Основы теплового расчета выпарных аппаратов

Тепловые процессы при выпаривании растворов протекают в тесной взаимосвязи с конструктивными и гидромеханическими параметрами аппаратов. Поэтому конструктивные расчеты выпарных аппаратов неотделимы от тепловых и гидромеханических расчетов.

Тепловой расчет выпарного аппарата выполняют для определения поверхности теплопередачи и режима выпаривания раствора.

Вначале определяют общую тепловую нагрузку выпарного аппарата:

. (10.90)

При выпаривании растворов с выделением твердой фазы необходимо учесть теплоту кристаллизации

. (10.91)

Расход греющего пара на процесс выпаривания в аппарате определяют по уравнению

(10.92)

( – коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду; = = 1,03 ÷ 1,05).

Для выпарных аппаратов с вынесенной зоной кипения коэффициент теплопередачи рассчитывают по уравнению

. (10.93)

Рисунок 10.18 – Зависимость коэффициента загрязнений от давления в сепараторе

Вследствие отложения солей на поверхности греющих трубок при выпаривании солесодержащих растворов, величина действительного коэффициента теплопередачи мень­ше расчетного на величину поправки ε:

. (10.94)

Поправку ε определяют по графику.

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара в межтрубном пространстве греющей камеры на наружной поверхности вертикальной трубки определяют из уравнения

, (10.95)

где – соответственно плотность, теплопроводность и вязкость воды при температуре пленки конденсата

; (10.96)

 

. (10.97)

В формулах (10.96, 10.97) величину плотности теплового потока задают вначале в пределах = 10 ÷ 40 кВт/м², а затем уточняют, добиваясь расхождения расчетных значений от принятых на величину не более 5 %.

Величина перегрева раствора в трубках греющей камеры зависит от многих факторов, и для упрощения расчета величину можно принять равной 2–3 °С.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к раствору α₂ для выпарных аппаратов с естественной циркуляцией определяют по уравнению (10.98), с принудительной циркуляцией по уравнению – (10.99):

. (10.98)

В этом выражении

; ;

; ; ; ;

(10.99)

(Рr_ст определяется при средней температуре поверхности стенки).

При наличии в циркулирующем растворе твердой фазы (до 20 %), вследствие локальной турбулизации потока, происходит увеличение коэффициента теплоотдачи. Определяется он в этом случае из выражения

; (10.100)

 

. (10.101)

В выпарных аппаратах с кипением раствора в трубках коэффициент теплоотдачи при длине зоны кипения, равной длине трубки, рассчитывают по уравнению

, (10.102)

где – плотность пара при абсолютном давлении 0,1 МПа.

После расчета величины коэффициента теплопередачи определяют величины температурной и гидростатической депрессий по формулам (10.22, 10.25), температуру кипения раствора (10.21), полезную разность температур (10.21, 10.61) и, в итоге, поверхность теплопередачи выпарного аппарата

. (10.103)

Полученное значение поверхности теплопередачи выпарного аппарата увеличивают на 15 – 20% и округляют до ближайшего стандартного значения.

Рисунок 10.19 –Устройство роторного пленочного аппарата: 1 – корпус аппарата; 2 – паровая рубашка; 3 – роторная мешалка; 4 – конусное днище; 5 – штуцер для ввода исходного раствора; 6 – распределительное кольцо; 7 – вал привода мешалки; 8 – штуцер выхода вторичного пара