Однокорпусные выпарные установки


 

Как указывалось, однокорпусная выпарная установка включает лишь один выпарной аппарат (корпус). Рассмотрим принципиальную схему одиночного непрерывно действующего выпарного аппарата с естественной циркуляцией раствора на примере аппарата с внутренней централь­ной циркуляционной трубой (рис. XIII-1).

Аппарат состоит из теплообменного устройства — нагревательной (греющей) ка­меры 1 и сепаратора, 2. Камера и сепаратор могут быть объединены в одном аппарате (рис. XIII-1) или камера может быть выне­сена и соединена с сепаратором трубами (рис. XIII-1). Камера обогревается обычно водяным насыщенным паром, поступающим в ее межтрубное пространство. Конденсат отводят снизу камеры.

Поднимаясь по трубам 3, выпариваемый раствор нагревается и кипит с образованием вторичного пара. Отделение пара от жидко­сти происходит в сепараторе 2. Освобожден­ный от брызг и капель вторичный пар уда­ляется из верхней части сепаратора.

Часть жидкости опускается по циркуля­ционной трубе 4 под нижнюю трубную ре­шетку греющей камеры. Вследствие раз­ности плотностей раствора в трубе 4 и парожидкостной эмульсии в трубах 3 жидкость циркулирует по замкнутому контуру. Упаренный (сконцентрированный) раствор удаляется через штуцер в днище аппа­рата.

Имеются также конструкции выпарных аппаратов без циркуляционной трубы.

Если выпаривание производится под вакуумом, то вторичный пар отсасывается в конденсатор паров, соединенный с вакуум-насосом (на рис XIII-1 не показаны).

Материальный баланс. Согласно рис. XIII-1, на выпаривание поступает GH кг/сек исходного раствора концентрацией bн вес. % и удаляется Gk кг/сек упаренного раствора концентрацией bк вес. %. Если в аппарате выпаривается W кг/сек растворителя (воды), то общий материальный баланс аппарата выражается уравнением

Gн = Gк + W (XIII.1)

Материальный баланс по абсолютно сухому веществу, находящемуся в растворе:

(XIII.2)

В уравнения (XIII,1) и (XIII,2) входят пять переменных, из которых какие-либо три величины должны быть заданы. При практических рас­четах наиболее часто бывают заданы: расход исходного раствора Gн, его концентрация bн и требуемая конечная концентрация bк упаренного раствора. Тогда по уравнениям (XIII,1) и (XIII,2) определяют производи­тельность аппарата:

по упаренному раствору

(XIII,3)

по выпариваемой воде

(XIII.4)

Тепловой баланс. Введем обозначения D — расход греющего пара; Iг— его энтальпия; I — энтальпия вторичного пара; iн = cнtн — энталь­пия исходного раствора; i¢ = cкtк — энтальпия конечного (упаренного) раствора; i' = c'q — энтальпия конденсата греющего пара; сн, ск, с' — средние удельные теплоемкости исходного раствора, конечного раствора и конденсата соответственно (в пределах от 0 °С до температуры жидкости); tн, tк, q — температуры исходного и конечного растворов и насыщения греющего пара соответственно.

Приход и расход тепла будут:

Приход тепла Расход тепла

С исходным раствором.Gнiн С упаренным раствором…GKi'K

С греющим паром …… DIг С вторичным паром………WI

С паровым конденсатом ….Di'

Теплота концентрирования………………………..Qконц
Потери тепла в окружаю-­

щую среду…………………Qn

Соответственно уравнение теплового баланса имеет вид:

Gнiн + Dlг = Gкiк + Wl + Di′ + Qконц + Qк (XIII.5)

Рассматривая исходный раствор как смесь упаренного раствора и подлежащей испарению воды и допуская, что теплоемкость сн исходного раствора в пределах температур от tн до tk остается постоянной, запишем тепловой баланс смешения при температуре кипения раствора в аппарате:

Gнснtн = Gкск tk + Wс"tк (XIII,5)

где с" — средняя удельная теплоемкость воды (в пределах температур от 0°С до tк).

Отсюда

Gкск = Gнсн + Wс" (XIII.6)

Подставляя значения iн, ik,, i' и Gkck в уравнение (IX,5), получим

Gнснtн + Dlг = Gнснtк + Wс"tк + Wl + Dc′q + Qконц + Qп

Из этого уравнения определим количество тепла, подводимого в еди­ницу времени с теплоносителем (греющим паром), или тепловую нагрузку Q выпарного аппарата:

Q = D(lг – c′q) = Gнсн(tн – tк) + W(l – с"tк)+ Qконц + Qп (XIII,7)

Первый член правой части уравнения (IX,7) выражает расход тепла в аппарате на нагревание исходного раствора до температуры кипения, второй член правой части — расход тепла на испарение влаги из рас­твора. Кроме того, тепло затрачивается на концентрирование раствора (если тепловой эффект концентрирования отрицателен) и на компенсацию потерь тепла в окружающую среду.

Входящая в уравнение (XIII,8) теплота концентрирования Qконц выра­жает тепловой эффект концентрирования раствора. Она равна разности (Dq кДж/кг) интегральных теплот растворения 1 кг растворенного вещества в исходном и концентрированном растворах, взятой с обратным зна­ком и умноженной на расход растворенного вещества.

Так как при концентрировании раствора тепло может поглощаться или выделяться, то Qконц может входить не только в расходную, но и в приходную части теплового баланса. Теплота концентрирования учи­тывается в тепловом балансе выпарного аппарата, если она значительна и ею пренебречь нельзя.

Величину Qn обычно принимают в виде доли от тепловой нагрузки Q аппарата; обычно задаются Qn = (0,03—0,05) Q. Эту величину потерь тепла в окружающую среду обеспечивают благодаря необходимой тол­щине тепловой изоляции аппарата.

Из уравнения (XIII,7) может быть определен расход греющего пара:

(XIII.8)

Из уравнения (XIII,8) можно, пренебрегая величинами Qконц и Qn, определить теоретический расход пара на выпаривание 1 кг растворителя (воды). Если принять, что исходный раствор поступает в аппарат предва­рительно нагретым до температуры кипения, т.е. tn — tk, то

(XIII.9)

где tг — с'q = t' — теплота конденсации греющего пара; I - c"tk = r¢ — теплота испа­рения воды из кипящего раствора, которая в первом приближении может быть принята равной r'.

Это означает, что масса расходуемого греющего пара равна массе выпариваемой воды, или приближенно: в однокорпусном аппарате на выпаривание 1 кг воды надо затратить 1 кг греющего пара. Практически же, с учетом потерь тепла в окружающую среду и того, что r > r', удельный расход греющего пара увеличивается и составляет 1.1-1.2 кг/кг испаряемой влаги.

 

Дата добавления: 2016-10-18; просмотров: 5204;

Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.011 сек.