Процессы и аппараты химической технологии

м случае гидростатическая депрессия изменяется по высоте трубы от 0°С (вверху) до 20° С (внизу) и в среднем составляет 10° С. Расчет гидростатической депрессии в выпарных аппаратах невозможен, так как жидкость в них (в основном в виде парожидкостной смеси) находится в движении. С повышением уровня жидкости в аппарате гидростатическая депрессия возрастает. В среднем она составляет 1—3° С.

Гидравлическая депрессия А"' учитывает повышение давления в аппарате вследствие гидравлических потерь при прохождении вторичного пара через ловушку и выходной трубопровод. При расчетах А'" принимают равной Г С.

При кипении чистой воды температурный напор равен разности температуры греющего пара и температуры кипящей воды, которая в этом случае равна температуре насыщения вторичного пара. При кипении раствора температура насыщения вторичного пара, соответствующая давлению в аппарате, не изменяется, а температура кипения раствора повышается на величину депрессии. Следовательно, на ту же величину депрессии уменьшается и температурный напор. Таким образом, депрессия вызывает потерю температурного напора, вследствие чего ее называют температурной потерей. Полная депрессия А равна сумме температурной, гидростатической и гидравлической депрессий:

(13-3)

Температура кипения раствора t определяется, в зависимости от температуры насыщения вторичного пара г), по формуле:

+ Д (13-4)

Пример 13-1. Определить температуру кипения 40%-ного раствора NaOH при абсолютном давлении 0,196 бар (0,2 am).

Решение. Температурная депрессия для раствора при атмосферном давлении Датм" = 28° С.Поправочный коэффициент & =« 0,76 (при 0,2 am). Следовательно, температурная депрессия при абсолютном давлении 0,2 am

Д' = 28 • 0,76 я. 21,3° С

Принимаем гидростатическую депрессию Д" = 3° С и гидравлическую депрессию Д'" = 1° С. Полная депрессия

Д = 21,3 + 3 + 1 =25,3° С

Температура кипения воды при 0,2 am составляет & — 59,7° С. Темпера* тура кипения раствора

t =ш 59,7 + 25,3 = 85е С

Материальный баланс выпарного аппарата

Обозначим начальное (до выпарки) и конечное (после выпарки) количество раствора (в кг) через G{ и G2, его начальную и конечную концентрацию (в весовых долях) через а.\ и а2 и количество выпаренной воды (в кг) через W. Тогда можно написать уравнения материального баланса по всему количеству вещества:

О1 = 02+-и/ (13-5)

и по растворенному веществу:

6Vz1==02a2 (13-6)

В приведенные уравнения входят пять величин; три величины должны быть заданы, а остальные две можно определить из этих уравнений. Обычно бывают известны Gu ах и а2, тогда, решая совместно уравнения (13-5) и (13-6), находим:

(13-8)

Уравнение (13-8) дает возможность определить количество выпаренной воды.

31 Зак 546.

Иногда бывают заданы Gu W и а\\ тогда из уравнений (13-5) и (13-6) вычисляют конечную концентрацию раствора:

а из уравнения (13-5) находят G2.

Пример 13-2. На выпаривание поступает G\ = 25 ООО кг/ч раствора NaOH концентрацией а\ — 28 вес. %. Конечная концентрация раствора а2 = 40 вес. %. Определить количество выпаренной воды и упаренного раствора.

Решение. Количество выпаренной воды вычисляем по формуле (13-8): 1^=25 000^1 —-^ = 7500 кг/ч

Количество упаренного раствора составляет

G2 = 25000 — 7500= 17500 кг/ч

Пример 13-3. На выпаривание поступает G\ = 40 000 кг/ч раствора KOi центрацией а\ = 8 вес. %. Количество выпаренной воды W= 18000 кг/ч. Определить концентрацию и количество упаренного раствора

Решение. Концентрацию упаренного раствора находим по формуле (13-9):

40 000 - 0,08 Л1.Л Л.а а* = 40000-18000 = 0Д46' ИЛИ 14,6 ВеСКоличество упаренного раствораG2 = 40 000 — 18 000 = 22 000 кг/ч

Тепловой баланс выпарного аппарата

Составим уравнение теплового баланса выпарного аппарата для выпариваемого раствора:

Приход тепла Расход тепла

Отдается нагревающим С вторичным паром . . Wl

агентом Q С уходящим раствором G2c2?

С поступающим раство- На дегидратацию . . . фдегром GJCJ^O Потери в окружающую

среду Qn

Таким образом

Q -Ь 0iCi*o = W + G2c2t + 0дег. + Qn (13-10)

где сг и с2— удельные теплоемкости поступающего и уходящего растворов, дж/кг-град; tQ и t — температуры поступающего и уходящего растворов, град;

i — энтальпия вторичного пара, дж/кг*

Теплота дегидратации представляет собой затрату тепла на повышение концентрации раствора; она равна по величине и обратна по знаку теплоте разбавления раствора. Таким образом, если при разбавлении раствора водой выделяется тепло, то при его концентрировании тепло поглощается. Обычно теплота дегидратации невелика и поэтому не учитывается.

Рассматривая поступающий раствор как смесь упаренного раствора и испаренной воды, можно написать:

G^t = G2c2t -f Wcbt

откуда

G2c2 = Охсг — WcB

где св— удельная теплоемкость воды, дж/кг*град.

Подставляя значение G2c2 в уравнение (13-10), получим

Q = Охсх (t -10) + W(i - cBt) + Q*ER. -+- QN

Если пренебречь теплотой дегидратации и потерями тепла, то предыдущее уравнен