Области применения выпарных аппаратов
Конструкция выпарного аппарата должна удовлетворять ряду общих требований, к числу которых относятся: высокая производительность и интенсивность теплопередачи при возможно меньших объёме аппарата и расходе металла на его изготовление, простота устройства, надёжность в эксплуатации, легкость очистки поверхности теплообмена, удобство осмотра, ремонта и замены отдельных частей.
Вместе с тем выбор конструкции и материала выпарного аппарата определяется в каждом конкретном случае физико-химическими свойствами выпариваемого раствора (вязкость, температурная депрессия, кристаллизуемость, термическая стойкость, химическая агрессивность и др.)
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. 2.1.).
Рис. 2.1. Схема устройства однокорпусного выпарного аппарата
Аппарат состоит из теплообменного устройства — нагревательной (греющей) камеры 1 и сепаратора 2. Камера и сепаратор могут быть объединены в одном аппарате (см. рис. 1) или камера может быть вынесена и соединена с сепаратором трубами (рис. 12). 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 2 под нижнюю трубную решётку греющей камеры. Вследствие разности плотностей раствора в трубе 4 и парожидкостной эмульсии в трубах 3 жидкость циркулирует по замкнутому контуру упаренный раствор удаляется через штуцер в днище аппарата.
Если выпаривание производится под вакуумом, то вторичный пар отсасывается в конденсатор паров, соединенный с вакуум-насосом. Упаренный раствор удаляется из конического днища аппарата.
Методика расчета однокорпусного выпарного аппарата
Исходные данные
Таблица 2.1 – Исходные данные
Параметр | Значение |
Расход раствора G, кг/с | 1,28 |
Рабочая высота труб H,м | |
Начальная концентрация , % | |
Конечная концентрация , % | |
Давление , МПа | 0,4 |
Толщина Delta, мм | |
Степень загрязнения | 0,0003 |
Стоимость металла , руб/кг |
Перед подачей в аппарат раствор подогревается до температуры кипения. Давление вторичного пара .
В данной работе для расчета выпарной установки был использован следующий алгоритм:
Тепловой расчет
Расход выпаренной из раствора воды в установке:
(2.1) |
На 1 кг начального раствора выпарено:
(2.2) |
Общая разность температур:
(2.3) |
Потери общей разности температур за счет физико-химической депрессии:
(2.4) |
,где
;
;
.
Средняя величина гидростатического давления:
(2.5) |
Температура кипения воды:
(2.6) |
Гидравлическая температурная депрессия:
(2.7) |
Общая депрессия:
(2.8) |
Полезная разность температур:
(2.9) |
Температура кипения раствора:
(2.10) |
Коэффициент теплоотдачи для пара:
(2.11) |
Коэффициент теплоотдачи для кипящего раствора:
(2.12) |
Сумма термических сопротивлений стенки:
(2.13) |
Коэффициент теплопередачи:
(2.14) |
Расход тепла:
(2.15) |
Общий расход греющего пара:
(2.16) |
Поверхность нагрева выпарного аппарата:
(2.17) |
Гидравлический расчет
Общая длина труб:
(2.18) |
Местные потери:
(2.19) |
Потери по длине:
(2.20) |
Общие потери:
(2.21) |
Количество труб:
(2.22) |
,где
Масса труб:
(2.23) |
Приведенные затраты: