Випарювання (стор
Переваги: більш концентрований розчин, випарується при більш високому тиску і відповідно температурі. Це по-зволяет повторність нагріву.
Недоліки: необхідність включення в схему насосів для перекачування розчину з корпуса в корпус.
Малюнок 4 - багатокорпусні протівоточная випарна установка
3.4 Випаровування з тепловим насосом
Випарювання із застосуванням теплового насоса засновано на можливості використання вторинної пари для випаровування розчинника в тому ж апараті, якщо температура вторинної пари буде тим чи іншим способом підвищена до температури пари, що гріє. Температуру вторинного пара можна підвищити до температури що гріє пара шляхом стиснення його компресором або паровим інжектором.
У першому випадку вторинний пар надходить з випарного апарату в турбокомпресор, стискається до тиску, відповідного температурі пари, що гріє, і вводиться в греющую камеру випарного апарату.
Рівняння теплового балансу
де D- витрата пари, що гріє, кг / с;
H- ентальпія пари, що гріє, Дж / кг;
W- масова витрата випаровується води, кг / с;
Hв. п.сж- ентальпія стисненого вторинного пара, Дж / кг;
Gн. Gк- масова витрата початкового (вихідного) розчину і кінцевого (упаренного) розчину, кг / с;
сн, ск - питома теплоємність вихідного і упаренного розчину, Дж / КГК;
tн. tк-початкова і кінцева температура розчину, ° С;
Hв. п-ентальпія вторинної пари, Дж / кг;
хк - кінцева концентрація розчину,% мас .;
# 8710; q- різниця інтегральних теплот розчинення 1 кг розчиненого речовини в вихідному і концентрованому розчинах, кДж / кг;
Hк- ентальпія кінцевого розчину, Дж / кг;
Qп- витрата теплоти на компенсацію втрат у навколишнє сере-ду, Вт.
З рівняння теплового балансу може бути обчислений витрата пари, що гріє
Як випливає з рівняння (9), витрата пари на випарювання з тепловим насосом значно менше, ніж при простому випаровуванні, так як різко зменшується другий доданок правої частини рівності. Однак поряд з цим необхідно витрачати механічну енергію на роботу компресора. Якщо компресор приводиться в дію електродвигуном, то його потужність (в кВт) дорівнює
де - адіабатичний коефіцієнт корисної дії компресора;
- коефіцієнт корисної дії електродвигуна і приводу.
Необхідність застосування складних машин (компресорів), а також витрат дорогою механічної енергії призводить до практичної недоцільність теплового насоса з компресорами.
Великий практичний інтерес представляють теплові насоси з паровими інжекторами (малюнок 5).
У цих установках вихідний гріючийпар надходить попередньо в інжектор 2. В інжекторі кожна одиниця маси свіжого пара інжектується m одиниць маси вторинного пара. В результаті виходить робочий гріючийпар в кількості, з робочим тиском, меншим, ніж тиск вихідного пара, і великим, ніж тиск вторинної пари.
Отриманий в інжекторі пар надходить на нагрівання випарного апарату, частина вторинного пара, яка дорівнює, не може бути інжектованих і тому в установці не використовується.
1 - випарної апарат; 2 - інжектор
Малюнок 5 - Схема теплових потоків при випаровуванні
з інжекторним тепловим насосом
Тепловий баланс розглянутого процесу випарювання може бути представлений равенствами
Зіставлення цих рівностей з рівняннями балансу простого випарювання показує, що в даному процесі випарювання з тепловим насосом витрата пари, що гріє зменшується в (1 + m) раз.
Інжектор є порівняно простий пристрій, виготовлення якого не вимагає великих витрат металу, тому установки з паровими інжекторами в принципі повинні бути визнані цілком раціональними.
Значення коефіцієнта інжекції m в вигідних для інжекції умовах роботи випарної установки становить 0,5-1.
Випарні установки в хімічній промисловості працюють зазвичай в невигідних для інжекції умовах. Внаслідок високої температурної депресії розчинів тиск вторинного інжектіруемого пара буває низьким. Зі зменшенням тиску інжектіруемого пара зменшується коефіцієнт інжекції. Зі зменшенням коефіцієнта інжекції витрата свіжого пари, що гріє збільшується, і застосування випарних установок з паровим інжектором стає невигідним. Зазначеним обставиною пояснюється обмежене поширення в хімічній промисловості випарних установок з тепловим насосом; ці установки застосовують для випарювання розчинів з малою температурної депресією і в умовах, коли необхідно забезпечити мінімальну витрату пари, що гріє.
3.5 Допоміжне обладнання випарної установки
Випарна установка складається з цілого ряду допоміжних апаратів і ємностей, наявність або відсутність яких визначається типом установки.
Розглянемо найбільш важливі складові частини випарної установки.
Теплообмінник - це апарат, в якому здійснюються теп-ловие процеси.
Теплообмінні апарати поділяються залежно від форми поверхні (трубчасті теплообмінники, змієвикові теплообмінники та ін.), Виду теплоносіїв (водяна пара, ін. Розчиніть-ли), способу передачі теплоти. Відповідно до останнього показате-лем, їх можна класифікувати на поверхневі (рекуперативні), змішувальні (контактні) і регенеративні.
Поверхневі теплообмінники - це найбільш значна і важлива група теплообмінних апаратів, які використовуються в госпо-кої промисловості. У поверхневих теплообмінниках, тепло-носії розділені стінкою, причому теплота передається через поверх-ність теплообміну в таких теплообмінниках, що формуються з труб, то їх називають трубчастими (рисунок 6).
Малюнок 6 - кожухотрубчасті теплообмінник
В іншій групі поверхневих теплообмінників поверхнею теплообміну є стінка апарату або плоскі металеві листи. У змішувальних (контактних) теплообмінниках теплообмін відбувається при безпосередньому зіткненні теплоносіїв (наприклад, градирні).
В регенеративних теплообмінниках процес перенесення теплоти від гарячого теплоносія до холодного поділяється в часі на два періоди і відбувається при поперемінному нагріванні і охолодженні насадки. Теплообмінники такого типу часто застосовують для регенерації теплоти відхідних газів.
Конденсаційне пристрій (рисунок 7) є необхідним елементом обладнання випарних установок, що працюють під вакуумом. Так як в хімічній промисловості звичайно не потрібно отримати чистий конденсат, то широко розповсюджені конденсатори змішання.
Малюнок 7 - Барометричний конденсатор
Найбільш поширені сухі конденсатори. Залежно від взаємного напрямку потоків пари і води, розрізняють конденсатори протиточні і прямоточні. Перші найбільш раціональні, т. К. В них можна отримати конденсаційну воду більш високої температури, менший обсяг відсмоктуються газів з температурою, близькою до початкової температурі води, що охолоджує, що зменшує витрату потужності на привід вакуум-насоса.
Однією з умов нормальної роботи випарних апаратів з паровим нагріванням є безперервне видалення конденсату пари, що гріє. Для безперервного видалення конденсату з нагрівальних камер застосовують спеціальні пристрої, які називаються конденсатовідвідники.
Конденсатовідвідники призначені для автоматичного відділення конденсату від парової емульсії в випуску його з системи, що не бере участь в технологічному процесі. На малюнку 8 представлена класифікація конденсатоотводчиков.
Малюнок 8 - Класифікація конденсатоотводчиков
Конденсатоотводчик повинен випускати воду і затримувати пар, що здійснюється за допомогою гідравлічного або механічного затвора.
Відповідно конденсатоотводчики діляться на безклапанні і клапанні.
Для обслуговування енергетичних установок зазвичай застосовуються клапанні конденсатоотводчики періодичної дії. Для обслуговування обігрівальних пристроїв в міському господарстві використовуються безклапанні конденсатоотводчики безперервної дії з гідравлічним затвором - лабіринтові, соплові або з подборной шайбою.
Конденсатовідвідники з поплавком об'єднують численну групу конструкцій. Можуть застосовуватися для випуску великої кількості конденсату.
Конденсатовідвідники з закритим поплавком застосовуються у випадках з обмеженням температури 300 ºC і тиском насиченої водяної пари в 1,3 МПа.
Конденсатовідвідники з відкритим поплавком використовуються в енергетиці з високими параметрами пари.
Конденсатовідвідники з «перевернутим» поплавком застосовуються в лініях при тиску до 1,5 МПа і температурі до 200 ºC. Застосовуються в основному в технологічних лініях з безперервним утворенням конденсату. Мають масу переваг в порівнянні з конденсатовідвідників з відкритим поплавком.
Термодинамічні конденсатовідвідники (рисунок 9) таріль-чатого типу отримали найбільше застосування. Вони застосовуються для тиску 10 МПа і температурі до 300 ºC. Вони мають просту конструкцію, малі габарити, розміри і масу. Надійні в роботі і дешеві у виготовленні, створюють високу пропускну здатність і малі втрати пара.
1 - корпус; 2 - прокладка; 3 - сідло; 4 - тарілка; 5 - кришка
Малюнок 9 - Термодинамічний конденсатовідвідник
Термостатичні конденсатовідвідники (термостатичні) мають чутливий елемент у вигляді сильфона або зігнутої трубки, за-виконуваної легко випаровується рідиною або забезпечуються термоплас-тинами, що володіють високими коефіцієнтами лінійного розширення.
Соплові конденсатоотводчики придатні лише при безперервному і рівномірному надходженні пароводяної суміші. Зазвичай соплові конденсатоотводчики використовують при невеликих кількостях відведеного конденсату і тиску не вище 2,5 МПа.
На роботу будь-якого конденсатовідвідника сильно впливає різниця тисків в нагрівальній камері (з якої потрібно відводити кондом-сат) і в конденсатопроводі. Це виключає можливість правильного вибору конденсатоотводчиков по одним лише розмірами, наведеними в каталогах, і вимагає в кожному конкретному випадку перевірочного рас-чета.
Тепловий насос. Випарювання із застосуванням теплового насоса засновано на можливості використання вторинної пари для випаровування розчинника в тому ж апараті, якщо той чи інший спосіб підвищена до температури пари, що гріє. Температуру вторинного пара можна підвищити до температури що гріє пара шляхом стиснення його кому-компресорів або паровим інжектором.
3.6 Опис установки
Установка для проведення процесу випарювання (рисунок 10) являє собою випарної апарат, з'єднаний з парогенератором 1.
Вихідний розбавлений розчин надходить у нижню частину сепаратора 5 і потім потрапляє в кіпятільниетруби. Первинний пар направляють в міжтрубний простір гріючої камери 6, де він конденсується, віддаючи теплоту конденсації через стінки кіпятільних труб до киплячого розчину.
Випарної апарат працює за принципом спрямованої природної циркуляції, яка викликається різницею щільності киплячого розчину в циркуляційної трубі 7 і в кіпятільних трубах греко-нього камери 6. Різниця щільності обумовлюється відмінністю питомої теплового потоку, що припадає на одиницю об'єму розчину: в кіпятільних трубах він вище, ніж в циркуляційної трубі. Тому інтенсивність кипіння і пароутворення в них теж вище; утворюється тут парожидкостная суміш має меншу щільність, ніж в циркуляційної трубі. Це призводить до спрямованої циркуляції киплячого розчину, який по циркуляційної трубі опускається вниз, а по кіпятільним трубах піднімається вгору. Парожідкостная суміш потрапляє потім в сепаратор, в якому пар відокремлюється від розчину, і його виводять з апарату. Упаренний розчин виходить з штуцера в днище апарату.
1 - пристрій для обігріву рідких середовищ «гострим» водяною парою;
2 - манометр; 3 - сопло; 4, 8, 11, 12 - вентиль; 5 - сепаратор;
6 - гріє камера; 7 - циркуляційна труба; 9 - ємність для
упаренного розчину; 10 - ємність для конденсату; 13 - воронка
Малюнок 10 - Схема однокорпусному випарної установки
3.7 Методика проведення роботи
Приготований розчин солі певної концентрації заливають в апарат через воронку 13, попередньо вимірявши температуру. При цьому вентиль 8 закритий. Включають парогенератор 1. Коли тиск пари досягає встановленого тиску, відкривають вентиль 4 і гріючийпар надходить в греющую камеру 6, де він конденсується-ється, віддаючи теплоту конденсації через стінки кіпятільних труб
до киплячої рідини, вентиль 10 для відведення конденсату відкритий.
Парожідкостная суміш потрапляє в сепаратор, в якому пар відокремлюється від розчину і його виводять з апарату. Упаренний розчин виводять через вентиль 8 і вимірюють його температуру.
3.8 Обробка дослідних даних
3.8.1 Визначення коефіцієнта тепловіддачі від пара
до системи
а) По заданому тиску водяної пари в довіднику знаходять температуру його конденсації і питому теплоту пароутворення.
б) Визначають загальну різницю температур
де - температура кипіння розчину, ° С.
в) Розраховують температуру стінки
г) Визначають середню температуру плівки конденсату
д) Знаходять в довіднику щільність # 961; (Кг / м3), (див. Приложе-
ня В) теплоємність і кінематичну в'язкість плівки конденсату при середній температурі плівки конденсату.
е) Розраховують коефіцієнт тепловіддачі при плівковій конденсації насиченої пари і ламінарному стікання плівки конденсату під дією сили тяжіння
де С - коефіцієнт, що залежить від розташування поверхні нагрівання: для вертикальної поверхні А = 1,15, для горизонтальної поверхні А = 0,72.
3.8.2 Визначення коефіцієнта тепловіддачі від стінки
а) По заданому тиску водяної пари знаходять температуру його конденсації і питому теплоту пароутворення.
б) Визначають загальну різницю температур
де - температура кипіння розчину, ° С, знаходять по Додатку Г в залежності від його концентрації.
в) Розраховують температуру стінки
г) Знаходять в довіднику теплопровідність, кінематичну в'язкість і поверхневий натяг розчину при заданій його кінці-нтраціі.
д) Розраховують коефіцієнт тепловіддачі в умовах бульбашкового режиму кипіння рідин
де - тиск вторинної пари, кгс / см2;
- щільність розчину при
г) За тиску в середньому шарі киплячого розчину знаходять температуру.
д) Розраховують гідростатичну депресію
3.8.6 Розрахунок витрати пари, що гріє
а) З матеріального балансу знаходять масові витрати кінцевого розчину
де Gнач і Gкон - масові витрати вихідного розчину і кінцевого (упаренного) розчину, кг / с;
W - масова витрата випарованої води, кг / с.
б) З рівняння матеріального балансу визначають кінцеву концентрацію розчину ()
де, - масові витрати початкового розчину і кінцевого розчину, кг / с;
, - масові частки розчиненої речовини в початковому і кінцевому розчині.
в) Перевіряють правильність Xкон з формули
г) Знаходять кількість теплоти, необхідне для випаровування за формулою:
Щоб знайти Q, необхідно заповнити таблицю 2.
Таблиця 2 - Основні параметри процесу
д) Розраховують витрата пари, що гріє з урахуванням Qпот = 5%
де rг. п - питома теплота конденсації пари, що гріє, Дж / кг;
1) Сутність процесу випарювання.
2) Що таке корисна різниця температур випарного апарату?
3) Властивості розчинів: температурна депресія, теплоємність, теплота розчинення.
4) Концентраційна, гідростатична і гідродинамічна температурні депресії.
5) Однокорпусні випарні установки. Принцип роботи.
6) Сутність процесу однократного випарювання. Області застосування.
7) Багатокорпусні випарні установки. Принцип роботи.
8) Сутність процесу багаторазового випарювання. Області застосування.
9) Переваги та недоліки простого і багаторазового випарювання.
З через великий обсяг цей матеріал розміщений на декількох сторінках:
1 2 3 4