Теплотехнические расчеты

3. Теплотехнические расчеты

3.1 Материальный баланс выпарной установки

В установку для выпаривания поступает количество трапных вод G=360,53м³/сут:24ч=15м³/час с начальной концентрацией Х_н=1%, концентрацией после выпарного аппарата Х_ва=30%. Конечная концентрация раствора после доупаривателя Х_к=60%.

Трапные воды поступают в количестве

 на одну установку.

Согласно технологическому процессу для промывки пара в ВА подают флегму из КД и пеногаситель. Примем 0,25кг/с. Тогда

G_н=1,39+0,25=1,64кг/с.

Из уравнения материального баланса производительность установки по выпариваемой воде:

 (3.1.1)

(3.1.2)

(3.1.3)

 (3.1.4)

3.2 Тепловой баланс выпарной установки

3.2.1 Тепловой баланс выпарного аппарата

В трубках циркулируют сточные воды, в корпусе - греющий пар.

Параметры греющего пара: t_Г=130°С; Р_г=0,25МПа; h_г=2720,7кДж/кг; температура насыщения t_гнас=127,43°С; h_конд=535,4кДж/кг.

Параметры вторичного пара в сепараторе: Р_в.п.=0,12МПа; t_в.п.=104,81°С h_в.п.=2683,8кДж/кг.

Начальная температура сточных вод t _н =20 °С.

Гидростатическая депрессия обусловлена разностью давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности. Давление в среднем слое кипящего раствора:

(3.2.1.1)

где Н - высота кипятильных труб в аппарате, м;

 - плотность кипящего раствора, кг/м³;

 - паронаполнение (объемная доля пара в кипящем растворе), м³/м³.

Согласно техническим данным ВА Н=4м, при пузырьковом кипении примем =0,5 [13,с.365]; =1229кг/м³ [12,с.135].

Давление в среднем слое кипятильных труб:

Этому давлению соответствует температура кипения и теплота испарения раствора [3]: t_ср=107,57°С ; r=2238кДж/кг.

В аппаратах с кипением растворов в кипятильных трубах нагревательной камеры проявляется гидростатическая депрессия:

 (3.2.1.2)

Концентрационная температурная депрессия - повышение температуры кипения раствора по сравнению с температурой кипения чистого растворителя при данном давлении. При атмосферном давлении Р_атм=760мм рт.ст=0,1МПа и Х_ВА⁼30%  [6, с. 106], тогда

 (3.2.1.3)

где Т - температура паров в среднем слое кипятильных труб, К;

Суммарная депрессия

=4,2+2,76=6,96°С.

Температура кипения раствора в корпусе ВА:

.

Полезная разность температур:

Общая полезная разность температур:

Путем решения уравнения теплового баланса ВА определим расход греющего пара D_ВА и тепловую нагрузку аппарата Q_ВА:

Q_ВА=1,03[G_нC_н(t_к-t_н)+W_ВА(h_во-C_вt_к)+Q_конц] = D_ВА (h_г- h_конд), (3.2.1.4)

где 1,03 - коэффициент, учитывающий 3% потерь тепла в окружающую среду;

С_н - теплоемкость исходного раствора, кДж/(кг*К);

C_в =4,183кДж/(кг*К) - удельная теплоемкость воды при 20°С;

Q_конц - теплота концентрирования раствора в интервале изменения концентрации, кВт;

t_н - температура исходного раствора, °С.

Удельную теплоемкость раствора C_р, кДж/(кг*К), приближенно можно определить по правилу аддитивности [6,с.109]:

С_р=С_сухX+С_в(1-Х), (3.2.1.5)

где С_сух - удельная теплоемкость безводного нелетучего вещества в растворе, кДж/(кг*К);

С_н=1,089*0,01+4,183(1-0,01)=4,152 кДж/(кг*К);

С_ВА=1,089*0,3+4,183(1-0,3)=3,255 кДж/(кг*К);

Q_конц=t_к(G_нC_н-G_ВАC_ВА-W_ВАС_в); (3.2.1.6)

Q_конц=111,77(1,64*4,152-0,055*3,255-1,585*4,183)=0,011кВт;

Q_ВА = 1,03[1,64*4,152(111,77 - 20) + 1,585(2683,8-4,183*111,77) + 0,011]

= 3861кВт;

; (3.2.1.6)