NO

)

1037

1076

1163

1261

1376

1510

1029

1068

1155

1252

1366

1499

1020

1059

1144

1241

1354

1486

1009

1047

1132

1227

1339

1469

999

1034

1118

1212

1322

1451

999

1033

1116

1206

1316

1440

(NH

)

1028

1057

1115

1172

1223

1021

1050

1108

1164

1220

1012

1041

1098

1158

1211

1001

1030

1088

1154

1202

988

1018

1078

1135

1191

988

1018

1077

1133

1188

1014

1029

1043

1057

1070

1007

922

1036

1050

1063

999

1013

1027

1041

1054

987

1002

1016

1038

1044

975

991

1006

1021

1035

975

989

1003

1018

1031

1039

1092

1127

1175

1225

1032

1079

1115

1162

1212

1022

1062

1104

1151

1200

1014

1056

1094

1138

1187

998

1046

1082

1126

1174

997

1045

1090

1122

1158

- 9 -

Раствор (NH

)

ü средняя температура раствора (в первом приближении

принимаем температуру подогрева раствора на 25 – 35 °С

ниже температуры греющего пара) t'

= 105 °С:

15105

t60C;

′

===

ü плотность: ρ

= 1073 кг/м

;

ü вязкость кинематическая: ν = 0,675 × 10

–6

/с;

ü теплоёмкость:

= 3,69 кДж/(кг×К);

ü теплопроводность: λ = 0,618 Вт/(м×К).

Конструкционный материал ВУ:

ü сталь марки ОХ21Н5Т [6];

ü теплопроводность стали: λ = 17,2 Вт/(м×К).

2. РАСЧЁТ УЗЛА КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ РАСТВОРА

-КОРПУСНОЙ ВУ.

2.1. Количество выпариваемого растворителя.

Общее количество выпариваемого растворителя и его рас-

пределение по корпусам.

WS117000111710

кг/ч 3,25 кг/с.







=−=−==

В первом приближении распределяем количество выпарен-

ного растворителя по корпусам одинаково, но с учётом экстра-

пара:

ü во II корпусе:

WE11710200

W5750

кг/ч 1,6 кг/с.

−−

====

ü в I корпусе:

= W – W

= 11710 кг/ч – 5750 кг/ч = 5955 кг/ч = 1,65 кг/с.

Рабочие концентрации раствора:

ü в I корпусе:

4,7214

a21,5%

масс.

SW4,72

1,65

===

−−

ü во II корпусе (проверка):

- 10 -

4,721,65

aa21,545%

масс.

SW4,7

23,25

−

==×=

−−

При отклонении конечной концентрации раствора от за-

данной необходимо искать ошибку в расчёте.

2.2. Температуры кипения раствора и температурные

депрессии.

2.2.1. Стандартные температурные депрессии [2].

Ниже в таблице 1 приведены стандартные температурные

депрессии раствора (NH

)

(при P

СТ

= 0,981 × 10

Па – атмо-

сферное стандартное давление).

Таблица №1.

Стандартные температурные депрессии.

а, % 10 20 30 35 40 45

СТ

, °С

0,7 1,6 2,9 3,7 4,7 5,9

Стандартная температурная депрессия в I корпусе (a

= 21,5 %) находится методом интерполяции:

СТ

= 1,65 °С.

2.2.2. Определение температуры кипения раствора и

температурной депрессии во II корпусе по правилу Бабо.

Температура вторичного пара во II корпусе находится [2]

по P

= 1,01 × 10

Па:

= 45,4 °С.

Стандартная температурная депрессия во II корпусе (a

= 45 %) δ

СТ

= 5,9 °С, тогда температура кипения раствора соот-

ветственно будет равна [2]:

СТ

= 105,9 °С.

Давление насыщенных паров воды при t

[2]:

СТ

= 1,25 × 10

Па.

Давление насыщенных паров воды при температуре кипе-

ния раствора t

по правилу Бабо составит:

- 31 -

4.2. Плотность (ρ, кг/м

Температура, °С

Раствор

Конц.

масс. %

20 40 60 80 100 T

КИП

NaCl

1034,0

1070,7

1108,5

1149,9

1026,8

1062,4

1099,3

1137,7

1017,2

1052,3

1088,7

1126,8

1005,6

1040,5

1076,8

1114,6

992,4

1027,6

1063,9

1101,7

992

1027

1063

1098

NaNO

1032,3

1067,4

1104,2

1142,9

1225,6

1317,5

1024,6

1058,4

1094,0

1131,4

1212,2

1302,1

1014,6

1047,9

1082,1

1118,7

1190,0

1287,6

1002,7

1034,8

1068,7

1104,7

1183,0

1271,5

988,8

1020,3

1054,5

1090,1

1167,4

1255,5

988

1020

1053

1088

1165

1252

1044,2

1091,5

1140,6

1191,5

1036,6

1082,5

1130,8

1181,9

1027,4

1072,8

1120,2

1169,6

1015,7

1060,9

1108,8

1156,9

1002,3

1047,5

1094,6

1142,0

1002

1047

1094

1141

CaCl

1040

1084

1129

1033

1076

1121

1024

1066

1111

1033

1055

1100

1000

1043

1088

999

1042

1086

MgCl

1039

1082

1125

1033

1075

1116

1024

1066

1110

1013

1056

1100

1001

1044

1089

1000

1043

1086

CaSO

1051

1107

1168

1043

1099

1160

1034

1089

1149

1022

1077

1136

1010

1064

1122

1010

1084

1122

KNO

1028

1063

1098

1021

1054

1088

1012

1044

1077

1000

1032

1063

987

1017

1049

987

1016

1048

1034

1070

1026

1063

1017

1053

1006

1041

993

1029

993

1026

NaOH

1054

1109

1219

1328

1430

1325

1046

1100

1208

1315

1416

1511

1036

1090

1196

1303

1403

1497

1024

1077

1183

1239

1389

1483

1012

964

1170

1276

1375

1469

1010

1062

1104

1263

1355

1430