Расчёт сепарационного устройства и нахождение ожидаемого качества дистиллята

2.5 Расчёт сепарационного устройства и нахождение ожидаемого качества дистиллята

2.5.1 Для нахождения количества примесей, которые с паром переходят в дистиллят необходимо определить влажность пара, которую обеспечивает сепарационное устройство. Принимаем для установки в камерах испарения жалюзийные сепараторы с горизонтальными пакетами. Для аппаратов безбарботажного типа, реализуемых в установке, принимаем величину критерия, определяющего параметры сепаратора N=0,4 (стр. 194 [20]). При этом ожидаемый унос составит j=5´10^-5-1´10^-4 кг/кг.

2.5.2 Произведём расчёт первой ступени испарения как наиболее напряжённой

2.5.2.1 По формуле (5-15) [20] найдём значение предельно допустимой скорости пара в нормальном сечении между пластинами жалюзи сепарационного устройства w^”_д1

где s₁=60,19 Па – поверхностное натяжение воды при температуре в первой ступени по таблице 2-8 [18],

r^’₁= 962,8 кг/м³ – плотность воды при её температуре в первой ступени по таблице 2-1 [18],

r^”₁=0,462 кг/м³ – плотность пара при температуре насыщения в первой ступени по таблице 2-1 [7].

2.5.2.2 Принимаем рабочую скорость пара равную

w”_р1=w^”_д1´0,6=28,6´0,6=17,2м/с.

2.5.3. Найдём количество примесей, которое уносится со вторичным паром и переходит в дистиллят. Согласно методике [2] на стр.247 значение величины примесей зависит от влажности пара и от силы электролита растворов примесей. Наиболее интенсивно уносятся с паром вещества, водные растворы которых образуют очень слабые электролиты.

2.5.3.1 Определим количество окислов железа, которое переходит в пар в первой ступени

2.5.3.1.1 Найдем соотношение плотностей воды и водяного пара в ступени

2.5.3.1.2 По формуле (5.3) [2] найдем коэффициент видимого распределения вещества k_р^вид_Fe из условия что, гидратированные окислы железа представляют собой очень слабый электролит

где n=0,8 – показатель степени зависящий от силы электролита раствора (стр.247 [2]).

2.5.3.1.3 Определим концентрацию соединений железа в дистилляте по формуле (5.1) [2]

где j=0,005% - ожидаемая влажность пара в ступени, обеспечиваемая сепарационным устройством;

C_Fe^раств=2,0 мг/л – концентрация ионов железа в исходной воде (приложение А).

2.5.3.2 Аналогично найдём количество кремниевой кислоты, которое переходит в пар из условия, что кремниевая кислота образует раствор слабого электролита

2.5.3.2.1 По формуле (5.3) [2] найдем коэффициент видимого распределения вещества k_р^вид_SiO2

2.5.3.2.2 Определим концентрацию соединений железа в дистилляте по формуле (5.1) [2]

где j=0,005% - ожидаемая влажность пара в ступени, обеспечиваемая сепарационным устройством;

C_SiO2^раств=5,5 мг/л – концентрация кремнезема в пересчёте на SiO₂ в исходной воде (приложение А).

2.5.3.3 Найдём количество солей жёсткости, которые переходят в дистиллят

2.5.3.3.1 Рассмотрим соли карбонатной жёсткости, основание которых образует в воде сольный электролит

2.5.3.3.2 По формуле (5.3) [2] найдем коэффициент видимого распределения вещества k_р^вид_HCO3

где n=4,0 – показатель степени, зависящий от силы электролита раствора (стр.247 [2]).

2.5.3.3.3 Определим концентрацию соединений железа в дистилляте по формуле (5.1) [2]

где j=0,005% - ожидаемая влажность пара в ступени, обеспечиваемая сепарационным устройством;

C_HCO3^раств=2,2 мг/л – карбонатная жёсткость исходной воды.

2.5.4 Из приведённых расчётов следует, что принятое сепарационное устройство обеспечит необходимое качество получаемого дистиллята при соблюдении величины сепарационного пространства камер испарения и технологического режима установки.

2.6 Очистка воды от растворённых газов

По имеющейся на предприятии нормотивно-технической документации [15] деминерализованная вода регламентируется по содержанию свободного кислорода O₂ и двуокиси азота CO₂. Содержание кислорода в исходной воде С_O2 до30 мг/л, С_CO2 – до 30 мг/л.

Удаление содержащегося в дистилляте кислорода происходит в процессе испарения согласно закону Генри-Дальтона [2], характеризующего зависимость между концентрацией в воде растворённого газа и его парциальным давлением,

C_г=k_г´р_г=k_г´(р_общ-р_Н2О);

где С_г – концентрация растворённого в воде газа;

k_г – коэффициент абсорбции газа водой;

р_общ – общее давление;

р_Н2О – парциальное давление водяного пара.

Как видно из уравнения, понижение концентрации газа в воде происходит с уменьшением разности р_общ-р_Н2О. Таким образом, для удаления газа из воды необходимо создать условия, при которых парциальное давление его над водой было бы равно нулю.

При кипении жидкости парциальное давление растворённых в воде газов стремится к нулю. В таком случае концентрация растворённого газа будет зависеть только от времени дегазации. С увеличением времени дегазации концентрация растворённых газов в воде уменьшается.

В проектируемой установке дегазация циркулирующего рассола происходит равномерно по всем ступеням. Удаление выделившихся газов осуществляется из каждой ступени совместно с неконденсирующимся паром вакуум-насосом.

Естественно, полного освобождения воды от растворённого газа достичь невозможно, поэтому концентрацию газов в дистилляте необходимо определять опытным путём. Однако, учитывая имеющийся опыт проектирования подобных установок, можно предположить, что содержание растворённых газов в дистилляте не превысит допустимых норм качества глубоко обессоленной воды [20].

3 Конструкторский расчёт

3.1 Расчёт регенеративных конденсаторов

3.1.1 По имеющимся данным теплового расчёта принимаем площадь поверхности теплообмена каждого конденсаторов теплоиспользующих ступеней равную F_к=1693,6 м².

3.1.2 Произведём расчёт конденсатора-пароохладителя для первой ступени

3.1.3 Принимаем среднюю скорость охлаждающего рассола в трубах w=3 м/с (стр. 57 [1]).

3.1.4 Диаметр трубок принимаем d_тр=20´2,5 мм, длину l_тр=6000 мм, материал – латунь марки Л63, тип пучка – коридорный.

3.1.5 Определим количество трубок в пучке по уравнению неразрывности исходя из заданной скорости воды в трубах n

где u=0,0010222 м³/кг – удельный объём воды при средней температуре в первой ступени t_ср=(t_в1+t_в2)/2=(85,6+79,0)/2=82,3 ^оС по таблице 2-1 [18].

3.1.6 Определим число ходов рассола в конденсаторе z по необходимой площади теплообмена F_к из уравнения неразрывности

где d_ср=22,5´10^-3 м – средний диаметр труб;

принимаем число ходов охлаждающего рассола z=2.

3.1.7 Определим геометрические размеры трубного пучка

3.1.7.1 Для труб выбранного диаметра по таблице (8) [24] находим шаг пучка s=32 мм.

3.1.7.2 Из геометрических размеров камеры испарения принимаем ширину всего трубного пучка Bп=3 м, а ширину одного хода Bп1=1,5 м.

3.1.7.3 Отсюда найдём количество трубок в горизонтальном ряду одного хода пучка n1 принимаем n1=46 шт.

3.1.7.4 Тогда количество рядов составит n2

n2=n/n1=2117/46=46,02;

принимаем количество трубок в вертикальном ряду n2=48 шт.

3.1.7.4 Высота трубного пучка составит H_тр

H_тр=n2´s+d_н=48´32´10^-3+25´10^-3=1,561 м.