Проектирование многоступенчатой выпарной установки
2.2 Концентрация раствора и давление пара по ступеням МВУ
Количество раствора, переходящее из одной ступени МВУ в другую, можно определить по соотношениям:
, (11)
Концентрация выпариваемого раствора на выходе из ступени,b, % мас., определяется по уравнениям:
; ;
,
и для любой ступени формула принимает следующий вид:
; (12)
Общий перепад давления в МВУ определяется как:
(13)
, бар.
При предварительном расчете предполагается, что перепады давления пара по ступени будут одинаковыми, т.е.
(14)
бар.
Тогда давление вторичного пара в паровом пространстве аппаратов составит:
I-я ступень: ;
II-я ступень: ;
III-я ступень: ; и так далее.
2.3 Определение полезного перепада температур на МВУ
а) Физико-химическая температурная депрессия для каждой ступени выпаривания определяется по уравнению:
(15)
где - значение температурной депрессии при атмосферном давлении, С. Табличные значения в зависимости от концентрации заданного раствора можно получить из справочников [I,4,6,7,II,I3,I4,27,30]. При определении в выпарных аппаратах принимают концентрацию раствора на выходе из аппарата. Только для прямоточных аппаратов расчет ведут по средней концентрации раствора в аппарате:
;
- поправка на давление. На промпредприятиях выпаривание часто ведут под различным давлением, отличным от атмосферного как в большую, так и в меньшую стороны. В таких случаях поправку на давление вычисляют по формуле И.А. Тищенко
(16)
- температура кипения чистого растворителя (воды), К, при давлении вторичного пара в аппарате; определяется по давлению из [3]:
- теплота парообразования воды при давлении вторичного пара в аппарате; определяется по давлению из [3]:
б) Гидростатическая температурная депрессия учитывается в выпарных аппаратах с вертикальным контуром естественной циркуляции. Определение ее происходит следующим образом.
За счет слоя кипящей жидкости в кипятильной трубке получаем дополнительное гидростатическое давление
(17)
где - величина “кажущегося” уровня в аппарате, м.
рекомендуется принимать в зависимости от свойств раствора от 0,3 до 0,8 высоты кипятильных трубок. Меньшие значения принимаются для первых ступеней, большие - для последних;
- плотность раствора в аппарате, кг/м3. Определяется по концентрации и ориентировочной температуре кипения раствора в данной ступени из [4]:
- ускорение свободного падения, =9,81 м/с2.
Гидростатический эффект вызывает повышение температуры кипения раствора, что является причиной возникновения гидростатической температурной депрессии , С.
Определяется действительное давление на середине высоты слоя кипящего раствора в трубках как :
(18)
где - давление вторичного пара в сепараторе выпарного аппарата, Па:
По вычисленному действительному давлению из [3,4] находят температуру насыщения . Соответственно по давлению из [3,4] также определяем температуру насыщения при отсутствии гидростатического эффекта :
Теперь гидростатическую температурную депрессию можно вычислить по формуле:
; (19)
Гидростатическая температурная депрессия увеличивается с понижением давления и для аппаратов с естественной циркуляцией находится в пределах от 0,5 в первых ступенях до 35 С при работе под вакуумом.
в) Гидродинамическая температурная депрессия возникает вследствие гидродинамических сопротивлений в паропроводах, соединяющих соседние ступени МВУ. Эти сопротивления приводят к незначительному снижению давления насыщенного пара и связанному с этим снижению температуры насыщения, которое в каждом интервале между ступенями на практике составляет 0,51,5 С и в среднем может быть принято . многоступенчатый выпарная установка пар
Общий температурный перепад на МВУ:
; (20)
где - температура конденсации вторичного пара последней ступени, С.
Разность между температурой конденсации греющего пара и средней температурой кипения раствора в выпарном аппарате называют полезной разностью температур. Полезная разность температур на всю МВУ будет меньше общего (располагаемого) перепада на величину суммы всех температурных потерь, т.е.
(21)
где - сумма физико-химических температурных депрессий во всех ступенях установки, С;
- сумма гидростатических температурных депрессий во всех ступенях установки, С;
- сумма гидродинамических температурных депрессий во всех интервалах между ступенями установки, С.