Основы теплового расчета выпарных аппаратов
Тепловые процессы при выпаривании растворов протекают в тесной взаимосвязи с конструктивными и гидромеханическими параметрами аппаратов. Поэтому конструктивные расчеты выпарных аппаратов неотделимы от тепловых и гидромеханических расчетов.
Тепловой расчет выпарного аппарата выполняют для определения поверхности теплопередачи и режима выпаривания раствора.
Вначале определяют общую тепловую нагрузку выпарного аппарата:
. (10.90)
При выпаривании растворов с выделением твердой фазы необходимо учесть теплоту кристаллизации
. (10.91)
Расход греющего пара на процесс выпаривания в аппарате определяют по уравнению
(10.92)
( 
– коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду; = = 1,03 ÷ 1,05).
Для выпарных аппаратов с вынесенной зоной кипения коэффициент теплопередачи рассчитывают по уравнению
. (10.93)
 Рисунок 10.18 – Зависимость коэффициента загрязнений от давления в сепараторе |
Вследствие отложения солей на поверхности греющих трубок при выпаривании солесодержащих растворов, величина действительного коэффициента теплопередачи меньше расчетного на величину поправки ε:
. (10.94)
Поправку ε определяют по графику.
Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара в межтрубном пространстве греющей камеры на наружной поверхности вертикальной трубки определяют из уравнения
, (10.95)
где 
– соответственно плотность, теплопроводность и вязкость воды при температуре пленки конденсата
; (10.96)
. (10.97)
В формулах (10.96, 10.97) величину плотности теплового потока задают вначале в пределах 
= 10 ÷ 40 кВт/м2, а затем уточняют, добиваясь расхождения расчетных значений от принятых на величину не более 5 %.
Величина перегрева раствора 
в трубках греющей камеры зависит от многих факторов, и для упрощения расчета величину можно принять равной 2–3 °С.
Коэффициент теплоотдачи от стенки к раствору α2 для выпарных аппаратов с естественной циркуляцией определяют по уравнению (10.98), с принудительной циркуляцией по уравнению – (10.99):
. (10.98)
В этом выражении
; 
;
; 
; 
; 
;
(10.99)
(Рrст определяется при средней температуре поверхности стенки).
При наличии в циркулирующем растворе твердой фазы (до 20 %), вследствие локальной турбулизации потока, происходит увеличение коэффициента теплоотдачи. Определяется он в этом случае из выражения
; (10.100)
. (10.101)
В выпарных аппаратах с кипением раствора в трубках коэффициент теплоотдачи при длине зоны кипения, равной длине трубки, рассчитывают по уравнению
, (10.102)
где 
– плотность пара при абсолютном давлении 0,1 МПа.
После расчета величины коэффициента теплопередачи определяют величины температурной и гидростатической депрессий по формулам (10.22, 10.25), температуру кипения раствора (10.21), полезную разность температур (10.21, 10.61) и, в итоге, поверхность теплопередачи выпарного аппарата
. (10.103)
Полученное значение поверхности теплопередачи выпарного аппарата увеличивают на 15 – 20% и округляют до ближайшего стандартного значения.
 Рисунок 10.19 –Устройство роторного пленочного аппарата: 1 – корпус аппарата; 2 – паровая рубашка; 3 – роторная мешалка; 4 – конусное днище; 5 – штуцер для ввода исходного раствора; 6 – распределительное кольцо; 7 – вал привода мешалки; 8 – штуцер выхода вторичного пара |