- •Классификация теплообменных аппаратов (тоа)
- •Функциональные признаки
- •Конструктивные признаки
- •Теплообменные аппараты Теплопередача при переменных температурах теплоносителя
- •Выбор направления движения теплоносителя
- •Виды расчетов теплообменной аппаратуры (тоа)
- •Нагревающие агенты
- •Охлаждающие агенты
- •Выпаривание
- •Однокорпусные выпарные установки
- •Материальный баланс
- •Тепловой баланс
- •Поверхность нагрева выпарного аппарата
- •Температурные потери
- •Многокорпусные выпарные установки
- •Основные схемы многокорпусных установок
- •Устройство выпарных аппаратов
- •Типовые конструкции выпарных аппаратов
Однокорпусные выпарные установки
Рассмотрим принципиальную схему одиночного непрерывно действующего выпарного аппарата с внутренней центральной циркуляционной трубой.
Аппарат состоит из греющей камеры и сепаратора. Они могут быть в одном аппарате или камера может быть вынесена. Камера обогревается обычно водяным паром. Поднимаясь по трубам 3, выпариваемый раствор нагревается и кипит с образованием вторичного пара. Отделение пара от жидкости происходит в сепараторе 2.
Удаляется пар из верхней части сепаратора. Часть жидкости опускается по циркуляционной трубе под нижнюю трубную решетку греющей камеры. Вследствие разности плотностей раствора в трубе и парожидкостной эмульсии в трубах 3 жидкость циркулирует по замкнутому контуру. Упаренный раствор удаляется через штуцер в днище аппарата.
Материальный баланс
На выпаривание поступает Gн, кг/сек, исходного раствора концентрацией bн, % масс, и удаляется Gк, кг/сек, упаренного раствора концентрацией bк, % масс. Если в аппарате выпаривается W, кг/сек, растворителя, то общий материальный баланс:
.
Материальный баланс по абсолютно сухому веществу:
.
В уравнениях 5 неизвестных, следовательно, должны быть заданы 3. Обычно задают расход начального пара Gн, концентрацию bн и требуемую концентрацию упаренного раствора bк.
Тогда производительность:
- по упаренному раствору: ;
- по выпариваемой воде: .
Тепловой баланс
Введем обозначения:
D – расход греющего пара;
I, Ir, iн, iк – энтальпии вторичного и греющего пара, исходного и упаренного растворов соответственно;
Iпк – энтальпия парового конденсата: , где С – удельная теплоемкость; θ – температура конденсата.
Приход |
Расход |
c греющим паром ; с исходным раствором |
с упаренным раствором ; с вторичным паром ; с паровым конденсатом ; теплота концентрированная ; потери тепла в окр. среду |
(а),
.
Для исходного раствора при постоянной температуре, равной температуре кипения:
,
- удельная теплоемкость при температуре воды tк.
.
Подставим в (а) значки :
.
Из этого уравнения определяем тепловую нагрузку Q выпарного аппарата, т.е. количество тепла, подводимого теплоносителем в единицу времени:
,
- расход тепла на нагрев исходного раствора до tкип;
- Q на испарение влаги.
Отсюда определяют D.
Qконц – теплота концентрирования, равная разности интегральных теплот растворения исходного и концентрированного растворов, взятой с обратным знаком. Может быть как положительной, так и отрицательной, соответственно - в приход и расход.
Qп – теплота потерь, .
Иногда Qконц и Qп пренебрегают.
Тогда если tн=tкип (исходный раствор предварительно нагрет до tкип):
,
т.е. расход греющего пара равен количеству выпаренной воды.
Поверхность нагрева выпарного аппарата
Определяется из уравнения:
,
Q – тепловая нагрузка аппарата;
К – коэффициент теплоотдачи;
- полезная разность температур – разность между температурой конденсации греющего пара и температуры кипения выпариваемого раствора.
В аппаратах при нормальном перемешивании ∆tпол=const.
В аппаратах с естественной циркуляцией концентрация массы обращающегося раствора близка к конечной, поэтому расчетную величину температуры кипения принимают по конечной концентрации растворов.