№ 5 Практическая работа

Методическое указание к выполнению практической работы № 5 Тема практической работы: Тепловой расчет выпарного аппарата Цель работы:  изучить и произвести расчет выпарного аппарата в процессе испарение в нем раствора Задание.   Рассчитать   трехкорпусную   выпарную   установку   с   прямоточным питанием для выпаривания раствора NaOH. Данные для расчета:  Количество поступающего раствора G=13,9 кг/с, его начальная  концентрация  (в массовых долях)   а0=0,1 , конечная концентрация   а3=0,4 ;   температура   поступающего   раствора   t0=25℃ ;   температура греющего пара для І корпуса    t=140℃ ; температура  насыщения  вторичного пара из ІІІ корпуса    ϑ=60℃ . Отбор экстра­пара производится для подогрева раствора.  Ход   выполнения   работы:   Количество   выпариваемой   воды   находится   по формуле W=G1−G2=G(1−a0∕a3) температуру подогрева раствора принимаем равной 115 ℃ , тогда расход тепла на подогрев  Qпод=G∙3,860(tпод−t0) Теплота   испарения   составляет   2260кДж/кг,   что   соответствует   абсолютному давлению 0,1 МПа, тогда расход экстра­пара составит: E= Qпод 2260 Это количество надо распределить между экстра­паром, отбираемым из І корпуса (Е1) и из ІІ корпуса (Е2). Выгодно распределить отбор экстра­пара таким образом, чтобы отбор из ІІ корпуса был больше, чем из ІІ корпуса.  W3= W−2E2−E1 3 W2=W3+E2 W1=W−W2−W3 определяем концентрации раствора после І и ІІ корпусов: а1= G∙a0 G−W1 а2= G∙a0 G−W1−W2 Нормальные температурные депресии водного раствора NaOH для каждого из корпусов находим по таблице 1:   ∆1=8,4℃;∆2=14,7℃ . Для первых двух корпусов,   работающих   под   давлением,   близким   к   атмосферному,   поправкой   на давление пренебрегаем. Последний корпус работает под малым абсолютным давлением (0,020МПа), сильно   влияющим   на   величину   температурной   депрессии.   В   этом   случае температурная   депрессия   определяется   по   приближенной   формуле проф.И.А.Тищенко ∆3=67,5 Т2 r ат ∆3 где, T – абсолютная температура кипения, К;   r   – теплота испарения для воды ат=28℃   ­   температурная   депрессия     для при   данном   давлении,   кДж/кг;   ∆3 раствора NaOH при атмосферном давлении. Таблица   2.Значение   величины   поправочного   коэффициента  К  в   зависимости   от давления Вариант Абсолютное давление, МПа К 1 0,00 6 0,64 2 0,00 8 0,66 5 3 0,0 1 0,6 9 4 0,01 5 0,73 5 0,0 2 0,7 9 6 0,0 3 0,8 1 7 0,0 4 0,8 5 8 0,0 5 0,8 8 9 0,0 6 0,9 1 10 0,0 8 0,9 5 11 0, 1 1 12 0,1 5 1,0 7 13 0,2 1,1 4 14 0,2 5 1,1 9 15 0,3 1,2 3 16 0,4 1,3 Обозначая величину  67,5 Т2 r  через К можно воспользоваться таблицой 2. Поправочный   коэффициент  К  выбирается   с   помощью   абсолютного   давления. Следовательно, температурная депрессия равна: ∆3=∆3 ат∙К Принимаем   гидростатическую   депрессию   равной гидравлическую депрессию  ∆'''=1℃ . Полная депрессия   ∆''=2℃   и ∆=∆3+∆''+∆''' определяем сумму температурных депрессий: ∑∆=∆1+∆2+∆3 полезный температурный напор составит: ∆tпол=t−ϑ−∑∆ Таблица 3. Распределение температур по корпусам в выпарной установке Энтальпия, кДж/кг Температура кипения раствора, t, ℃ Температура насыщения вторичного пара,  tвт℃ греющего пара вторичного пара iвп Температура насыщения греющего пара, tн,℃ Корпус І ІІ ІІІ 140 120,7 95,1 140­10,9 120,7­10,9 95,1­10,9 t­ ∆1 t­ ∆2 t­ ∆3 Удельные теплоемкости поступающего в корпуса раствора , кДж/ (кг∙К) с1=3,860;с2=3,770;с3=3,690;св=4,190 Составляем   уравнения   теплового   баланса   выпарного   аппарата   для выпариваемого раствора: D(i−св∙t)=G∙с1∙(t−ϑ)+W1(i−св∙t)                                                     (а) (W1−E1)∙(iвп−св∙tнII)=(G−W1)∙c2(tII−tI)+W2(iвпІІ−cв∙tII)          (б) (W2−G)∙(iвпІІ−cв∙tнІІ)=(G−W1−W2)∙c3(tIII−tII)+W3(iвпІІІ−св∙tIII)      (в) W1+W2+W3 Из совместного решения уравнений (а), (б) и (в) находим (кг/с): W1;W2;W3;D Для коэффициентов теплопередачи приняты следующие значения (кВт/ м2∙К ): k1=1,620k2=1,275k3=¿ 0,695. Тепловые нагрузки по корпусам (кВт): Q1=D(i−cв∙t) Q2=(W1−E1)(iвпІ−св∙tнII) Q3=(W2−G)(iвпІІ−св∙tнIII) Находим отношения: Q1∕k1 ;        Q2∕k2  ;          Q3∕k3 ;       ∑Q∕k . Температурные напоры по корпусам  определяем из уравнений: ∆t1= Q1∕k1 ∑Q∕ktпол                     ∆t2= Q2∕k2 ∑Q∕ktпол                 ∆t3= Q3∕k3 ∑Q∕ktпол             После этого определяем поверхности теплообмена по уравнению теплопередачи: F1= Q1 k1∙∆t1         F2= Q2 k2∙∆t2         F3= Q3 k3∙∆t3 Контрольные вопросы: 1. В чем состоит сущность выпаривания? 2. Перечислите конструкции наиболее распространенных выпарных аппаратов 3. Что называют нагрузкой выпарного аппарата? 4. Что такое концентрация раствора?