Конструирование выпарной установки (стр. 3 из 6)
W = G0 – Gк, (2)
W = 1000 – 268,3 = 731,7.
Определяем количество воды, выпаренной на 1кг раствора, поступающего на выпарку, w, кг/кг
, (3) 
.2.2Тепловой расчёт установки
Определяем теплоёмкость раствора, поступающего на выпарку с0, кДж/кг0С
, (4)где ссух. – теплоёмкость сухого растворённого вещества сахара, ссух. = 1,29 кДж/кг0С /2, с. 112/;
св – теплоёмкость воды, св = 4,19 кДж/кг0С.
.Определяем перепад давления, приходящийся на один корпус ∆Р, бар
. (5)где Р0 – давление греющего пара, бар;
Рк – давление в последнем корпусе, бар;
n – число корпусов, n = 2;
.Определяем давление во втором корпусе Р1, бар
Р1 = Р0 - ∆Р, (6)
Р1 = 4 – 1,85 = 2,15.
Определяем давление во втором корпусе Р2, бар
Р2 = Р1 - ∆Р, (7)
Р2 = 2,15 – 1,85 = 0,3.
Определяем количество тепла, поступающее в подогреватель с экстра паром q, кДж/кг
q = ε1 * r1. (8)
где r1 – скрытая теплота парообразования при давлении Р1 в первом корпусе из таблицы воды и водяного пара при Р1 = 2,15бар, r1 = 2195,8 кДж/кг /3/.
q = 0,04 * 2195,8 = 87,832.
Составляем тепловой баланс для первого выносного подогревателя.
Определяем температуру исходного раствора tx на выходе из первого подогревателя, исходя из уравнения теплового баланса, 0С
c0 (tx – t’0) = ε1*r*ηn;
где ε1 – количество экстра пара из первого корпуса, кг/кг;
ηn – коэффициент сохранения теплоты подогревателем, принимаем ηn = 1.t’0 – начальная температура раствора, 0С.
, (9) 
.Определяем количество воды, выпаренной во втором корпусе w2, кг/кг раствора
, (10) 
.Определяем количество воды, выпаренной в первом корпусе w1, кг/кг раствора
w1 = w – w2, (11)
w1 = 0,7317 – 0,34585 = 0,38585.
Определяем концентрацию раствора в первом корпусе b1, %
, (12) 
.Определяем концентрацию раствора во втором корпусе b2, %
, (13) 
.Определяем теплоёмкость раствора в первом корпусе c1, кДж/кг0С
, (14) 
Определяем теплоёмкость раствора во втором корпусе c2, кДж/кг0С
, (15) 
.По справочным данным /1, с.152/ на основании концентрации раствора на выходе из первого корпуса и концентрации раствора на выходе из второго корпуса определяем физико-химическую температурную депрессию при атмосферном давлении, а затем по формуле Тищенко делаем пересчёт.По таблицам воды и водяного пара по давлению Р1 и Р2 в первом и втором корпусе определяем температуру вторичного пара, которая в дальнейшем нужна для определения температуры кипения раствора.
Гидростатическую депрессию ∆2 принимаем равной 1, для первого и второго корпуса.Гидравлическую депрессию ∆3 принимаем: для первого корпуса ∆3 = 1; для второго корпуса ∆3 = 0,5.
Результаты сводим в таблицу 1.
Таблица 1 Физико-химическая температурная депрессия споправкой на давление.
| Род депрессии | Корпус I | Корпус II |
| Физико-химическая ∆1 | 0,708 | 1,74 |
| Гидростатическая ∆2 | 1 | 1 |
| Род депрессии | Корпус I | Корпус II |
| Гидравлическая ∆3 | 1 | 0,5 |
| Суммарная ∑∆ | 2,708 | 3,24 |
Составляем таблицу 2 для записи давлений, температур, энтальпий и скрытой теплоты парообразования для греющего и вторичного пара, для первого и второго корпуса.
Таблица 2 Параметры пара
| Р, МПа | tн, 0С | h, кДж/кг | r, кДж/кг |
| Рн = 0,5 | 143,62 | 2738,5 | 2133,8 |
| Р1 = 2,15 | 122,53 | 2710,25 | 2195,8 |
| Р2 = 0,3 | 69,12 | 2625,3 | 2336 |
Определяем полную разность температур в установке ∆t’, 0С
∆t’ = tn - Ө2. (16)
где tn – температура греющего пара, 0С;
Ө2 – температура во втором корпусе при давлении Р2, 0С.
∆t’ = 143,62 – 69,2 = 74,5.
Согласно заданию, оба корпуса должны иметь одинаковые поверхности нагрева, в соответствии с этим полезная разность температур распределяется между корпусами прямо пропорционально их тепловым нагрузкам и обратно пропорционально коэффициенту теплопередачи, т.е.
. (17)где ∆t1 и ∆t2 – полезные разности температур по корпусам, 0С;К1 и К2 – коэффициенты теплопередачи;Q1 и Q2 – тепловые нагрузки по корпусам;
Тепловые нагрузки корпусов могут быть приняты пропорциональными количествам выпариваемой в них воды с поправкой в дальнейшем на явление самоиспарения и увеличение скрытой теплоты парообразования во втором корпусе.
.(18)Отношение коэффициентов теплопередачи по корпусам принимаем предварительно на основании справочной литературы, К1/К2 = 2.
В результате получаем систему уравнений
(19)где ∆t – полезная разность температур, равная полной разности температур минус суммарная депрессия для первого и второго корпуса, 0С
∆t = ∆t’ – ∑∆, (20)
∆t = 74,5 – 5,948 = 68,552.
На основании полученных результатов и данных, взятых из таблиц водяного пара, составляем температур и энтальпий пара и жидкости.
Таблица 3 температуры и энтальпии пара и жидкости
| Наименование параметров | I корпус | II корпус | ||
| Обозначение | Величина | Обозначение | Величина | |
| Температура, 0Сгреющего паракипения растворавторичного параконденсата | tнt1Ө1τ1 | 143,62124,328122,53143,62 | Ө’1t2Ө2τ2 | 123,32872,3669,12123,328 |
| Энтальпия, кДж/кггреющего паравторичного пара | h’’0h’’1 | 2738,52718,6 | h’0h’1 | 2708,82631,05 |
| Теплота парообразования вторичного пара, r, кДж/кг | r1 | 2178,7 | r2 | 2328 |
Температура кипения раствора в I корпусе t1, 0C
t1 = Ө1 + (∆1k + ∆21k);
t1 = 122,53 +1,708 = 124,328 (21)
Температура греющего пара II корпуса Ө’1, 0C
Ө’1 = Ө1 – ∆31k; (22)
Ө’1 = 124,328 – 1 = 123,328
Температура кипения раствора во II корпусе t2, 0C
t2 = Ө2 + (∆12k + ∆22k + ∆32k);(23)
t2 = 69,12 + 3,24 = 72,36
Составляем таблицу физических параметров раствора. Физические парам5етры воды ρ, c, ν, λ определяем по корпусам по температурам кипения раствора в корпусе [9]. Теплоемкость раствора по корпусам определена выше (п. 5.10, п. 5.11). Плотность раствора можно определить по правилу аддитивности, зная концентрацию и плотность чистых компонентов при данной температуре [11], кг/м3 :
ρр = ρсух * b+ ρв (1- b);
где ρсух – плотность безводного нелетучего вещества сахара[4], ρсух = 1600кг/м3
ρв – плотность растворителя, воды ( при температуре кипения в корпусе); кг/м3
b – долевое содержание ( концентрация) массы вещества в растворе(п.5.8, п.5.9)
ρр1 = 1600* 0,1791 + 936(1 – 0,1791) =1054,92
ρp1 = 1600*0, 41 + 976,2(1 – 0,41) = 1231,96
Удельная теплоемкость, теплопроводность водных растворов в зависимости от концентрации раствора и температуры определяется из графиков [12]
Таблица 4 Физико-химические величины для воды и раствора I и II корпусов
| Наименование физико-химических констант | I корпус | II корпус | ||
| Вода | Раствор | Вода | Раствор | |
| Плотность – ρ, кг/м3 | 936 | 1055,52 | 976,2 | 1231,96 |
| Теплоёмкость – с, кДж/кг | 4,263 | 3,9 | 4,179 | 3,0 |
| Вязкость – ν * 106, м2/с | 0,237 | 0,41 | 0,478 | 0,981 |
| Теплопроводность – λ, Вт/м *0К | 0,686 | 0,59 | 0,659 | 0,36 |
Определяем коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара к стенке для первого корпуса α1, Вт/(м20С)