Расчет и проектирование двухкорпусной выпарной установки
3.4 Температуры кипения растворов
Общий перепад давления в установке равен:
МПа
МПа.
В первом приближении общий перепад давлений распределяют между корпусами поровну. Тогда давления греющих паров в корпусах (в мПа) равны:
давление пара в барометрическом конденсаторе
МПа.
что соответствует заданному значению РБК.
По давлениям паров находим их температуры и энтальпии [1]:
Р, МПа t, oC I, кДж ?кг
РГП1 = 0,24 t ГП1 = 125 IГП1 = 2718
РГП2 = 0,125 t ГП2 = 105 IГП2 = 2687
РБК = 0,01 t БК = 45 IБК = 2579,8
Изменение температуры кипения по высоте кипятильных труб происходит вследствие изменения гидростатического давления столба жидкости. Температуру кипения раствора в корпусе принимают соответствующей 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 обусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Примем для каждого корпуса град. Тогда температуры вторичных паров в корпусах ( 0С ) равны:
Сумма гидродинамических депрессий:
0С.
По температурам вторичных паров определим их давления [1, табл.LVI]. Они соответственно равны ( МПа): МПа; МПа.
Гидростатическая депрессия обусловлена разностью давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности.
Давление в среднем слое кипящего раствора каждого корпуса определяется по уравнению:
где Н - высота кипятильных труб в аппарате, м;
- плотность кипящего раствора, кг ?м3;
- паронаполнение (объемная доля пара в кипящем растворе), м3 ?м3.
Для выбора значения Н необходимо ориентировочно оценить поверхность теплопередачи выпарного аппарата . При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с принудительной циркуляцией Вт ?м2. Примем Вт ?м2 и . Тогда поверхность теплопередачи 1 - го корпуса ориентировочно равна:
, м2,
где - теплота парообразования вторичного пара в первом корпусе, Дж ?кг.
Из табл. LVI [1] по значению величина
Тогда:
м2.
По ГОСТ 11987 - 81 [3] трубчатые аппараты с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой (тип 1, исполнение 2) состоят из кипятильных труб высотой 6 м при диаметре dн=38 мм и толщиной стенки 2 мм. Примем высоту кипятильных труб Н = 5 м.
Для определения плотности томатного сока в корпусах воспользуемся формулой [2]:
,
где n - концентрация, %;
Т- температура кипения, примем 305°С.
1-й корпус. %;
кг ?м3.
2-й корпус. %;
кг ?м3.
Давление в среднем слое кипятильных труб корпусов (в Па) равны:
.
Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты испарения растворителя [1]:
Р, МПа t, oC r, кДж ?к
Р1СР = 0,14 t 1СР = 109 rВП1 = 2236,8
Р2СР = 0,0247 t 2СР = 65 rВП2 = 2345,2
Определим гидростатическую депрессию по корпусам (в 0С):
,
.
Сумма гидростатических депрессий:
.
Температурную депрессию определяем следующим образом [1, стр. 254]:
1 - й корпус: 1. Определение температуры кипения раствора при наличии абсолютного давления над раствором р1 = МПа = 1,125 кг·с ?см2.
По рис.38 - 295 [2] находим, что томатный сок при концентрации х1=8,57 % кипит при температуре 100,49 0С. При этой же температуре давление насыщенного пара воды по табл. LVI [1] рв=1,0529 кг·с ?см2. Отношение давлений пара над раствором р1 и рв при одной и той же температуре 100,541 0С:
.
Согласно правилу Бабо, это отношение сохраняет постоянное значение при всех температурах кипения раствора.
Для искомой температуры кипения раствора при р1=1,125 кг·с ?см2 :
, откуда рв=1,125 ? 0,98 = 1,148 кг·с ?см2
чему соответствует по табл. XXXIX [1] температура кипения воды 103,1 0С. Эту же температуру кипения будет иметь и томатный сок при давлении над раствором 1,125 кг·с ?см2.
2. Определение : температура кипения воды при давлении 1,125 кг·с ?см2 по табл. XXXIX [1] равна 102,5 0С.
= tр - tв = 103,1 - 102,5 = 0,6 0С.
Учтем поправку Стабникова. По табл. 5.1. при (рр?рв) = 0,98 и рр = 1,125 кг·с ?см2 поправка = 0,9. Таким образом:
= 0,9 + 0,6 = 1,5 0С.
2 - й корпус. 1. Определение температуры кипения раствора при наличии абсолютного давления над раствором р1 = кг·с ?см2=24,78 мм.рт.ст.
По рис.38 - 295 [2] находим, что томатный сок при концентрации х1=40 % кипит при температуре 105,2 0С. При этой же температуре давление насыщенного пара воды по табл. LVI [1] рв=1,232 кг·с ?см2. Отношение давлений пара над раствором р1 и рв при одной и той же температуре 105,2 0С:
.
Согласно правилу Бабо, это отношение сохраняет постоянное значение при всех температурах кипения раствора.
Для искомой температуры кипения раствора при р1=0,1069 кг·с ?см2:
, откуда рв=0,101 ? 0,838 = 0,12 кг·с ?см2
чему соответствует по табл. XXXVIII [1] температура кипения воды 28,6 0С. Эту же температуру кипения будет иметь и томатный сок при давлении над раствором 0,101кг·с ?см2.
2. Определение : температура кипения воды при давлении 0,101 кг·с ?см2 по табл. XXXVIII [1] равна 25,5 0С.
= tр - tв = 28,6 - 25,5= 3,10С.
Учтем поправку Стабникова. По табл. 5.1. при (рр?рв) = 0,838 и рр = 0,101 кг·с ?см2 поправка = 0,9. Таким образом:
= 3,1 + 0,9 = 4 0С.
Сумма температурных депрессий:
1,5 + 4 = 5,50С.
Температуры кипения растворов в корпусах равны (в оС):
105 + 1,5 + 3 + 1 = 110,5,
45 + 4 + 19 +1 = 69.