Расчет выпарного аппарата

В вакуум-выиарной аппарат периодического действия, имеющий площадь поверхности нагрева 40 м2, заливается 20 т слабого раствора с концентрацией х„ = 5 мае. %. Начальная температура слабого раствора 20°С. Раствор выпаривается до концентрации хк = 50 мае. %. Зависимость температуры кипения раствора и коэффициента теплопередачи в аппарате от концентрации раствора дана в табл. 15.1. Абсолютное давление пара в аппарате 0,15 кгс/см , чему соответствует температура насыщения Гма<.= 53,6°С.

Коэффициент теплопередачи для периода нагрева слабого раствора до начала кипения К = 350 Вт/(м2 - К). Температура греющего насыщенного водяного пара 120°С.

Определим расход греющего пара, принимая влажность его 5%, и продолжительность процесса выпаривания.

Количество выпариваемой воды:

где 4,19 - 0,95 — теплоемкость начального (5%) раствора, кДжДкг- К).

Расход греющего пара за первый период с учетом потери теплоты в окружающую среду в 3%:

Здесь ггп = 2207 кДж/кг — удельная теплота парообразования насыщенного водяного пара при 120°С; 0,95 — сухость греющего пара.

Продолжительность первого периода (нагрев до 55°С):

где (ДДр)х — средняя (по времени) разность температур в первом периоде:

Так как At^/Atu < 2, то

Второй период (выпаривание).

1. Тепловой баланс за весь цикл.

Подводимая теплота: Qr n — теплота конденсации греющего пара; Gncntu — теплота, вносимая начальным раствором при 55°С.

Отводимая теплота: GKcKtK — теплота, отводимая с упаренным раствором при ?кип = 95°С; М"т „ — теплота, выносимая вторичным паром при температуре насыщения tm ,, = 53,6°С.

Тепловой б&чанс:

Заменяя GKcKtK = GncHtK - WcBtK, получаем:

Первый период (нагрев раствора от 20°С до температуры кипения 55°С) (без учета потерь теплоты в окружающую среду):

где г о, is = 2596 кДж/кг — удельная энтальпия вторичного пара при р = 0,15 кгс/см2.

Расход греющего пара за второй период с учетом потери теплоты в окружающую среду в 3%:

2. Продолжительность второго периода (выпаривания).

В этом периоде концентрация кипящего раствора х, его температура кипения t и величина коэффициента теплопередачи К непрерывно изменяются (табл. 15.1).

Таблица 15.1

Уравнение теплопередачи для бесконечно малого отрезка времени ск:

Изменение показателей при выпаривании

Концентрация х (мае. %)

5

10

20

30

40

50

Температура кипения, °С

(^кип ^иас ^депр)

55

56

60

67

76

95

Коэффициент теплопередачи при кипении К, Вт/(м • К)

2150

1740

ИЗО

740

490

280

содержит только две постоянные величины: температуру конденсации греющего пара Т= 120°С и площадь поверхности теплообмена F = 40 м2.

Из уравнения (15.18) получаем:

Интегрирование правой части уравнения (15.19):

может быть выполнено графически.

Необходимые для графического интегрирования величины получают расчетным путем:

  • 1
  • а)-определяют, используя данные табл. 15.1, например, для х = 20%:

6) ?Q, например, для х = 20%: и т.д.

Полученные расчетным путем данные сведены в табл. 15.2.

Таблица 15.2

Данные для графического интегрирования

Величина

Показатель

х, %

5

10

20

30

40

50

НЕ кг

0

10 000

15 000

16 700

1500

18 000

ZQ10 10, Дж

0

2,37

3,56

3,96

4,15

4,27

(T-t), К

65

64

60

53

44

25

7

8,9

14,7

25,4

46,3

142,8

K(T-t) [1]

Принимаем масштаб для оси абсцисс: 1 мм = 2 109 Дж, для оси ординат: 1 мм = 1 ? К) (* м2/Вт.

Единица подынтегральной величины:

Если по данным расчетов, приведенным в табл. 15.2, построить график (рис. 15.5), то, определяя на нем величину за-

График но данным расчета табл. 15.2

Рис. 15.5. График но данным расчета табл. 15.2

штрихованной площади (например, по правилу трапеций), найдем:

Откуда

3. Общая продолжительность процесса

  • [1] мм2 = 2-108 Дж -1 • 10 6 м2/В - 200 м2 с.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >