Температура кипения раствора

Температура кипения раствора в выпарном аппарате отличается от температуры греющего пара в конденсаторе на сумму температурных потерь åD, ºС от температурной D¢, ºС и гидродинамической D¢¢¢, ºС депрессий, без учета гидростатических температурных потерь D¢¢, ºС.

åD=D¢+D¢¢¢ (4.2)

Давлению в поверхностном конденсаторе Р_пк=14 кПа соответствует температура t_пк = 52,58 ^оС [3]. Гидродинамическая депрессия обусловлена потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус (конденсатор). Обычно в расчетах принимают
D^''' = 1,0 – 1,5 град на корпус. Примем D^''' = 1 град. Тогда температура вторичного пара равна:

t_вп1 = t_пк + D₁^''', (4.3)

 

где – температура в поверхностном конденсаторе, ^оС;

 

t_вп1 = 52,58 + 1,0 = 53,58 ^оС.

 

По температуре вторичного пара определим его давление Р_вп1 = 14,75 кПа [3].

 

Температурная депрессия определяется по уравнению [2]:

 

, (4.4)

где Т – температура пара в среднем слое кипятильных труб, К;

– температурная депрессия при атмосферном давлении, ^оС;

– удельная теплота парообразования вторичного пара, кДж/кг;

(4.5)

^оС.

Для 42 %-го раствора NаNO₃ атмосферная температурная депрессия ^оС [2].

кДж/кг при температуре вторичного пара ºС [3].

^оС.

По температуре греющего пара определим его давление:

^оС

Принимаем давление греющего пара в аппарате Р_гр.п.1=0,085 МПа. t_гр.п.=95,14 ºC, I_гр.п.=2668,6 кДж/кг, i=398,63 кДж/кг.

Температура кипения раствора рассчитывается по следующей формуле:

(4.6)

В аппаратах с вынесенной зоной кипения с принудительной циркуляцией кипение раствора происходит в трубе вскипания, устанавливаемой над греющей камерой. Кипение в греющих трубках предотвращается за счет гидростатического давления столба жидкости в трубе вскипания. В греющих трубках происходит перегрев жидкости по сравнению с температурой кипения в верхнем уровне раздела фаз. Поэтому температуру кипения раствора в этих аппаратах так же определяют без учета гидростатических температурных потерь .

^оС.

Рассчитаем ориентировочно поверхность теплопередачи выпарного аппарата F_op по [2]:

, (4.7)

При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с принудительной циркуляцией q=40000 – 80000 Вт/м². Примем
q = 40000 Вт/м². Тогда поверхность теплопередачи выпарного аппарата ориентировочно равна:

 

м².

Выбираем трубчатый выпарной аппарат с принудительной циркуляцией и вынесенной греющей камерой. Данной поверхности теплопередачи соответствует аппарат с высотой труб Н = 6 м. Номинальная поверхность теплообмена F=250 м² по [2] приложение 4.2.

Полезная разность температур может быть рассчитана по уравнению:

, (4.8)

Таким образом перегрев раствора можно рассчитать по формуле:

, (4.9)

где – удельная энтальпия вторичного пара, кДж/кг;

– удельная теплоемкость воды и начального раствора соответственно, кДж/(кг К) [4];

t_н – температура кипения исходного раствора при давлении в аппарате, ^оС:

t_н = t_вп1 + D_н^', (4.10)

t_н=53,58 + 1 = 54,58 ^оС.

(где D_н^' – температурная депрессия для исходного 7%-ного раствора).

М – производительность циркуляционного насоса ОХ6-46Г для выпарного аппарата с поверхностью теплопередачи F=250 м² [2] приложение 4.8. Производительность определим по известному объемному расходу Q=0,693 м³/с и плотности раствора NаNO₃ в корпусе:

, (4.11)

где – плотность раствора, кг/м³

=1306,17 кг/м³ при температуре кипения раствора t_н=54,78°С.

 

кг/с.

Полезная разность температур равна: