Определение температуры кипения растворов

Общий перепад давлений в установке равен:

МПа.

В первом приближении общий перепад давлений распределяют между корпусами поровну. Тогда давления греющих паров в корпусах (в МПа) равны:

МПа

МПа

МПа.

Давление пара в барометрическом конденсаторе:

МПа,

что соответствует заданному значению .

По давлениям паров находим их температуры и энтальпии [2] (таблица 1).

Таблица 1 – Распределение температуры насыщенных паров воды и удельных энтальпий по корпусам.

Давление пара, МПа	Температура насыщенного пара t, 0С.	Удельная энтальпия I, кДж/кг
Pг1 = 0,5886	tг1 = 158,1	I1=2768
Pг2 = 0,39567	tг2 = 143,1	I2=2744
Pг3 = 0,20274	tг3 = 120,4	I3=2711
Рбк = 0,00981	tбк = 45,4	Iбк=2581

Гидродинамическая депрессия

Гидродинамическая депрессия обусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчетах принимают град на корпус. Примем ∆^/// = 1 град для каждого корпуса. Тогда температуры вторичных паров по корпусам будут равны:

⁰C;

⁰C;

⁰C.

Сумма гидродинамических депрессий:

⁰C.

По температурам вторичных паров определим их давления [2]

Р_вп1 = 0,4059МПа; Р_вп2 = 0,20804МПа; Р_вп3 = 0,0104 МПа.

1.4.2 Гидростатическая депрессия

Гидростатическая депрессия обусловлена разностью давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности. Давление в среднем слое кипящего раствора P_cp каждого корпуса определяется по уравнению:

(3)

где – высота кипятильных труб в аппарате, м; – плотность кипящего раствора, кг/м³; – паронаполнение, м³/м³.

Для выбора значения необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи аппарата . При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляцией = 20000-50000 Вт/м². Примем = 40000 Вт/м², тогда:

м²,

где – теплота парообразования вторичного пара[2], кДж/кг.

По ГОСТ 11987-82 [3] трубчатые аппараты с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой (тип 1, исполнение 2) состоят из кипятильных труб высотой 4 и 5 м при диаметре = 38 мм и толщине стенки = 2 мм. Примем высоту кипятильных труб = 4 м. При пузырьковом режиме кипения паронаполнение составляет = 0,4-0,6. Примем = 0,5.

Плотность водных растворов, в том числе раствора NH₄Cl [4] при температуре 20⁰C и соответствующих концентрациях в корпусах равна:

кг/м³, кг/м³ , кг/м³.

Давления в среднем слое кипятильных труб корпусов (в Па) равны:

Па;

Па;

Па.

Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты испарения растворителя [2] (таблица 2).

Таблица 2 – Температуры кипения и теплоты испарения растворителя.

Рср, МПа	tср, 0С	rвп, кДж/кг
0,4184	145,4
0,2207	123,6
0,024	63,3

Определим гидростатическую депрессию по корпусам (в ⁰С):

;

Сумма гидростатических депрессий:

⁰С.

Определим температурную депрессию:

, (4)

где – температура паров в среднем слое кипятильных труб, К; – температурная депрессия при атмосферном давлении [1], ⁰С.

Находим значения по корпусам (в ⁰С):

;

;

.

Сумма температурных депрессий:

⁰С.

Температуры кипения растворов в корпусах равны (в ⁰С):

; ;

Перегрев раствора может быть найден из внутреннего баланса тепла в каждом корпусе. Уравнение теплового баланса для j-го корпуса записывается в следующем виде:

G_нjc_нj(t_кj-1-t_кj)+Mc_нj t_перj=w_j(I_впj-c_вt_кj), (5)

где М – производительность циркуляционного насоса (в кг/с), для первого корпуса t_кj-1 – это температура раствора, поступающего в аппарат из теплообменника-подогревателя.

В аппаратах с естественной циркуляцией обычно достигаются скорости раствора м/с. Для этих аппаратов масса циркулирующего раствора равна

М= S

Здесь S – сечение потока в аппарате (м²), рассчитываемое по формуле

S=F_орd_вн/4H,

где d_вн- внутренний диаметр труб, м; Н- принятая высота труб, м.

м²

М₁= кг/с; М₂= кг/с; М₃= кг/с.

Перегрев раствора в j-м аппарате равен:

(6)

⁰С,

⁰С,

⁰С,