Определение температурных потерь

 

Температурные потери в выпарном аппарате обусловлены температурной , гидростатической и гидродинамической депрессиями.

а) Гидродинамическая депрессия вызвана потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трения и местных сопротивлений паропроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчётах принимают = 1,0 – 1,5 ºС на корпус. Примем = 1 ºС, тогда температуры вторичных паров в корпусах равны:

 

tвп1 = tГ2 + = 130,1+1=131,1 ºС

tвп2 = tГ3 + = 110,6+1=111,6 ºС

tвп3 = tбк + =60+1=61 ºС

 

Сумма гидродинамических депрессий:

 

ºС

 

По температурам вторичных паров определим их давления и теплоты парообразования (табл. 2.2).

Таблица 2.2 – Давления и теплоты парообразования

Температура,ºС Давление, МПа Теплота парообразования, КДж/кг
tвп1=131,1 Pвп1=0,4 rвп1=2175,9
tвп2=111,6 Pвп2=0,2733 rвп2=2229,9
tвп3=61 Pвп3=0,1466 rвп3=2354,8

 

б) Гидростатическая депрессия обусловливается наличием гидростатического эффекта, заключающегося в том, что вследствие гидростатического давления столба жидкости в трубах выпарного аппарата температура кипения раствора по высоте труб неодинакова. Величина не может быть точно рассчитана ввиду того, что раствор в трубах находится в движении, причем величина зависит от интенсивности циркуляции и изменяющейся плотности парожидкостной эмульсии, заполняющей большую часть высоты кипятильных труб. Приблизительно расчет возможен на основе определения температуры кипения в среднем поперечном сечении кипятильных труб. Величина определяется как разность температуры кипения в среднем слое труб и температуры вторичного пара ():

(2.5)

Для того, чтобы определить нужно найти давление в среднем слое (Pср) и по этому давлению определить температуру в среднем слое (по таблице свойств насыщенного водяного пара). Плотность парожидкостной эмульсии в трубах при пузырьковом режиме кипения принимается равной половине плотности раствора. Плотность раствора (при 100 °С) определяется в зависимости от концентрации раствора в корпусе.

Давление в среднем сечении кипятильных труб (в МПа) равно сумме давлений вторичного пара в корпусе и гидростатического давления столба жидкости (∆Pср ) в этом сечении трубы длиной H:

Pср = Pвп + ∆Pср = Pвп +

Для выбора значения H нужно ориентировочно определить поверхность теплопередачи выпарного аппарата. При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляцией q = 10000 ÷ 30000 Вт/м2. Примем q = 22000 Вт/м2. Тогда поверхность теплопередачи первого корпуса ориентировочно будет равна:

По ГОСТ 11987—81 для выпарного аппарата с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой ближайшая будет поверхность – 63м2 при диаметре труб 38x2 мм и длине труб Н = 4000 мм.

Давления в среднем слое кипятильных труб корпусов равны:

P1ср = Pвп1 +МПа

P2ср = Pвп2 +МПа

P3ср = Pвп3 +МПа

Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты парообразования (табл. 2.3):

Таблица2.3 – Температуры кипения и теплоты парообразования

Давление, МПа Температура,ºС Теплота парообразования, кДж/кг
P1ср = 0,2893 t1ср=132,3 r1ср=2172,7
P2ср = 0,1614 t2ср=113,4 r2ср=2224,8
P3ср = 0,0307 t3ср=69,5 r3ср=2234

 

Определяем гидростатическую депрессию по корпусам

Сумма гидростатических депрессий составляет:

 

в) Температурная депрессия определяется по уравнению:

, (2.6)

где Тср =(tср + 273), К; – температурная депрессия при атмосферном давлении, ºС; – теплота парообразования вторичного пара, кДж/кг.

Определяется величина как разность между температурами кипения раствора и чистого растворителя (воды) при атмосферном давлении. Температуры кипения раствора при атмосферном давлении в зависимости от концентрации даны в справочной литературе, например, [2].

Находим значение по корпусам:

ºС

ºС

ºС

Сумма температурных депрессий равна:

Тогда температуры кипения растворов по корпусам равны:

 

ºС

ºС

ºС

 

2.3 Расчёт полезной разности температур

Необходимым условием передачи тепла в каждом корпусе является наличие некоторой полезной разности температур греющего пара и кипящего раствора.

Полезные разности температур по корпусам равны:

ºС

ºС

ºС

 

Общая полезная разность температур:

ºС

Проверим общую полезную разность температур: