Технологический расчет. 
Процесс выпаривания раствора кальция хлорид

Определение производительности установки по выпариваемой воде

W = Q* (1-XН/ХК) = 1,39*(1−3/40) = 1,29 кг/с. (1.1).

Расчёт концентраций упариваемого раствора

Принимают, что производительность каждого корпуса по выпариваемой воде определяется соотношением W1: W2:W3 = 1,0: 1,1: 1,2 (такое распределение на основании практических данных). Тогда.

Рассчитывают концентрации раствора по корпусам.

(1.2).

X3 соответствует заданной концентрации упаренного раствора XК.

Определение температур кипения растворов

В первом приближении общий перепад давлений в установке распределяют по корпусам поровну. Общий перепад давлений равен:

PОБ= Pr1 — PБК = 0,9−0,0133 = 0,8867 МПа. (1.3).

Тогда давление по корпусам равны:

Pr1 = 0,9МПа.;

Pr2 = Pr1 — PОБ/3 = 0,9- 0,8867 /3 = 0,9−0,296=0,604 МПа;

Pr3 = Pr2 — PОБ/3 = 0,604 — 0,8867 /3 = 0,309 МПа.

Давление пара в барометрическом конденсаторе:

PБК = Pr3 — PОБ/3 = 0,309 — 0,8867 /3 = 0,0133 Па.

Это соответствует заданной величине PБК.

По давлению паров находим их температуры и энтальпии [1] стр. 524, тб. LVII:

При определении температуры кипения растворах в аппаратах исходят из следующих допущений. Распределение концентраций раствора в выпарном аппарате с интенсивной циркуляцией соответствуют модели идеального перемешивания. Поэтому концентрацию кипящего раствора принимают конечной в данном корпусе и, следовательно, температуру кипения раствора — при конечной концентрации.

По высоте кипятильных труб происходит изменение температуры кипения вследствие изменения гидростатического давления столба жидкости. Принимают температуру кипения в корпусе соответствующую температуре кипения в среднем слое жидкости. Таким образом, температура кипения раствора в корпусе отличается от температуры греющего пара в последующем корпусе на сумму температурных потерь от температурной (/), гидростатической (//) и гидродинамической (///) депрессий.

Гидродинамическая депрессия вызвана потерей давления паром на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчётах /// принимают равной 1,0 1,5 градуса на корпус. Примем /// для каждого корпуса по 10, тогда температуры вторичных паров в корпусах будут равны:

Сумма температурных потерь вследствие гидродинамических депрессий.

По температурам вторичных паров определим их давления.

Определение гидростатической депрессии. Давление в среднем слое кипящего раствора каждого корпуса определяется по уравнению:

PСР = PВ + H.. q. / 2, (1.4).

где PВ — давление вторичного пара в корпусе, Па;

H — высота кипятильных труб в аппарате, м;

— плотность кипящего раствора, кг. м3;

— паронаполнение (объёмная доля пара в парожидкостной смеси), м3/м3.

Для выбора величины H необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата. Можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляцией раствора q = 30 000 50 000 Вт/м2, аппаратов с принудительной циркуляцией раствора в корпусах q = 80 000 100 000 Вт/м2. Примем q = 40 000 Вт/м2, тогда для 1-го корпуса ориентировочная поверхность будет равна:

где r1 — теплота парообразования вторичного пара, 2093•103 Дж/кг.

По ГОСТу [2] (см. приложение 1) аппарата с естественной циркуляцией, выносной греющей камеры и кипением раствора в трубках (Тип 1, исполнение 2) имеют высоту кипятильных труб 4 и 5 м при диаметре труб dН = 38 мм и толщине стенки СТ = 2 мм. Примем высоту кипятильных труб H = 4 м.

При пузырьковом (ядерном) режиме кипения паронаполнение составляет — 0,4 0,6. Примем = 0,5. Плотность водных растворов CaCl2 [3] (см. стр.501) по корпусам при t = 200C равна.

1 = 1038,5 кг/м3; 2 = 1075 кг/м3; 3 = 1395,7 кг/м3;

При определении плотности раствора в корпусах пренебрегаем изменением её с повышением температуры от 200С до температуры кипения в связи с малым значением коэффициента объёмного расширения и ориентировочным значением величины .

Давление в среднем слое кипятильных труб по корпусам равно:

P1СР = PB1 + H. 1. g1. / 2 = 0,6167. 106 + 4. 1038,5. 9.8. 0,5/ 2 = 0,627. 106 Па;

P2СР = PB2 + H. 2. g2. / 2 = 0,314. 106 + 4. 1075. 9.8. 0,5/ 2 = 0,325. 106 Па;

P3СР = PB3 + H. 3. g3. / 2 = 0,0136. 106 + 4. 1395,7. 9.8. 0,5/ 2 = 0,0273. 106 Па.

Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты испарения растворителя [1] стр. 524, тб. LVII:

Гидростатическая депрессия по корпусам:

Сумма гидростатических депрессий равна.

Температурная депрессия / определяется по уравнению:

(1.5).

где T — температура паров в среднем слое кипятильных труб, K,.

raтеплота испарения, кДж/кг,.

— температурная депрессия при атмосферном давлении [3] (см. приложение № 3).

Тогда температурная депрессия по корпусам равна:

Сумма температурных депрессий равна.

Температуры кипения раствора по корпусам:

При расчёте температуры кипения в плёночных выпарных аппаратах (тип V и VI, см. приложение № 1) не учитывают гидростатическую депрессию //. Температуру кипения находят как среднюю между температурами кипения растворов с начальной и конечной концентрациями при давлении в данном корпусе.

В аппаратах с вынесенной зоной кипения как с принудительной, так и с естественной циркуляцией кипение раствора происходит в трубе вскипания, устанавливаемой над греющей камерой (тип II, III и тип IV, см. приложение № 1). Кипение в трубах предотвращается за счёт гидростатического столба жидкости в трубе закипания. В греющих трубках происходит перегрев жидкости по отношению к температуре кипения на верхнем уровне раздела фаз, Поэтому в этих аппаратах температуру кипения раствора также определяют также без учёта гидростатических температурных потерь //. Температура перегрева раствора tПЕР может быть найдена из внутреннего баланса тепла в каждом корпусе. Баланс тепла для j корпуса записывается в следующем виде:

Gнj. Cнj. (tкj — tкj-1) + M. Cнj. tперj (1.6).

где M — производительность циркуляционного насоса, кг/с определяют по каталогу [4] для выпарного аппарата заданного типа, имеющего поверхность равную FОР.

Циркуляционные насосы в аппаратах с принудительной циркуляцией обеспечивают развитый турбулентный режим при скоростях раствора в трубках V = 2,0 2,5 м/с.

В аппаратах с вынесенной нагревательной камерой и естественной циркуляцией раствора обычно достигаются скорости V = 0,6 0,8 м/с. Для этих аппаратов масса циркуляционного раствора равна:

M = V. S. ,.

Где S — сечение потока в аппарате, м2.

где dВН — внутренний диаметр труб, м;

H — принятая высота труб, м.

Таким образом, температура перегрева в j — ом аппарате равна:

(1.7).

Полезная разность температур в этом случае может быть рассчитана по уравнению:

(1.8).