Дослідження процесу випарювання їдкого калію, аналіз його виробництва, страница 5

   ,                    (3.1)

де  – поверхня теплопередачі, м²;  – теплове навантаження, Вт;  – коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м²∙ ДО);  – корисна різниця температур, К.

Для визначення теплових навантажень, коефіцієнтів теплопередачі й корисних разностей температур необхідно знати розподіл упаренної води, концентрації розчинів по корпусах і їхньої температури кипіння. Спочатку визначимо ці величини по матеріальному балансу, надалі уточнимо їх по тепловому балансу.

3.1 Розрахунок концентрацій розчину

Продуктивність установки по воді що випарюєм, визначаємо по формулі:

,                                                             (3.2)

де  – продуктивність по випареній воді, кг/з;  – продуктивність по вихідному розчині, кг/з;  – відповідно початкова й кінцева концентрація розчину, масс. частки,

  кг/с.

На підставі практичних даних приймаємо, що вода що випарюється, розподіляється між корпусами в співвідношенні

Тоді:

Перевірка:

W₁+W₂+W₃= W;  0894+ 0,983 + 1,073 = 2,949 кг/с.

Розраховуємо концентрації розчинів у корпусах:

                  

             

Концентрація розчину в третьому корпусі  повинна відповідати заданій концентрації упареного розчину .

3.2 Визначення температур кипіння розчину

Температура кипіння розчину в корпусі  визначається як сума температур пару, що гріє, наступного корпуса і температурних втрат

,                        (3.3)

де  –температурна депресія, К.

 - гідростатична депресія, К;

 - гідравлічна депресія, К.

Для визначення температур пару, що гріє, приймемо, що перепад тисків в установці P  розподіляється між корпусами нарівно:

,                (3.4)

де P_Г1 – тиск пару, що гріє, у першому корпусі, Мпа; Pбк - тиск у барометричному конденсаторі, Мпа.

Тоді тиск парів, що гріють, Мпа, у корпусах становить:

                             P_Г1=0,8 МПа

                             P_Г2 = P_Г1 – ∆P = 0,8 – 0,26 = 0,54 МПа

                             P_Г3 = P_Г2 – ∆P = 0,54 – 0,26 = 0,28 МПа

                             P_бк = P_Г3 – ∆P = 0,28 – 0,26 = 0,02 МПа

По тиску пару, що гріє, знаходимо його температуру і теплоту  паротворення (табл. 3.1) по корпусах.

              Таблиця 3.1 – Температури й теплоти паротворення

Тиск, МПа	Температура, ºС	Теплота паротворення, кдж/кг
PГ1=0,8	tГ1=172	rГ1=2056
PГ2=0,54	tГ2=154	rГ2=2094
PГ3=0,28	tГ3=132,8	rГ3=2170
Pбк=0,02	tбк=59	rбк=2358

3.3 Визначення температурних втрат

Температурні втрати у випарному апарату обумовлені температурною  , гідростатичною  й гідродинамічною  депресіями.

а) Гідродинамічна депресія викликана втратою тиску пару на подолання гідравлічних опорів тертя й місцевих опорів паропроводів при переході з корпуса в корпус. Звичайно в розрахунках приймають  = 1,0 – 1,5 ºС на корпус. Приймемо  = 1 ºС, тоді температури вторинних парів у корпусах рівні:

t_вп1 = t_Г2 +  = 154+1=155 ºС

t_вп2 = t_Г3 +  = 132,8+1=133,8 ºС

t_вп3 = t_бк + =59+1=60 ºС

Сума гідродинамічних депресій:

 ºС

По температурах вторинних парів визначимо їхнього тиску й теплоти паротворення (табл. 3.2).

 Таблиця 3.2– Тиску  й теплоти паротворення

Температура,ºС	Тиск, МПа	Теплота паротворення, КДж/кг
tвп1=155	Pвп1=0,589	rвп1=2095
tвп2=133,8	Pвп2=0,297	rвп2=2172
tвп3=60	Pвп3=0,0197	rвп3=2358

б) Гідростатична депресія  обумовлюється наявністю гідростатичного ефекту, що полягає в тім, що внаслідок гідростатичного тиску стовпа рідини в трубах випарного апарата температура кипіння розчину по висоті труб неоднакова. Величина  не може бути точно розрахована через те, що розчин у трубах перебуває в русі, причому величина  залежить від інтенсивності циркуляції й щільності, що змінюється, парожидкостной емульсії, що заповнює більшу частину висоти кип'ятильних труб. Приблизно розрахунок  можливий на основі визначення температури кипіння в середньому поперечному перерізі кип'ятильних труб. Величина визначається як різниця температури кипіння в середньому шарі труб  і температури вторинного пару ( ):