Расчет выпарного аппарата. Расчет абсорбера. Расчет теплообменных аппаратов

Глава 2.Технологический расчет

2.1. Расчет выпарного аппарата

2.1.1. Определение температуры кипения раствора

  Количество испаряемой воды определяется из материального баланса.

Для определения поверхности теплопередачи выпарного аппарата необходимо знать значение полезной разности температур, коэффициент теплопередачи и тепловую нагрузку.

Полезная разность температур:

Разность между температурой греющего пара и температурой кипения раствора в аппарате называют полезной разностью температур

где - температура кипения раствора.

Таблица 2.1.

Свойства водяного пара для разных давлений

Затем последовательно определяем различные виды температурных потерь.

Общая разность температур больше полезной разности температур на величину температурных потерь :

Температурные потери составляют:

,

где ,,- соответственно температурная, гидростатическая и гидравлическая депрессии.

Температурную депрессию рассчитывают как разность между температурой кипения раствора t_К и температурой вторичного пара t_В.П., равной температуре кипения чистого растворителя:

Δt_ТД = 172 – 100 = 72 ºC – нормальная температурная депрессия при x_К и P_АТМ.

Потери полезной разности температур от гидравлического давления Δt_ГД рассчитывается на середину слоя раствора, находящегося в аппарате.

Давление на середину слоя Р_ср жидкости равно:

Р_ср = Р_в.п. + 0,5·ρ_р·g·H_ур, где

- давление  вторичных паров, Р_в.п. = 0,08·10⁵ Па;

- плотность фосфорной кислоты, ρ_H3PO4 =1748 кг/м³;

- высота уровня раствора  в греющей камере,  м;

Р_ср = 0,08·10⁵ + 0,5·1748·9,8·4 = 42260 Па

Температура кипения воды при Р_ср = 42260 Па составляет 76,5 ºC. Следовательно, гидростатическая депрессия:

Δt_ГД = 76,5 – 41,1 = 35,4 ºC

При расчете однокорпусной установки гидравлическую депрессию принимают равной нулю.

Температура кипения раствора в трубах:

Δt_КИП =41,1 + 72 + 35,4 = 148,5 ºC

Полезная разность температур составит:

Δt_ПОЛ = 189,3 – 148,5 = 40,8 ºC

2.1.2. Уравнение теплового баланса, расход греющего пара

Приход теплоты:

1)  с греющим паром   

2)  с исходным раствором 

Расход теплоты:

3)  с вторичным паром

4)  с концентрированным раствором

5)  с конденсатом

 ,

где   – удельная энтальпия конденсации.

6)  потери теплоты в окружающую среду и на дегидратацию (обезвоживание) принимаем 5% от прихода теплоты, т.е.

, Вт

Общий расход теплоты:

Решая уравнение теплового баланса относительно расхода греющего пара G_y получаем:

 (кг/с)

Таким образом, тепловая нагрузка равна:

Вт

Определяем удельный расход пара на 1  испаряемой воды:

3. После расчета тепловой нагрузки определяем величину коэффициента  , коэффициентов теплопередачи    и 

Коэффициент теплопередачи    рассчитывают по формуле:

,

где  – коэффициент, учитывающий физико-химические свойства конденсата;   – высота кипятильной трубы;   – удельный тепловой поток; ,

где   – коэффициент теплопроводности [6]

  – коэффициент плотности [6]

 – удельная теплота испарения конденсата [6]

 – удельная вязкость конденсата [6]

Коэффициент    рассчитывается по формуле:

, где

  Вт/м·К– теплопроводность раствора при ; [4]

  кг/м³– плотность раствора при ; [4]

  н·м– поверхностное натяжение при ; [4]

 – теплоемкость раствора; [4]

  – динамическая вязкость    [7, с. 90 рис 2.24]

  – плотность вторичного пара при 0,08 атм   [1, с. 548 табл. 39].

  – плотность вторичного пара при атм. давлении

  – теплота парообразования вторичного пара

Физико-химические характеристики растворителя и кипящего раствора можно определить из временного регламента [4].

Результаты расчета коэффициентов теплоотдачи, теплопередачи и полезной разности температур при различных удельных тепловых нагрузках представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2.

Используя табличные данные по определенному ранее значению полезной разности температур Δt_ПОЛ = 40,8 ºC, находим интерполяцией величину рабочей тепловой нагрузки.

4. Определяем поверхность теплопередачи:

После завершения расчёта поверхности теплообмена выбирают  тип выпарного аппарата в соответствии с ГОСТ 11987-81 [8]. В нашем случае: тип 2 исполнение 1.С поверхностью нагрева 125 м². Основные характеристики таких аппаратов показаны в таблице  [5, стр. 78 табл.8,9].

2.2. Расчет абсорбера