Поверхность нагрева выпарного аппарата

Поверхность нагрева выпарного аппарата определяют из основного уравнения теплопередачи:

, (10.20)

где – тепловая нагрузка аппарата, Вт;– коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К);– полезная разность температур, К.

Полезную разность температур в выпарном аппарате определяют по формуле

, (10.21)

где – температура насыщения (конденсации) греющего пара, К;– температура кипения раствора, К, равная;– температурная депрессия, К;– гидростатическая депрессия, К.

В циркуляционных выпарных аппаратах концентрация раствора практически одинакова и равна конечной концентрации, поэтому температуру кипения раствора определяют для его конечной концентрации, а величину полезной разности температур можно считать величиной постоянной.

Потери полезной разности температур

В выпарном аппарате имеют место потери полезной разности температур, которые называют депрессией. Общая величина депрессии складывается из температурной депрессии , гидростатической депрессиии гидравлической депрессии.

Температурная депрессияравна разности температур кипения раствора и чистого растворителя при одинаковом давлении. Величина температурной депрессии зависит от природы растворенного вещества и растворителя, концентрации раствора и давления. Экспериментальные значениявеличины температурной депрессии приводятся в специальной литературе. Для приближенного расчета величины температурной депрессии должна быть известна либо одна температура кипения данного раствора при некотором давлении (закон Бабо, метод Тищенко), либо две температуры кипения при двух произвольно взятых давлениях (правилоДюринга или уравнение Киреева).

В справочной литературе значения температур кипения или температурной депрессии приведены, как правило, при атмосферном давлении. Так как выпарной аппарат может работать под давлением, отличным от атмосферного, то для перерасчета величины температурной депрессии используют любой из перечисленных выше методов. Наибольшее распространение получило уравнение И. А. Тищенко, в соответствии с которым

, (10.22)

где – температурная депрессия при атмосферном давлении, К;,– температура кипения чистого растворителя (К) и его теплота испарения (кДж/кг) при данном давлении.

Формула И.А. Тищенко применима только для водных растворов с малой температурной депрессией (до 15 К).

Гидростатическая депрессия. Современные трубчатые выпарные аппараты имеют высоту до 25 м, при уровне раствора 10 – 15 м. Следовательно, гидростатическое давление столба раствора существенно изменяется от минимального значения на поверхности до максимального в нижней части аппарата. Поскольку увеличение гидростатического давления приводит к увеличению температуры кипения, то в нижней части аппарата температура кипения раствора будет максимальной, а на поверхности раствора – минимальной.

Повышение температуры кипения раствора, вызванное увеличением гидростатического давления, называется гидростатической депрессией.

Точный расчет величины гидростатической депрессии весьма сложен, так как раствор в аппарате представляет собой не однородную жидкость, а паро- растворную эмульсию переменного состава, движущуюся по трубкам греющей камеры со скоростью 1 – 2 м/с.

Для приближенных расчетов гидростатическую депрессию рассчитывают для среднего уровня труб греющей камеры. Давление на среднем уровне ()

, (10.23)

где – давление вторичного пара, Па;– приращение давления для среднего уровня труб.

Предполагая, что плотность паро-растворной эмульсии равна половине плотности раствора, давление в среднем слое

, (10.24)

где –плотность раствора, кг/м³;–высота труб греющей камеры, м.

По известным давлениям ис помощью таблиц свойств воды и водяного пара определяют температуры кипения воды в среднем слоеи на поверхности раствора. Разность этих температур и есть величина гидростатической депрессии:

. (10.25)

Следует отметить, что расчеты по уравнению (10.24) дают значительную погрешность, особенно при расчете выпарных аппаратов, работающих под вакуумом, поэтому для приближенных расчетов допустимо принимать величину гидростатической депрессии, равную12С.

Гидравлическая депрессия. Гидравлической депрессией называют увеличение температуры кипения раствора или снижения температуры вторичного пара при его движении через сепарационные устройства выпарных аппаратов или по трубопроводам выпарных установок, когда возникают потери давления на трение и местные сопротивления. В связи с тем, что давление пара функционально связано с температурой, при уменьшении давления пара уменьшается и его температура. Температура кипения раствора в аппарате при этом увеличивается на 0.5 – 1,5С. а температура пара на выходе из аппарата уменьшается на ту же величину. Обычно эти изменения температуры невелики, и величину гидравлической депрессии принимают равной 1С. При расчетемногокорпусных выпарных установок гидравлическую депрессию учитывают только при определении температуры пара после его прохождения по трубопроводам между корпусами.