ТРУБЧАТЫЕ ВЫПАРНЫЕ АППАРАТЫ

для кристаллизующихся растворов

Л. П. ПЕРЦЕВ, Е. М. КОВАЛЕВ, В. С. ФОКИН

ТРУБЧАТЫЕ ВЫПАРНЫЕ АППАРАТЫ для кристаллизующихся растворов

й

МОСКВА « МАШИНОСТРОЕНИЕ » 1982

ББК 35.11

П26

УДК 542.66.048.54

Рецензент кафедры «Конструироване аппаратов химических производств»МИХМа

Перцев Л. П, и др.

м.м.П26 Трубчатые выпарные аппараты для кристаллизую растворов/Л. П. Перцев, Е. М. Ковалев, В. С. Фокин. Машиностроение, 1982.— 136 с. с ил.

м.

м.

45 к.

ь. современные конструкции выпарных аппаратов, при! - требования, предъявляемые к ним в процессе изготовления и эксплуата Даны методы теплового, гидравлического и конструктивного расчетов выпа】 аппаратов и установок с учетом фазовых превращений, приведен алгоритм рас многокорпусных выпарных установок как на ЭВМ, так н вручную.Книга предназначена для инженерно-технических и научных работников, з мающихся вопросами проектирования, изготовления и эксплуатации выпарныхь. современные конструкции выпарных аппаратов, при! - требования, предъявляемые к ним в процессе изготовления и эксплуата Даны методы теплового, гидравлического и конструктивного расчетов выпа】 аппаратов и установок с учетом фазовых превращений, приведен алгоритм рас многокорпусных выпарных установок как на ЭВМ, так н вручную.Книга предназначена для инженерно-технических и научных работников, з мающихся вопросами проектирования, изготовления и эксплуатации выпарныхВ книге рассмотреныВ книге рассмотреныиыиытановок.2801020000 195「П195-82038(01)-82тановок.2801020000 195「П195-82038(01)-82ББКББК

ь. современные конструкции выпарных аппаратов, при! - требования, предъявляемые к ним в процессе изготовления и эксплуата Даны методы теплового, гидравлического и конструктивного расчетов выпа】 аппаратов и установок с учетом фазовых превращений, приведен алгоритм рас многокорпусных выпарных установок как на ЭВМ, так н вручную.

Книга предназначена для инженерно-технических и научных работников, з мающихся вопросами проектирования, изготовления и эксплуатации выпарных

ь. современные конструкции выпарных аппаратов, при! - требования, предъявляемые к ним в процессе изготовления и эксплуата Даны методы теплового, гидравлического и конструктивного расчетов выпа】 аппаратов и установок с учетом фазовых превращений, приведен алгоритм рас многокорпусных выпарных установок как на ЭВМ, так н вручную.

Книга предназначена для инженерно-технических и научных работников, з мающихся вопросами проектирования, изготовления и эксплуатации выпарных

В книге рассмотрены

В книге рассмотрены

иы

иы

тановок.

2801020000 195「

П195-82

038(01)-82

тановок.

2801020000 195「

П195-82

038(01)-82

ББК

ББК

ИБ № 3351

Леонид Петрович ПЕРЦЕВ, Евгений Михайлович КОВАЛЕВ, Виталий Сергеевич Фокин

ТРУВЧАТЬ圧 ВЫПАРНЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ КРИСТАЛЛИЗУЮЩИХСЯ РАСТВОРОВ

Редактор О. В. Маргулис

Художественный редактор И. К. Капралова

Технический редактор Н. В. Петрова

Корректоры: О. Е. Мишина и А. П. Сизова

12.05.82.Т-051литературная Печать высо!Заказ № 133. Цена 4512.05.82.Т-051литературная Печать высо!Заказ № 133. Цена 45Обложка художника О. В. Камаева

12.05.82.Т-051

литературная Печать высо!

Заказ № 133. Цена 45

12.05.82.Т-051

литературная Печать высо!

Заказ № 133. Цена 45

Сдано в набор 22.02.82.Подписано в печать

Формат 60X907ie Бумага типографская № 2. Гарнитура Усл. печ. л. 8,5. Уч.-изд. л. 8,91. Тираж 2150 экз.

Ордена Трудового Красного Знамени издательство «Машиностроение», 107076, Москва, Б-76, Стромынский пер., д. 4

Московская типография № 8 Союзполиграфпрома при Г ссуд арственном комитете но делам издательств, полиграфии и книжной торговли.

Хохловский пер., 7.

Издательство «Машиностроение^»- 1982

ПРЕДИСЛОВИЕ

Процессы выпаривания водных растворов солей являются наиболее традиционным видом получения различных продуктов в химической, пищевой, металлургической и других отраслях промышленности.

Несмотря на то, что механизмы выпаривания известны давно, онн полностью не исследованы.

Это объясняется как сложностью механизма выпаривания, так и трудностями раскрытия закономерностей гидродинамических, тепловых процессов, сопровождающихся процессами кристаллизации как в объеме рабочих растворов, так и на теплопередающих поверхностях.

Процессы выпаривания исследованы и описаны многими учеными: Н. И. Гельпериным, И. А. Тищенко, К- И. Лебедевым, И. И. Чернобыльским, Т. А. Колачем, С. И. Голубом, Л. Н. Матусевичем, Л. П. Вагановым.

В настоящей книге сделана попытка обобщения современной научно-технической информации отечественной и зарубежной науки в области техники выпаривания, выявления особенностей выпаривания солесодержащих растворов, составления рекомендаций по конструированию выпарных аппаратов и установок, разработки методов расчета с использованием современных вычислительных средств.

При составлении книги были использованы результаты исследовательских работ, опыт конструирования, изготовления выпарной техники на машиностроительных заводах и эксплуатации на предприятиях химической, пищевой и других отраслей промышленности.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯИндексы： i ——i-近 корпус выпарной установки; 0 ——исходный раствор； к一 выпаренный раствор; кип——кипение; гп ——греющий пар； вп ——вторичный пар; общ — общее количество; р — жидкая фаза; т — твердая фаза; черта — среднее значение параметра; z, * —паровая фаза; см—смесь; с — суспензия.Индексы： i ——i-近 корпус выпарной установки; 0 ——исходный раствор； к一 выпаренный раствор; кип——кипение; гп ——греющий пар； вп ——вторичный пар; общ — общее количество; р — жидкая фаза; т — твердая фаза; черта — среднее значение параметра; z, * —паровая фаза; см—смесь; с — суспензия.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Индексы： i ——i-近 корпус выпарной установки; 0 ——исходный раствор； к一 выпаренный раствор; кип——кипение; гп ——греющий пар； вп ——вторичный пар; общ — общее количество; р — жидкая фаза; т — твердая фаза; черта — среднее значение параметра; z, * —паровая фаза; см—смесь; с — суспензия.

Индексы： i ——i-近 корпус выпарной установки; 0 ——исходный раствор； к一 выпаренный раствор; кип——кипение; гп ——греющий пар； вп ——вторичный пар; общ — общее количество; р — жидкая фаза; т — твердая фаза; черта — среднее значение параметра; z, * —паровая фаза; см—смесь; с — суспензия.

S — количество раствора;

G — расход;

V——объемный расход;

Р — количество греющего па

ра;“

W — количество выпаренной воды;

Е —количество экстрапара;

О — концентрация;

Ьн — концентрация насыщения выделяемой солн;

£6$ — суммарная концентрация компонентов в растворе;

t— температура;

f' — температура раствора после подогрева;

饴л — температура пленки кон-

, денсата;

^п — температура конденсата греющего пара после подогревателей;

△%л — перепад температуры в пленке конденсата;

А/ — температура перегрева раствора;

Д/п — полезная разность температур;

Vt — температурная депрессия;

vT ——гидростатическая депрессия;

va — потеря температуры в паропроводе между корпусами;

а‘ 一параметр процесса выпаривания;

г — теплота парообразова- ння;

Гкр — теплота кристаллизации; с——теплоемкость;

с' — теплоемкость суспензии;

入一коэффициент теплопроводности раствора;

ХСт—коэффициент теплопроводности материала стенки греющей трубки;

б— коэффициентзагрязне

ния;

q ——плотность теплового потока;

Q — тепловой поток;

0 ——теплота концентрирования;

К — коэффициент теплопередачи;

б — коэффициент теплоотдачи со стороны пара;

а2 — коэффициент теплоотдачи со стороны раствора;

а с ——коэффициент теплоотдачи со стороны суспензии;

/ — энтальпия;

Qb ——плотность воды; q' — плотность суспензии;

р,——динамическая вязкость раствора;

Нв — динамическая вязкость воды;

V——кинематическая вязкость;

g — ускорение свободного падения;

о ——скорость движения по — трубкам;

s — средняя по сечению трубы вскипания скорость движения;

Гз——размер зародыша кристалла;

nd — длина и внутренний диаметр греющей трубки;

“в — диаметр трубы вскипания;

бет — толщина стенкн греющей трубки;

2— число трубок;

Тв — продолжительность процесса кипения;

^——число молекул кристаллизационной воды;

Мс — молекулярная масса соли;

т— соотношение фаз в выводимой суспензии;

f— отношение количества исходного раствора, поступающего в i-й корпус, к общему количеству раствора;

入 ж — коэффициенттрения

жидкой фазы;

入см — коэффициенттрения

двухфазного потока;

тс 一 касательное напряжение;

рн — напор;

Р— давление;

Рдв — движущий напор;

ЕРтрм — потери напора на трение и местные сопротивления；

Ару с к — потери напора на ускорение в трубе вскипания;

л一 отношение плошадн сечения трубы вскипания к площади сечения греющих трубок;

2?— сумма приведенных к скорости со местных сопротивлений циркуляционного контура выпарного аппарата;

Ф— содержание компонентов в многофазной смеси;

0т — массовая доля твердой фазы в циркулирующей суспензии;

пк — число корпусов выпарной установки;

Ап — коэффициент тепловых потерь;

А — перепад температур в подогревателе между конечной температурой конденсата н начальной температурой исходного раствора;

а — коэффициент испарения; а' — коэффициент самоиспаре- ння конденсата;

В — коэффициент само испарения раствора;

0' — коэффициент самоиспа- рения раствора при изменении энтальпии твердой фазы;

В" — коэффициент самоиспаре- ния раствора при перетоке твердой фазы;

N — коэффициент самоиспа- рения исходного раствора;

М — расход электроэнергии; “一кпд.

Признаки:

Р] = 0— температурная депрессия, определяемая по экспериментальным данным；

Pi = l — температурная депрессия, определяемая по формуле И. А. Тнщенко； 卩2=0——выпарной аппарат с естественной циркуляцией； 「2=1 ——выпарной аппарат с принудительной циркуляцией;

Рз=1 ——используется теплота самопспарения конденсата;

Рз=0— не используется теплота самопспарения конденсата;

「4 = 0— прямоток;

「4=1—параллельное питание н выгрузка;

「4 = 2— противоток；

Рб=0— выпаривание без выделения твердой фазы;

Рб= 1 ■— выпаривание с выделением твердой фазы и концентрированием не- крпсталлизующепся части;

₽5 = 2—выпаривание с выделением твердой фазы при постоянной концент

рации насыщения;

Рб = 0— отсутствует теплота концентрирования;

Рб= + 1 — при концентрировании поглощается теплота;

Рб=—1 — при концентрировании выделяется теплота;

「7=0—отсутствует теплота кристаллизации;

Р?= + 1 — при кристаллизации поглощается теплота;

「7=——1 — при кристаллизации выделяется теплота,

Р8 = 0—экстрапар задают в исходных данных н не перерассчитывают;

Р8= 1 — принятое количество экстрапара уточняют после установления режима работы установки;

Рд = 0—отсутствуют подогреватели;

Р§=1 — подогрев раствора;

Pio=l — используется теплота самоиспарения конденсата греющего пара;

Pio=O一 не используется теплота самоиспарения конденсата греющего пара

Глава 1

ОСОБЕННОСТИ ВЫПАРИВАНИЯ СОЛЕСОДЕРЖАЩИХ РАСТВОРОВ

Выделение солей из водных растворов в виде кристаллов — типичный процесс химической технологии, осуществляемый при до- стижении раствором пересыщенного состояния. В промышленных масштабах растворы в пересыщенном состоянии можно получать различными способами, однако наибольший практический интерес представляет концентрирование растворов методом выпаривания. Поскольку в этом случае выделение солей происходит при постоянной температуре кипения раствора, этот метод назван изотермической кристаллизацией.

Величина пересыщения раствора в процессе выпаривания постоянна и близка к состоянию насыщения при температуре кипения раствора.

Устойчивость пересыщенных растворов зависит от ряда факторов (в том числе от химического состава, температуры, механических воздействий) и изменяется в весьма широких пределах.

По данным Вант-Гоффа н В. М. Фишера устойчивость пересыщенных растворов солей возрастает с увеличением произведения валентностей их ионов, а при постоянном произвецении валентностей——с увеличением числа молекул кристаллогидратной воды.

По способности веществ образовывать, пересыщенные растворы соли условно можно разделить на четыре группы. К первой группе относятся соли, образующие устойчивые пересыщенные растворы —* кристаллогидраты, такие как К2СО3 • 1,5 Н2О; ВаС1г-2 Н2О; CuSO4-5 Н2О; MgCl2-6 Н2О; Na2cОз」0 Н2О н др.; ко второй — одновалентные безводные соли, самопроизвольно кристаллизующиеся (КС1; NaCl； KMgSO4; NaNOs и др.); к третьей — труднорастворимые соли, имеющие скрытую кристаллическую структуру (AgCl; BaSO4; MnSO4; CaSO4 н др.); к четвертой ——соли, кристаллизующиеся только в присутствии ионов других солей (так, соль K^MnCL кристаллизуется только в присутствии ионов двухвалентного свинца). Наиболее склонны к образованию пересыщенных растворов соли первой и четвертой групп; труднее всего образуют пересыщенные растворы соли второй и третьей групп.

Стабильность пересыщенных растворов характеризуется предельным пересыщением Ab = b——6Н. При достижении раствором предельного пересыщения (лабильная область) происходит спонтанное образование кристаллов.

Рис. 1. Диаграмма состояния реальных солевых растворов: АВ — граница насыщения; А'8'— граница пересыщения; / н "—соответственно метастабильная и неустойчивая (лабильная) зонаРис. 1. Диаграмма состояния реальных солевых растворов: АВ — граница насыщения; А'8'— граница пересыщения; / н "—соответственно метастабильная и неустойчивая (лабильная) зонаЕсли раствор находится в пересыщенном состоянии, но не достиг предельного пересыщения (метастабильная область), образование кристаллов (снятие пересыщения) происходит по истечении определенного времени, причем продолжительность периода до снятия пересыщения зависит от типа соли, физико-химических свойств раствора, режима движения раствора, наличия готовых кристаллов и механических примесей. В лабильной области в растворе появляются флуктуации —отклонение физических величин, характеризующих находящееся

Рис. 1. Диаграмма состояния реальных солевых растворов: АВ — граница насыщения; А'8'— граница пересыщения; / н "—соответственно метастабильная и неустойчивая (лабильная) зона

Рис. 1. Диаграмма состояния реальных солевых растворов: АВ — граница насыщения; А'8'— граница пересыщения; / н "—соответственно метастабильная и неустойчивая (лабильная) зона

в равновесии молекулярное тело. При этом в солевом растворе образуются скопления зародышей кристаллов, которые, достигая критического размера, выделяются из раствора, переводя его в устойчивое состояние.

Метастабильное состояние раствора—это относительно устойчивое состояние пересыщенных растворов, которое мгновенно пере- стает быть устойчивым, когда в системе появляются центры кристаллизации (зародыши кристаллов).

Схематически диаграмма состояний реальных солевых растворов представлена на рис. 1.

Стабильной области, расположенной ниже кривой растворимо- мости ЛВ, соответствует насыщенный раствор, который может быть однофазным неопределенно долгое время. Образование зародышей и их рост в таких растворах невозможны. Зона / между кривыми АВ и А'В' соответствует метастабильному (пересыщенному) состоянию раствора. По мере продвижения раствора по циркуляционному контуру выпарного аппарата пересыщение раствора частично снимается при образовании новых кристаллов, а частично ——при отложении солей на поверхности уже имеющихся кристаллов, причем эти процессы протекают одновременно. Время снятия пересыщения определяется типом растворимой соли, тепловым и гидродинамическим режимами процесса выпаривания. Зона выше линии А'В' абсолютно неустойчива. В этой зоне интенсивно выделяются кристаллы соли.

Механизм образования и отложения солей в процессе выпаривания

При выпаривании насыщенных растворов кристаллы соли выделяются как в объеме движущегося раствора, так и на поверхностях деталей выпарного аппарата (греющпе трубки, сепаратор, отбойник и др.).

Эффективность процесса выпаривания в значительной степени определяется отношением доли кристаллов, образующихся в объе- 8

ме раствора, к доле солей, оседающих на поверхностях выпарного аппарата, iравным образом на поверхностях нагрева. В связи с этим при выпаривании водных растворов с выделением твердой фазы приходится сталкиваться с двумя противоположными задачами: увеличением интенсивности выделения кристаллов солей в объеме движущегося раствора и уменьшением выделения кристаллов соли в зоне около стенки, т. е. уменьшением скорости инкрустации поверхности нагрева выпарного аппарата. Для решения этих задач необходимо знать механизм образования зародышей кристаллов соли в пересыщенном растворе и, кроме того, условия выделения солей в процессе кипения в объеме движущегося раствора и на поверхностях выпарного аппарата.

Выделение кристаллов солей из раствора представляет собой двухступенчатый процесс: сначала образуются центры кристаллизации, а затем происходит рост кристаллов. Главным процессом, определяющим интенсивность выделения солей из пересыщенного раствора, является процесс зарождения кристаллов.

В настоящее время нет единой теории зарождения кристаллов соли в пересыщенном растворе. Наиболее известны флуктуационная теория Фольмера и молекулярно-кинетическая теория Стран- ского. В основе этих теорий лежат предпосылки, разработанные Гиббсом, согласно которым изолированная система абсолютно стабильна, если при постоянстве энергии системы любое конечное изменение ее состояния оставляет неизменной энтропию (или даже уменьшает). Если же при некоторых конечных изменениях состояния (пересыщение раствора) энтропия возрастает, то система может быть относительно устойчивой (метастабильной). Метаста- бильное состояние является одним из возможных устойчивых при данных условиях состояний системы, которое не соответствует наименьшему значению свободной энергии. Таким образом, энтропия определяет устойчивость системы и вероятность зарождения кристаллов в пересыщенном растворе.

Как известно, в соответствии с основным законом статической термодинамики, энтропия системы есть экспоненциальная функция параметров системы. Этот закон указывает на то, что относительно устойчивая система может быть выведена из равновесного со- система с энтропией S/ (значение параметров 卩】,卩2,卩з,…)пере- Гиббс назвал эту работу мерой устойчивости метастабильной системы. При выпаривании растворов такой работой является теплота, затрачиваемая на испарение части растворителя. При этом система с энтропией S/ (значение параметров 卩【，цг» 卩3,…)переходит к состоянию с энтропией S2' (параметры pii+d^i； Цг+^Цг； Нз+^рз,…).Вероятность образования зародышей кристаллов в растворе

dj= У^ехр II djjqd卩2d2з，

где Ai — нормировочная постоянная; SJ и S?'——энтропия пересы-

щенного и насыщенного растворов; ft ^ 1,38• 10~23 Дж/К ——постоянная Больцмана;卩卜 ц2» 卩з—потенциалы состояния системы.

Так как при кипении температура и энергия системы постоянны, то S]'—S^=EAt т. е. dJ=4 exp (—七八优T)dpid卩2d卜(з, где Ел — работа, затраченная на создание зародыша новой фазы； Т — абсолютная температура раствора, К.

Л. Н. Матусевич получил для скорости образования зародышей кристаллов солей в пересыщенном растворе следующее уравнение:

/ = 4ехр/ = 4ехр°o°o73 1n2 (4 仇)73 1n2 (4 仇)⑵⑵

/ = 4ехр

/ = 4ехр

°o

°o

73 1n2 (4 仇)

73 1n2 (4 仇)

⑵

⑵

где Q。'一коэффициент, учитывающий соотношение между поверхностью кристалла и его формой.

Как видно из уравнений (1) н (2), для инициирования выделения кристаллов соли из раствора необходимо затратить работу (теплоту) £ на создание зародыша новой фазы. Величина этой работы Е, преодолевающей «порог неустойчивост и», зависит прежде всего от размера зародыша, а последний — от степени пересыщения системы. Гиббс показал, что для образования зародыша в пересыщенном растворе необходимо совершить работу

N

(3)

где а； — средняя удельная поверхностная энергия; S/‘一площадь поверхности кристалла.

Размер зародыша зависит от свойств и состояния системы

Гз=?%"с/аго, in 也九),Гз=?%"с/аго, in 也九),(4)(4)

Гз=?%"с/аго, in 也九),

Гз=?%"с/аго, in 也九),

(4)

(4)

где 牛 ——линейный размер зародыша; Мс — молекулярная масса СОЛИ； Qt ——плотность соли.

Из зависимости (4) видно, что с повышением температуры уменьшается размер зародыша. Это, в свою очередь, ведет к повышению скорости образования зародышей, в связи с чем при высоких температурах кипения раствора образуется большое число мелких кристаллов, что затрудняет их дальнейшую переработку. Для увеличения размеров кристаллов необходимо увеличить время их пребывания в аппарате (выпарные аппараты имеют большие объемы сепаратора и обратной циркуляционной трубы), уменьшить интенсивность процесса испарения раствора и величину его перегрева (пересыщения). Раствор должен быть перегрет на 1—2 градуса.

Скорость образования зародыша кристаллов (снятия пересыщения) зависит также и от режима течения раствора по контуру аппарата, т. е. от числа Рейнольдса Re. Чем больше число Re, тем интенсивней процесс зарождения кристаллов. Установлено,, что чем больше пересыщение циркулирующего раствора, тем при| меньшем значении Re образуются зародыши кристаллов, ю

В своих работах Гпббс отметил, что процесс выделения твердой фазы из пересыщенного раствора (снятие пересыщения) можно реализовать при значительно меньшей «работе устойчивости», добавляя в раствор готовые кристаллы того же вещества (центры кристаллизации). В выпарных аппаратах такими центрами кристаллизации являются постоянно циркулирующие по контуру кристаллы выделяющихся солей.

Kaq отмечено, пересыщение раствора частично снимается при образовании новых зародышей кристаллов, а частично — при отложении солей из пересыщенного раствора на поверхностях уже имеющихся кристаллов. Эти процессы протекают одновременно до достижения раствором насыщенного состояния. Конечный размер кристаллов, образующихся при снятии пересыщения раствора, определяется соотношением скоростей образования зародышей новых кристаллов и их последующего роста. При скорости роста кристаллов, значительно превышающей скорость образования новых центров кристаллизации, получается крупнокристаллический продукт, и наоборот.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований показывают, что размер выделяемых в процессе выпаривания кристаллов зависит от способности соли образовывать пересыщенные растворы, режима движения раствора по контуру аппарата, интенсивности кипения раствора в трубе вскипания, температуры кипения раствора, содержания кристаллов в циркулирующей суспензии, перегрева раствора относительно температуры кипения при

давлении в сепараторе.

Способность соли образовывать пересыщенные растворы является одним из основных факторов, определяющих размер получаемых кристаллов и интенсивность засоления поверхностей аппарата. Практически установлено, что с увеличением склонности соли к образованию пересыщенного раствора, т. е. с увеличением произведения валентностей составляющих соль ионов на число молекул кристаллогидратной воды в ней, возрастает размер образующихся кристаллов. Это вызвано двумя причинами: степенью пересыщения раствора, от которой зависит скорость роста кристаллов» находящихся в циркулирующей суспензии (рис. 2), и возрастанием возможности роста блоков, т. е. сращивания зародышей с готовыми кристаллами (агрегатирования), с повышением степени

пересыщения.

Рис. 2. Зависимость скорости роста кристаллов wt от степени пересыще- ния b/boРис. 2. Зависимость скорости роста кристаллов wt от степени пересыще- ния b/boНа размер получаемых кристаллов существенно влияет и режим движения раствора по контуру выпарного аппарата. Возрастание турбулентности движения потока приводит к интенсивному перемещению кристаллических образований, не достигших критических размеров, на соседние участки, а это создает условия для спонтанного образования большого числа зарс- Дышей кристаллов и, как следствие, прпво-

Рис. 2. Зависимость скорости роста кристаллов wt от степени пересыще- ния b/bo

Рис. 2. Зависимость скорости роста кристаллов wt от степени пересыще- ния b/bo

дит к получению мелкокристаллической соли. Кроме того, большие скорости движения суспензии способствуют механическому истиранию кристаллов при их трении один о другой и о стенки элементов контура выпарного аппарата.

Интенсивное кипение раствора в трубе вскипания выпарного аппарата (при значительном перегреве и малом диаметре трубы) резко повышает турбулентность движения суспензии и степень пересыщения раствора. Эти явления, как уже отмечено, приводят к резкому возрастанию скорости образования зародышей, т. е. уменьшению размеров получаемых кристаллов. Для снижения интенсивности кипения раствора в трубе вскипания и скорости движения в ней суспензии уменьшают перегрев раствора и увеличивают площадь сечения трубы.

Согласно молекулярно-кинетической теории Косселя ——Стран- ского и теории флуктуаций Брандеса качественная картина роста кристаллов достаточно точно описывается уравнениями

叫=4 2厂з [а； ех р (—EAa2/kT) exp (—E/hT)];

?=4exp卜元編T，⑸

где we — линейная скорость перемещения грани кристалла в на- правлении нормали; Д2 — нормировочная постоянная;。2‘ ——геометрическая характеристика кристалла;力ф ——коэффициент, учитыва- ющий форму кристалла; exp I )—множитель, учитывающий вероятность присоединения нового слоя к периферии двухмерного зародыша.

Из уравнений (5) видно, что повышение температуры кипения раствора увеличивает скорость роста кристаллов. Однако при этом необходимо учитывать, что повышение температуры кипения раствора приводит к интенсификации процессов образования зародышей и теплообмена, повышению температуры перегрева раствора, поэтому, как показывает практика, размер кристаллов при повышении температуры кипения уменьшается.

Концентрация кристаллов в движущейся суспензии также влияет на размер и форму получаемых кристаллов. Большое содержание кристаллов в движущейся суспензии приводит к их разрушению и уменьшению размеров. Получаемые кристаллы имеют сглаженную форму с разрушенными углами и ребрами. Находящиеся в движущемся пересыщенном растворе готовые кристаллы служат центрами кристаллизации; выделяемая при снятии пересыщения соль расходуется в основном на их рост. При недостаточном для снятия пересыщения количестве готовых кристаллов образуются новые зародыши и, как результат, уменьшаются их размеры. При повышенном содержании кристаллов в пересыщенном растворе меньшее количество выделяющейся соли оседает на каждом из них, т. е. кристаллы будут мельче.

С учетом сказанного можно полагать, что оптимальное количе- ство кристаллов в пересыщенном растворе зависит от свойств со- лн, режима движения, температуры кипения и перегрева раствора. Вследствие закупоривания греющих трубок и эрозионного изнашивания конструкционного материала количество кристаллов соли в движущейся суспензии не должно превышать 10——20% по массе.

Другим важным вопросом, с которым приходится сталкиваться при выпаривании кристаллизующихся растворов, является отло・ женне (инкрустация) кристаллов солей на поверхностях выпарного аппарата. При этом инкрустации подвергаются поверхность нагрева аппарата, труба вскипания, отбойник, брызгоотделитель н стенки сепаратора (рис. 3). Из рис. 3 видно, что отложение кристаллов обычно начинается на выступающей части трубы, затем постепенно захватывает область над верхней частью трубы и переходит во внутреннюю часть. Толщина отложения располагается по высоте трубы неравномерно, а при выпаривании раствора поваренной соли уменьшается сверху вниз.

В процессе эксплуатации выпарного аппарата отложение кристаллов солей в виде корки или наростов происходит также и на внутренних устройствах и стенках сепаратора. Причинами этого являются прилипание выбрасываемых кристаллов к шероховатой поверхности, а также попадание на нее уносимого вторичным паром раствора с последующим охлаждением его и образованием корки.

Инкрустацию поверхностей выпарного аппарата авторы рассматривают как процесс, происходящий в основном по следующим причинам.

Отложение кристаллов солей на поверхностях нагрева и трубы вскипания выпарного аппарата происходит вследствие того, что для образования зародыша кристалла на стенке необходимо затратить незначительную работу, зависящую от угла смачивания,

以=^-、[%S； [(1 — cos 6)— sin2 6 cos 6], (6)

где 0 ——краевой угол (угол между касательной к поверхности жидкости в точке соприкосновения сред и поверхностью твердого тела); при 6=0 происходит полное смачивание, при 0= 180° ——полное несмачивание (рис. 4).

Сравнивая уравнения (3) и (6), видим, что работа образования центра кристаллизации (зародыша) на твердой поверхности всегда меньше, чем работа его спонтанного образования в объеме раствора, т. е. инкрустация происходит при значительно меньшем пересыщении раствора.

Необходимо отметить, что работа образования зародышей определяется еще л физическим состоянием твердой поверхности. Если поверхность не полирована (реальные условия) и на ней имеются узкие трещины, неровности, то выделение кристаллов со-

13

Рис. 3. Характер отложения кристаллов: а — на греющих трубках; б — на трубе вскипанияРис. 3. Характер отложения кристаллов: а — на греющих трубках; б — на трубе вскипанияРис. 4. Краевой угол смачиваемой (а) и несмачиваемой (б) поверхностиРис. 4. Краевой угол смачиваемой (а) и несмачиваемой (б) поверхности

Рис. 3. Характер отложения кристаллов: а — на греющих трубках; б — на трубе вскипания

Рис. 3. Характер отложения кристаллов: а — на греющих трубках; б — на трубе вскипания

Рис. 4. Краевой угол смачиваемой (а) и несмачиваемой (б) поверхности

Рис. 4. Краевой угол смачиваемой (а) и несмачиваемой (б) поверхности

ли может начинаться даже в ненасыщенном растворе. Отсюда следует, что для уменьшения скорости инкрустации поверхности выпарного аппарата трубы должны быть гладкими, лишенными неровностей и трещин.

При отсутствии кипения раствора в греющих трубках инкрустация поверхности теплообмена происходит из-за наличия в большей части солесодержащих растворов солей с обратной растворимостью (CaSO4; Na2coз, СаСО3, MgSO4 и т. д.), а так как прилегающий к поверхности теплообмена слой перегрет по отношению к основной массе движущегося раствора, то в нем возникает локальное пересыщение по соли с обратной растворимостью. Пересыщение приводит к выпадению из раствора и осаждению на поверхности теплообмена кристаллов этих солей.

После того как на поверхности теплообмена осели первые кристаллы солей с обратной растворимостью, вследствие межмолекулярного взаимодействия начинают выпадать и откладываться в виде блоков кристаллы других солей, растворимых в выпариваемом растворе. Отложение солей на поверхности трубы вскипания вызвано также испарением прилегающего к ней слоя раствора, что приводит к увеличению локальной концентрации солей в этом слое. Образовавшиеся при испарении слоя раствора пузырьки пара, отрываясь от твердой поверхности, оставляют на ней кольцеобразный след, состоящий из сцементированных крошечных кристаллов соли. Процесс осаждения кристаллов соли протекает непрерывно. Выпавшие кристаллы наслаиваются один на другой и образуют сплошную корку.

Методы снижения интенсивности отложения солей на поверхностях выпарного аппарата

Промышленный опыт эксплуатации показывает, что отложение крнсталов солей на поверхностях выпарного аппарата снижает на 30——50% его производительность и вызывает ряд затр\гднений технико-экономического и эксплуатационного характера, поэтому

весьма важно применение эффективных методов снижения скорости пнкрустации поверхностей выпарного аппарата.

Одним из важнейших условий уменьшения скорости инкрустации поверхности нагрева аппарата является снятие пересыщения раствора до подхода к греющим трубкам, а также исключение попадания комков и наростов солей в греющие трубки.

Из анализа условий выделения кристаллов соли в зоне соприкосновения раствора со стенкой следует, что скорость отложения солей на внутренних поверхностях выпарного аппарата можно уменьшать следующим методами:

созданием высокой скорости циркуляции раствора;

выносом зоны кипения раствора (пересыщения) за пределы поверхности нагрева;

поддержанием постоянного (10——20%) количества кристаллов соли в циркулирующей суспензии;

подбором температурного режима процесса выпаривания； защитой отдельных узлов выпарного аппарата антиадгезион-

ннм покрытием;

снижением интенсивности охлаждения внутренней стенки сепаратора выпарного аппарата.

Влияние движения раствора на скорость инкрустации. Исследования процесса отложения кристаллов соли в ламинарном слое, соприкасающимся с поверхностями нагрева и трубой вскипания, показали, что с уменьшением степени перегрева слоя и объема оторвавшихся пузырьков пара уменьшается количество оставляемых следов соли и облегчается их растворение при последующем соприкосновении с ненасыщенным раствором. Уменьшения перегрева пограничного слоя и размеров пузырьков достигают интенсивной циркуляцией выпариваемого раствора. При этом, во-первых, быстро удаляются пузырьки пара с поверхности трубы вскипания, во-вторых, интенсивное движение раствора способствует уменьшению толщины ламинарного слоя у поверхности нагрева и температуры его перегрева, т. е. создаются условия для значительного уменьшения скорости инкрустации.

Таким образом, скорость циркуляции раствора определяет скорость инкрустации поверхности нагрева. Увеличение скорости циркуляции снижает инкрустацию, что повышает коэффициент теплоотдачи выпарного аппарата и увеличивает время его работы между промывками. Проведенные Ю. П. Каретниковым работы показали, что оптимальная скорость движения раствора по трубкам 2— 2,5 м/с. Такие значения скорости можно получить только в выпарных аппаратах с принудительной циркуляцией. В аппаратах с естественной циркуляцией скорость движения раствора в трубках 0,5——1,8 м/с, вследствие чего время их работы между промывками в несколько раз меньше.

Вынос зоны кипения раствора за пределы поверхности нагрева. Как уже отмечено, выделение кристаллов соли из водного раствора возможно только при достижении нм пересыщения (см. рис. 1, зона выше линии Л В), т. е. при кипении.

Если вынести кипение раствора за пределы поверхности нагр« ва, то выделение кристаллов соли произойдет в этой зоне, и, ела довательно, скорость инкрустации греющих трубок значительна уменьшится.

Согласно уравнению Клапейрона — Клаузиуса температура к” пения раствора зависит от давления:

dpldt=^r^lATf "⑺

поэтому, естественно, для того, чтобы вынести кипение раствор， за пределы поверхности нагрева, необходимо над ней создать дав」 ление, превышающее давление насыщения и соответствующее температуре раствора на выходе за пределы поверхности нагрева. В. этом случае раствор в пределах поверхности нагрева не кипит, а только перегревается на некоторую величину (по отношению к температуре кипения раствора при давлении в сепараторе).

Кипение раствора начинается в зоне выше поверхности нагре」 ва, где давление движущегося раствора снижается до давления насыщения. Так как выделение кристаллов соли происходит в зоне кипения раствора, то поверхность нагрева выпарного аппарата при этом длительное время остается чистой. Правда, полностью избежать отложения кристаллов солей на поверхности нагрева при этом не удается из-за местного перегрева в тонком ламинарном слое и появления зародышей кристаллов на стенке; но скорость инкрустации значительно уменьшается.

Для создания необходимого давления над греющей поверхностью устанавливают трубу вскипания в которой и происходит кипение раствора.

Подбор температурного режима процесса выпаривания. Из сказанного, а также из уравнений (1) и (2) видно, что скорость отложения зародышей кристаллов возрастает с повышением температуры кипения и перегрева раствора. Это объясняется тем, что повышение температуры уменьшает степень пересыщения, нсоб- холимую для начала кристаллизации, т. е. процесс зарождения кристаллов интенсифицируется.

С температурой связана также растворимость солей, поэтому скорость инкрустации поверхности нагрева выпарного аппарата зависит от температуры, при которой протекает процесс выпаривания.

Скорость инкрустации можно уменьшить подбором такого температурного режима работы аппарата, при котором кристаллы выделяются при малом пересыщении в областях прямой или условно постоянной растворимости соли. Последнее особенно важно при выпаривании растворов с обратной растворимостью, так как эти растворы инкрустируют поверхность нагрева даже при отсутствии кипения в греющих трубках.

Например, соль MnSO4 имеет резко выраженную обратную растворимость при температуре выше 60℃. В пределах температур 40—60℃ растворимость соли уменьшается незначительно. Следовательно, если раствор MnSO4 выпаривать при температурах

Рис. 5. Кривые растворимости солей:Рис. 5. Кривые растворимости солей:/—СаС12; 2—КгСОз-1,5Н2О; 2，一К2СО3； 3—Na2SO4： 4— ВаС12 - Н2О; 4'—BaCL ・2Н2。； 5—NaCI; 6—Na2CO3.H2O; 6^—Na2CO3; 7—MgSO4 ■ H2O; 7Z—MgSO4.6H2O; 8—KC【；9—К2sО,; /0—MgCI2; //—MnSO4/—СаС12; 2—КгСОз-1,5Н2О; 2，一К2СО3； 3—Na2SO4： 4— ВаС12 - Н2О; 4'—BaCL ・2Н2。； 5—NaCI; 6—Na2CO3.H2O; 6^—Na2CO3; 7—MgSO4 ■ H2O; 7Z—MgSO4.6H2O; 8—KC【；9—К2sО,; /0—MgCI2; //—MnSO4Рис. 6. Кривые растворимости солеи: /—Са(ОН)2; 2—CaSO*Рис. 6. Кривые растворимости солеи: /—Са(ОН)2; 2—CaSO*

Рис. 5. Кривые растворимости солей:

Рис. 5. Кривые растворимости солей:

/—СаС12; 2—КгСОз-1,5Н2О; 2，一К2СО3； 3—Na2SO4： 4— ВаС12 - Н2О; 4'—BaCL ・2Н2。； 5—NaCI; 6—Na2CO3.H2O; 6^—Na2CO3; 7—MgSO4 ■ H2O; 7Z—MgSO4.6H2O; 8—KC【；9—

К2sО,; /0—MgCI2; //—MnSO4

/—СаС12; 2—КгСОз-1,5Н2О; 2，一К2СО3； 3—Na2SO4： 4— ВаС12 - Н2О; 4'—BaCL ・2Н2。； 5—NaCI; 6—Na2CO3.H2O; 6^—Na2CO3; 7—MgSO4 ■ H2O; 7Z—MgSO4.6H2O; 8—KC【；9—

К2sО,; /0—MgCI2; //—MnSO4

Рис. 6. Кривые растворимости солеи: /—Са(ОН)2; 2—CaSO*

Рис. 6. Кривые растворимости солеи: /—Са(ОН)2; 2—CaSO*

ниже 60℃, то время работы выпарного аппарата между промывками будет в несколько раз больше, чем при температурах выше 60℃. Зависимость растворимости солей от температуры приведена на рис. 5 и 6.

Для уменьшения скорости инкрустации поверхности нагрева необходимо обеспечить минимальный перегрев в пограничном слое. Это возможно при высокой скорости циркуляции (2——2,5 м/с), применении коротких труб (3—5 м), небольших полезных разностях температур. Выполнение этих условий позволяет уменьшить скорость инкрустации и увеличить полезный фонд работы выпарного аппарата.

Защита отдельных узлов выпарного аппарата анти адгезионным покрытием. Наиболее интенсивно соли отлагаются на поверхностях выпарного аппарата, соприкасающихся с кипящим раствором. Особенно сильной инкрустации подвергаются поверхности, расположенные в зоне кипения. При выпаривании рассола поваренной соли при атмосферном давлении в сепараторе труба вскипания диаметром 100 мм полностью закупоривается через 2——3 ч работы.

Скорость инкрустации трубы вскипания и частей сепаратора, соприкасающихся с кипящим раствором, можно уменьшить, покрыв их полимерной пленкой с антиадгезионными свойствами. Как известно, антиадгезионные полимерные материалы имеют угол смачивания водными растворами 0^ 180℃.

Из уравнения (6) видно, что для зарождения кристаллов на такой поверхности необходимо затратить максимальную работу. Но так как вероятность зарождения кристаллов уменьшается с

17

увеличением работы, необходимой для кристаллизации, то верзя】 ность возникновения кристаллов соли на стенке, покрытой анти адгезионным материалом, незначительна. Следовательно, защита ап тиадгезионным покрытием трубы вскипания и частей сепаратора соприкасающихся с кипящим раствором, позволит уменьшить ско рость их инкр)ттации, а значит, увеличить время работы аппара та между промывками. Так, проведенные исследования показали что в случае защиты трубы вскипания резиной, фторопластом эмалью время работы выпарного аппарата между промывками увеличивается в несколько раз при сохранении постоянной производительности за весь цикл работы.

Снижение интенсивности охлаждения внутренних стенок сепаратора. Интенсивность охлаждения попавших на стенку сепаратора капель раствора определяется интенсивностью теплообмена между стенкой аппарата и окружающим воздухом. Чем быстрее остывает стенка сепаратора, тем интенсивнее ее охлаждение, т. е. отложение кристаллов и образование наростов. Исключение составляют соли с явно выраженной обратной растворимостью. Для уменьшения скорости отложения кристаллов и образования наростов на стенке сепаратора нужно улучшить термоизоляцию выпарного аппарата.

Требования, предъявляемые к конструкциям выпарных аппаратов для выпаривания растворов с выделением твердой фазы

Как отмечено выше, при выпаривании солесодержащих растворов с выделением твердой фазы кристаллы соли выделяются в виде корки и наростов на внутренних устройствах и стенке сепаратора. Образовавшиеся корка и наросты достигают больших размеров и вследствие динамических воздействий в процессе работы аппарата отделяются от твердых поверхностей. При попадании отвалившихся кусков в циркуляционный контур греющие трубки закупориваются. В связи с этим при конструировании выпарных аппаратов для выпаривания растворов с выделением твердой фазы необходимо предусматривать защиту циркуляционного контура от попадания в него крупных корок или наростов соли.

В выпарном аппарате для выпаривания солесодержащих растворов в зоне кипения раствора интенсивно выделяются кристаллы соли. При этом незначительная часть кристаллов, как отмечено выше, оседает на поверхностях выпарного аппарата, а основная часть остается в движущемся растворе и образует смесь твердых кристаллов и жидкого раствора (суспензию), причем количество кристаллов соли в объеме этой смеси обычно составляет около 30—40%.

Так как из выпарного аппарата должна выходить соль с незна- Ч11тсльным количеством сопровождающего ее жидкого раствора, ю находящиеся в движущейся смеси крупные кристаллы соли необ-

ходимо выводить из раствора, осаждая их в определенных частях выпарного аппарата (в зонах малых скоростей движения суепен- зш。，а частично осветленный раствор направлять в греющие труб- К11 Необходимо также отметить, что наличие в циркулирующей суспензии мелких кристаллов соли (около 10—20%) повышает эффективность работы выпарного аппарата за счет ул)^чшения теплообмена и уменьшения степени инкрустации поверхности нагрева, укрупняет выделяемый кристалл.

С учетом инкрустации поверхностей выпарного аппарата в процессе выпаривания кристаллиз>7ющихся растворов, а также необходимости осаждения кристаллов из движущейся смеси, к выпарным аппаратам предъявляют ряд особых требований:

вынос кипения раствора за пределы поверхности нагрева;

защита циркуляционного контура от попадания в него крупных кристаллов и комков соли;

обеспечение осаждения крупных кристаллов соли из циркулирующей смеси и создание условий для их вывода из аппарата;

ликвидация зон застоя по всему циркуляционному контуру;

установка каплеотделнтелей, обеспечивающих высокую степень очистки вторичного пара от уносимых капель раствора и мелких кристаллов соли;-

установка устройств для промывки каплеотделителей и стенок сепаратора (исходным раствором или конденсатом);

термоизоляция корпуса;

обеспечение снятия пересыщения раствора до попадания его на поверхность йагрева;

снижение интенсивности самоиспарения раствора в трубе вскипания.

Размеры греющих трубок и температурный режим работы выпарного аппарата (давление в сепараторе, полезная разность температур) необходимо выбирать, исходя из кривой растворимости соли. Это особенно важно для аппаратов с естественной ш】р- куляцне 询.

Так, для солей с прямой растворимостью целесообразно применять длинные греющие трубки (/ = 6000...7000 мм), выпаривание производить при высоких температурах кипения раствора и полезной разности температур. Для солей с обратной растворимостью, наоборот, трубки должны быть короткими (/==3000...4000 мм), температуры кипения раствора и полезная разность температур —— низкими.

Большое влияние на время работы выпарного аппарата меж工у промывками оказывает соблюдение стационарности технологического режима ведения процесса выпаривания. Практика показывает, что нарушение технологического режима процесса выпаривания уменьшает время работы аппарата между промывками в несколько раз.

1. Выпарные аппараты с1. Выпарные аппараты сРис. 7. Выпарной аппарат с внутренней циркуляционной трубойРис. 7. Выпарной аппарат с внутренней циркуляционной трубой

НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ ' ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ

В настоящее время для выпаривания со лесодержа щих раства ров с выделением твердой фазы в промышленности применяю целый ряд конструкций выпарных аппаратов. Общим признаке! этих аппаратов является то, что подлежащий выпариванию paci вор подается в трубное пространство, а греющий пар — в меж трубное. По режиму циркуляции раствора выпарные аппарат! можно разделить на аппараты с естественной и принудительно циркуляцией, по конструктивному оформлению циркуляционной контура—-на аппараты с частичным осветлением движущейся сус пензии и аппараты без осветления суспензии.

Рассмотрим конструкции выпарных аппаратов, нашедших наи более широкое применение в различных отраслях промышленно сти.

естественной циркуляцией

Естественная циркуляция раствора I этих аппаратах происходит за счет рам ности плотностей раствора в сепаратора выпарного аппарата и парорастворно! смеси в зоне кипения. Выпарной annapai с внутренней циркуляционной трубе»! (рис. 7) состоит из греющей камеры / которая представляет собой пучок тру( 2, закрепленных между двумя трубным? решетками 3, и имеет в центральной части обратную циркуляционную трубу 4： сепаратора 5, установленного над грею- щей камерой; каплеотделителя 6, конического днища 7, служащего для частичного осветления циркулирующей суспензии и удаления кристаллов соли из аппарата. Угол наклона конического днища должен быть больше угла естественного откоса кристаллизующейся массы.

Пар для обогрева раствора подается в межтрубное пространство и конденсируется, отдавая теплоту циркулирующему по греющим трубкам раствору. Исходный раствор подается либо в сепаратор, либо в обратную циркуляционную трубу. Образовавшийся при кипении раствора вторичный пар очищается в сепараторе и к а пл еотдел ител е от уносимы^

капель раствора и выводится из выпарного аппарата. Осевшие кристаллы солей отводятся из аппарата с заданным количеством маточного раствора и поступают на дальнейшую переработку (например, центрифугирование).

При конструировании выпарных аппаратов данного типа применяли греющие трубки диаметром 38 н 57 мм, длиной от 2000 до 4000 мм. Диаметр обратной циркуляционной трубы выбирают из условия равенства площади ее сечения суммарному сечению греющих трубок. Основные размеры греющих камер и парового пространства аппаратов с внутренней циркуляционной трубой были нормализованы (табл. 1).

Таблица 1

к 2 S S

蟲w 龍詣

2 s a S 査7

5 a h bT

%

MM

爲，

Z, мм

z, шт.

G，M=

J* = 38

MM

' = 57

ММ

25

600

194

3600

75

690

3500

29

22

800

273

2000

146

800

2500

64

28

50

800

273

3500

146

1000

3500

102

65

1000

351

2000

240

1200

2000

152

55

100

1000

351

3500

240

1200

3500

152

95

150

1200

426

3500

386

1400

3500

226

140

1400

450

2000

512

1600

2500

318

145

250

1400

450

4000

512

1800

3500

392

245

1600

500

3000

734

2000

2500

518

232

350

1600

5000

4000

734

350

2000

3500

518

325

1800

5000

3000

944

350

—

—

* d — наружный диаметр греющих трубок.

Для уменьшения скорости инкрустации греющих трубок рыпа- ривание солесодержащих растворов с выделением твердой фазы в выпарных аппаратах с внутренней обратной циркуляционной трубой обычно осуществляют при вакууме в сепараторе при залитой греющей поверхности раствором высотой 300—400 мм.

Недостатки данной конструкции: низкий коэффициент теплопередачи [0,7——1,4 кВт/(м2-К)]； малая скорость циркуляции раствора (0,5—0,8 м/с); частые остановки аппарата на промывку (через 8——20 ч) вследствие зарастания солями теплопередающей поверхности; жесткое крепление трубного пучка к корпусу аппарата, что является причиной нарушения плотности вальцовочных соединений.

В старых производствах выварочной соли для выпаривания насыщенных рассолов применяют выпарные аппараты с установленной во внутренней циркуляционной трубе пропеллерной мешалкой

Рис. 8. Выпарной аппарат с пропеллерной мешалкойРис. 8. Выпарной аппарат с пропеллерной мешалкой

Рис. 8. Выпарной аппарат с пропеллерной мешалкой

Рис. 8. Выпарной аппарат с пропеллерной мешалкой

Рис. 9. Выпарной аппарат с подвесной греющей камерой

(рнс. 8). Эти аппараты имеют более высокое значение коэффициента теплопередачи, чем аппарат на рис. 7.

В ряде отраслей промышленности для выпаривания злектро- литических щелоков, раствора сернистого натрия применяют выпарные аппараты с внутренней подвесной греющей камерой (рис. 9). Выпарной аппарат состоит из корпуса 7, греющей камеры 2. каплеотделшеля 3. Греющий пар подается в камеру по трубе 4. а конденсат отводится из нижней части камеры по штуцеру 5. Раствор циркулирует по схеме: трубки греющей камеры—кольце- в°й канал между камерой и стенкой аппарата. Наличие на паро- подводящеп трубе линзовых компенсаторов и отсутствие жесткого крепления в верхней части камеры позволяют компенсировать разность удлинений корпуса и камеры и избежать нарушении плотности в вальцовочных соединениях.

Недостаток этих аппаратов — неравномерность распределенпл раствора по трубкам (при поверхностях более 200 м2), что приводит к уменьшению скорости движения раствора в отдельных труб- ках и, как следствие, к снижению коэффициента теплопередачи.

Учитывая специфические особенности выпаривания солесодер- жащих растворов, для повышения экономической эффективности 22

работы выпарных аппаратов были ра叩аботанн специальные кон- [трукинн выпарных аппаратов с вынесенной зоной кипения. В ап- паратах такого исполнения кипение раствора происходит не в греющих трубках, а в установленной над ними трубе вскипания. Выпарные аппараты с трубой вскипания имеют высокий и устойчивый коэффициент теплопередачи [до 0,2 кВт/(м2 К)] и длитель- нзе время работы между промывками (до 100 ч).

В промышленности применяют выпарные аппараты с соосной II вынесенной греющими камерами. Выпарные аппараты с соосной греющей камерой имеют меньшее гидравлическое сопротивление, а следовательно, их удельная производительность несколько выше, чем в аппаратах с вынесенной греющей камерой. Однако при соосном размещении греющей камеры затрудняется доступ к гре- Ющпм трубкам, т. е. их чистка и ремонт. В связи с этим, если в процессе "эксплуатации аппаратов на поверхностях теплообмена образуется труднорастворимая накипь, которую удаляют механическим, гидравлическим или гидромеханическим способом, необходимо применять выпарные аппараты с вынесенной греюшей камерой. Б

Эти аппараты целесообразно применять также и в случаях, если возникает необходимость в частых остановках аппарата на ремонт.

стичного осветления суспензиистичного осветления суспензииВыпарной аппарат с вынесенной греющей камерой без частичного осветления циркулирующей суспензии (рис. 10) состоит из греющей камеры /, сепаратора 2, ка плеотдел ител я 3, трубы вскипания 4 и циркуляционной трубы 5. Исходный раствор в выпарной аппарат подается в штуцеры Г】，Г2 или Г3 в зависимости от температуры раствора, режима работы аппарата. Если температура исходного раствора ниже температуры его кипения в аппарате, то раствор подают в штуцера & и Г? (из условий монтажа); в противном случае он поступает в штуцер Г]. Если в процессе кипения соли из раствора выделяются и отлагаются на стенках сепаратора, то часть раствора (до 10%) подают через штуцер 『При этом необходимо помнить, что температура раствора,

стичного осветления суспензии

стичного осветления суспензии

поступающего через верхний штуцер Г3, должна быть ниже те、 пературы кипения раствора в сепараторе. Обогрев аппарата пр( исходит греющим паром, подаваемым в межтрубное пространств через штуцер А. Образовавшийся конденсат удаляется через шту цер В. Отсос воздуха происходит через штуцер Е

Циркуляция раствора в аппарате осуществляется по контуру сепаратор — циркуляционная труба — греющая камера ——труб| вскипания — сепаратор. Движущийся по греющим трубкам раст вор перегревается в них относительно температуры его кипения сепараторе и, попадая в трубу вскипания, закипает. Кипение раст вора в трубе вскипания происходит в зоне, где давление достига ет величины, соответствующей температуре насыщения. Образую щаяся в трубе вскипания парорастворная смесь вместе с кристал лами соли выбрасывается в сепаратор, где разделяется на паро вую, жидкую н твердую фазы. Вторичный пар, проходя сепарато и брызгоотд елитель, освобождается от уносимых капель раствор н выходит из аппарата через штуцер 5. Кристаллы соли вместе < раствором циркулируют по контуру аппарата и выводятся из ап парата через штуцер Д.

Недостатки выпарных аппаратов без частичного осветлен и? циркулирующей суспензии: уменьшение скорости циркуляци! вследствие увеличения вязкости и плотности из-за большого содержания твердой фазы в контуре (30——40%); закупоривание тру« бок греющей камеры комками соли (см. гл. 1). Эти явления приводят к снижению производительности аппаратов, уменьшению времени их работы между промывками и усложнению процесса промывки (необходимо промывать каждую трубку отдельно). В связи с изложенным применение выпарных аппаратов без частичного осветления циркулирующей суспензии для выпаривания солесодержащнх растворов на стадии выделения твердой фазы нецелесообразно.

Указанного недостатка лишены выпарные аппараты с частичным осветлением циркулирующей суспензии, показанные на рис. 11—13 (позиции и назначение штуцеров — см. текст к рис. 10). В отличие от аппарата, показанного на рис. 10, эти аппараты в своем контуре имеют зону отстоя (солеотделитель 6). Такое решение позволяет предохранить греющие трубки от попадания комков и образования наростов, что предотвращает их закупоривание. Время работы аппаратов с частичным осветлением раствора значительно превышает время работы аппаратов без осветления раствора.

Выпарной аппарат со встроенным солеотделителем (см. рис. 11) наиболее целесообразно применять для растворов солей аморфной или мелкокристаллической структуры (например, MnSO4), требующих длительного времени (до 25 с) для снятия пересыщения. Для выпаривания солей крупнокристаллической структуры (например, водный раствор NaCl, Na2cОз), пересыще- ние которых можно снять за 0—15 с, целесообразно применять вы- парные аппараты, показанные на рис. 12 и 13.

КомкиКомки>нс. 11. Выпарной аппа- ат со встроенным со- леотделителем>нс. 11. Выпарной аппа- ат со встроенным со- леотделителемРис. 12. Выпарной аппарат с верхним солеотде- лителемРис. 12. Выпарной аппарат с верхним солеотде- лителемРис. 13. Выпарной аппарат с двойным солеот- делителемРис. 13. Выпарной аппарат с двойным солеот- делителем

Комки

Комки

>нс. 11. Выпарной аппа- ат со встроенным со- леотделителем

>нс. 11. Выпарной аппа- ат со встроенным со- леотделителем

Рис. 12. Выпарной аппарат с верхним солеотде- лителем

Рис. 12. Выпарной аппарат с верхним солеотде- лителем

Рис. 13. Выпарной аппарат с двойным солеот- делителем

Рис. 13. Выпарной аппарат с двойным солеот- делителем

Если из раствора при выпаривании выделяется незначитель- юе количество твердой фазы (по условиям материального балан- а), то вывод ее из аппаратов с солеотделителем необходимо осу- иествлять как через штуцер Д1 (сгущенная пульпа), так и через штуцер Д2 (осветленный раствор). Соотношение твердой и жнд- |,ой фаз (Т: Ж) в выводимой из аппарата пульпе составляет для ппаратов без частичного осветления твердой фазы 1 :3; для ап- >аратов с частичным осветлением твердой фазы ——от 1 : 1 до ':1,5. Для обеспечения нормальной работы выпарных аппаратов ровень раствора необходимо поддерживать в аппарате с соосной реющей камерой по верхней кромке трубы вскипания, а в аппа- ате с выносной камерой ——по нижней кромке штуцера ввода в епаратор парожидкостной смеси. Снижение уровня приводит к отере полезного напора и уменьшению производительности аппа- 卩ата, а повышение—к потере полезного напора (уменьшение вы-

соты зоны кипения и увеличение средней плотности парораствор ной смеси) и вибрациям аппарата) (динамические нагрузки).

Эффективность работы выпарных аппаратов с естественно циркуляцией зависит от полезной разности температур, конструк тивного оформления контура циркуляции, физико-химически свойств раствора, условий проведения процесса выпаривания его стабильности.

Минимальное значение полезной разности температур, обесп«з чивающей устойчивую циркуляцию по контуру аппарата, в завись мости от приведенных выше факторов колеблется в пределах 12- 20 град； при этом скорость движения раствора по трубкам 1,0- 1,8 м/с, коэффициент теплопередачи 1,4—2,2 кВт/(м2-К).

Техническая характеристика типовых выпарных аппаратов дл солесодержащих растворов приведена в табл. 2.

Т а б л ц а

ТипоразмераппаратаТипоразмераппарата«H3S9COWWI лн^ок^^фкос«H3S9COWWI лн^ок^^фкос.J. UI ^ ХНТП oyoHh.J. UI ^ ХНТП oyoHhss -HQ 3a^s ,EH «^B2^au 审区EHHss -HQ 3a^s ,EH «^B2^au 审区EHHww ZG EdoJ-Ed«&CJ ^.SS«K^ww ZG EdoJ-Ed«&CJ ^.SS«K^ws- q -«Adj. НОННОНПКГАН Asn «охнга^^о aJLseMUws- q -«Adj. НОННОНПКГАН Asn «охнга^^о aJLseMUSSRHH21HHJH「9■Adj dJRWLH『SSRHH21HHJH「9■Adj dJRWLH『ОбщаяH、icora /ммОбщаяH、icora /мм

Типоразмераппарата

Типоразмераппарата

«H3S9COWWI лн^ок^^фкос

«H3S9COWWI лн^ок^^фкос

.J. UI ^ ХНТП oyoHh

.J. UI ^ ХНТП oyoHh

ss -HQ 3a^s ,EH «^B2^au 审区EHH

ss -HQ 3a^s ,EH «^B2^au 审区EHH

ww ZG EdoJ-Ed«&CJ ^.SS«K^

ww ZG EdoJ-Ed«&CJ ^.SS«K^

ws- q -«Adj. НОННОНПКГАН Asn «охнга^^о aJLseMU

ws- q -«Adj. НОННОНПКГАН Asn «охнга^^о aJLseMU

SS

RHH21HHJH「9

■Adj dJRWLH『

SS

RHH21HHJH「9

■Adj dJRWLH『

Общая

H、icora /мм

Общая

H、icora /мм

122-2857-01

122-2857-02

122-2857-03

50

100

160

101

195

310

600

800

1000

1200

1400

1800

350

500

600

400

600

800

12700

12 830

13 300

122-2855-01

122-2857-04

250

468

1200

2200

2000

7000

900

18 820

13 59C

122-2857-05

315

626

1400

2600

900

1100

14 2M

122-2855-02

122-2857-06

400

780

1600

2800

1000

1200

20 05C

14 78C

122-2855-03

122-2857-07

630

1250

2000

3400

3600

1200

1400

22 57C 1640C

Примечания: Для аппаратов всех указанных типоразмеров дли греющих трубок 5000 мм, диаметр 38X2 мм.

2. Высота трубы вскипания для аппаратов типа 122-2857 LK = 2550 мм, а аппаратов типа 122-2895 厶к рассчитывают.

Если режим работы выпарного аппарата не)ттойчив, т. е. лезная разность температур изменяется, и при выпаривании обр зуется большое количество мелких кристаллов соли (размером м нее 200 мим), то наиболее целесообразно применять выпарной а парат с двойным солеотделителем (см. рис. 13).

26

1. Выпарные аппараты с

1. Выпарные аппараты с

Рис. 7. Выпарной аппарат с внутренней циркуляционной трубой

Рис. 7. Выпарной аппарат с внутренней циркуляционной трубой

Глава 2

Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией

Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией широко применяют в различных отраслях промышленности для выпари- вания солесодержащих растворов с выделением твердой фазы. Эти аппараты имеют высокие коэффициенты теплопередачи [до 30 кВт/(м2-К)], дольше работают между промывками (до 30 сут) I могут работать при ннзкнх полезных разностях температур, что особенно важно при обработке больших количеств раствора, когда наиболее выгодно применение многокорпусной выпарной уста- 1ОВКИ.

Отличительной чертой выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией является то, что раствор транспортируется по трупам насосом, встроенным в контур аппарата. Наличие насоса по- воляет увеличить скорость движения раствора по контуру выпарного аппарата, т. е. повысить коэффициент теплопередачи, и уменьшить скорость инкрустации поверхностей выпарного аппарата

Рнс 14. Выпарной аппарат с внне- сенной греющей камерой без осветления циркулирующей суспензииРнс 14. Выпарной аппарат с внне- сенной греющей камерой без осветления циркулирующей суспензииРис. 15. Выпарной аппарат с соосной греющей камерой без осветления циркулирующей суспензииРис. 15. Выпарной аппарат с соосной греющей камерой без осветления циркулирующей суспензии

Рнс 14. Выпарной аппарат с внне- сенной греющей камерой без осветления циркулирующей суспензии

Рнс 14. Выпарной аппарат с внне- сенной греющей камерой без осветления циркулирующей суспензии

Рис. 15. Выпарной аппарат с соосной греющей камерой без осветления циркулирующей суспензии

Рис. 15. Выпарной аппарат с соосной греющей камерой без осветления циркулирующей суспензии

ББРис. 16. Выпарной аппарат с вынесенной зоной кипения без осветления циркулирующей суспензииРис. 16. Выпарной аппарат с вынесенной зоной кипения без осветления циркулирующей суспензииРис. 17. Выпарной аппарат с вын генной греющей камерой с осветл нием циркулирующей суспензииРис. 17. Выпарной аппарат с вын генной греющей камерой с осветл нием циркулирующей суспензии

Б

Б

Рис. 16. Выпарной аппарат с вынесенной зоной кипения без осветления циркулирующей суспензии

Рис. 16. Выпарной аппарат с вынесенной зоной кипения без осветления циркулирующей суспензии

Рис. 17. Выпарной аппарат с вын генной греющей камерой с осветл нием циркулирующей суспензии

Рис. 17. Выпарной аппарат с вын генной греющей камерой с осветл нием циркулирующей суспензии

(поверхности нагрева, стенки сепаратора, обратной циркуляцио! ной трубм, отбойника).

Оптимальная скорость движения раствора по греющим тру( кам 2,0—2,5 м/с. Дальнейшее увеличение скорости нецелесообра: но, так как это приводит к возрастанию расхода электроэнерги (А%~и)рЗ)н механическому разрушению готовых кристаллов пр почти постоянных коэффициенте теплопередачи и скорости ннкр》 стации.

Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией можно зв спл^^атировать при полезной разности температур 5——8 град, чт позволяет увеличить кратность использования греющего пара размер выделяемых кристаллов, а также уменьшить скорость мн крустации поверхности нагрева.

Наиболее распространенные конструкции выпарных аппарате

Рис. 18. Выпарной аппарат с соосной греющей камерой с осветлением циркулирующей суспензииРис. 18. Выпарной аппарат с соосной греющей камерой с осветлением циркулирующей суспензииРис. 19. Выпарной аппарат фирмы «Крепе» (Франция) для выпаривания электролитических щелоков с выделением NaClРис. 19. Выпарной аппарат фирмы «Крепе» (Франция) для выпаривания электролитических щелоков с выделением NaCl

Рис. 18. Выпарной аппарат с соосной греющей камерой с осветлением циркулирующей суспензии

Рис. 18. Выпарной аппарат с соосной греющей камерой с осветлением циркулирующей суспензии

Рис. 19. Выпарной аппарат фирмы «Крепе» (Франция) для выпаривания электролитических щелоков с выделением NaCl

Рис. 19. Выпарной аппарат фирмы «Крепе» (Франция) для выпаривания электролитических щелоков с выделением NaCl

с принудительной циркуляцией приведены на рис. 14—20. Аппараты состоят из следующих основных элементов: греющей камеры 厶 сепаратора 2, к а плеотделителя 3, трубы вскипания 4, циркуляционной трубы 5, циркуляционного насоса 6. Назначение штуцеров аппаратов — см. текст к рис. 10.

В выпарных аппаратах без частичного осветления циркулирующей суспензии (см. рис. 14, 15) по контуру аппарата циркулирует большое количество кристаллов и комков соли (до 40% по массе), что приводит к полному закупориванию солевыми комками отдельных греющих трубок и к интенсивному эрозионному изнашиванию деталей выпарного аппарата. Например, при выпаривании содопоташных растворов в выпарном аппарате, приведенном на Рис. 15, за 10 смен непрерывной работы полностью закупоривают- ся комками соды около 20—30% греющих трубок. Для промывки таких аппаратов необходимо их частично разбирать и промывать отдельно каждую трубку.

Рис. 20. Выпарной аппарат с вынесенной греющей камерой с осветлением циркулирующей суспензииРис. 20. Выпарной аппарат с вынесенной греющей камерой с осветлением циркулирующей суспензииРис. 21. Зависимость коэффициента теплопередачи от со~ держания твердой фазы в циркулирующей суспензииРис. 21. Зависимость коэффициента теплопередачи от со~ держания твердой фазы в циркулирующей суспензииТипоразмер аппарата||龜Иhmm% мм左，駕%м мма ммТип циркуляционного иасоса126-2858-01126-2860-01631016001600400Расчет 5001994016420ОХГ6-30126-2858 02 126-2860-021251958002000500Расчет 7002049016770ОХГ6-42126-2858 03126-2860-0320031010002600600Расчет 8002252217250ОХГ6-42126-2858-04126-2860-0431546812003000800Расчет 10002349017660ОХГ6-55126-2858 05126-2860-0540062614003100900Расчет 12002529017680ОХГ6-70126-2860 06500780160036001000140018690ОХГ6-87Типоразмер аппарата||龜Иhmm% мм左，駕%м мма ммТип циркуляционного иасоса126-2858-01126-2860-01631016001600400Расчет 5001994016420ОХГ6-30126-2858 02 126-2860-021251958002000500Расчет 7002049016770ОХГ6-42126-2858 03126-2860-0320031010002600600Расчет 8002252217250ОХГ6-42126-2858-04126-2860-0431546812003000800Расчет 10002349017660ОХГ6-55126-2858 05126-2860-0540062614003100900Расчет 12002529017680ОХГ6-70126-2860 06500780160036001000140018690ОХГ6-87Таблица 3Таблица 3Примечания: 1 Для аппаратов всех указанных типоразмеров длина 'греющих трубок 6000 мм, диаметр 38x2 мм.2. Высота трубы вскипания для аппаратов типа 126 2860 丄“ = 2250 мм, для ■Паратов типа 126-2858 丄к рассчитывают.Примечания: 1 Для аппаратов всех указанных типоразмеров длина 'греющих трубок 6000 мм, диаметр 38x2 мм.2. Высота трубы вскипания для аппаратов типа 126 2860 丄“ = 2250 мм, для ■Паратов типа 126-2858 丄к рассчитывают.

Рис. 20. Выпарной аппарат с вынесенной греющей камерой с осветлением циркулирующей суспензии

Рис. 20. Выпарной аппарат с вынесенной греющей камерой с осветлением циркулирующей суспензии

Рис. 21. Зависимость коэффициента теплопередачи от со~ держания твердой фазы в циркулирующей суспензии

Рис. 21. Зависимость коэффициента теплопередачи от со~ держания твердой фазы в циркулирующей суспензии

Типоразмер аппарата

||

龜

И

hmm

% мм

左，

駕

%м мм

а мм

Тип циркуляционного иасоса

126-2858-01

126-2860-01

63

101

600

1600

400

Расчет 500

19940

16420

ОХГ6-30

126-2858 02 126-2860-02

125

195

800

2000

500

Расчет 700

20490

16770

ОХГ6-42

126-2858 03

126-2860-03

200

310

1000

2600

600

Расчет 800

22522

17250

ОХГ6-42

126-2858-04

126-2860-04

315

468

1200

3000

800

Расчет 1000

23490

17660

ОХГ6-55

126-2858 05

126-2860-05

400

626

1400

3100

900

Расчет 1200

25290

17680

ОХГ6-70

126-2860 06

500

780

1600

3600

1000

1400

18690

ОХГ6-87

Типоразмер аппарата

||

龜

И

hmm

% мм

左，

駕

%м мм

а мм

Тип циркуляционного иасоса

126-2858-01

126-2860-01

63

101

600

1600

400

Расчет 500

19940

16420

ОХГ6-30

126-2858 02 126-2860-02

125

195

800

2000

500

Расчет 700

20490

16770

ОХГ6-42

126-2858 03

126-2860-03

200

310

1000

2600

600

Расчет 800

22522

17250

ОХГ6-42

126-2858-04

126-2860-04

315

468

1200

3000

800

Расчет 1000

23490

17660

ОХГ6-55

126-2858 05

126-2860-05

400

626

1400

3100

900

Расчет 1200

25290

17680

ОХГ6-70

126-2860 06

500

780

1600

3600

1000

1400

18690

ОХГ6-87

Таблица 3

Таблица 3

Примечания: 1 Для аппаратов всех указанных типоразмеров длина 'греющих трубок 6000 мм, диаметр 38x2 мм.

2. Высота трубы вскипания для аппаратов типа 126 2860 丄“ = 2250 мм, для ■Паратов типа 126-2858 丄к рассчитывают.

Примечания: 1 Для аппаратов всех указанных типоразмеров длина 'греющих трубок 6000 мм, диаметр 38x2 мм.

2. Высота трубы вскипания для аппаратов типа 126 2860 丄“ = 2250 мм, для ■Паратов типа 126-2858 丄к рассчитывают.

В последнее время для пре дотвращения закупоривания гр( ющих трубок перед греющей ка мерой устанавливают решетку Однако, как показывает практика, при наличии решетки увели чивается сопротивление контур циркуляции, усложняется обслу живание аппаратов и не обеспе чивается полное предотвращени закупоривания греющих трубок Большое содержание твердой фа зы в циркулирующей суспензт приводит к снижению коэфф и ци ента теплопередачи (см. гл. 4) увеличению расхода мощноси на циркуляцию, измельчению кри сталлов соли.

В выпарных аппаратах с час тичным осветлением циркулирую щей суспензии (см. рис. 17—20 закупоривания греющих трубо] не происходит. Это позволяе промывать аппараты без останов ки и частичной разборки.

Наиболее крупные кристаллу (размером более 160 мкм) н ком к и соли выводятся из выпарны? аппаратов с частичным осветле нием суспензии по вертикальном; стояку через перфорированнуи трубу или экстракционную ре щетку.

Преимуществом выпарных аппаратов с вертикальным стояком классификатором является то, что в них кристаллы солей размс ром меньше выводимых (обычно 160 мкм) восходящим потоке»! уносятся в коническое днище сепаратора. Так как в зоне кониче ского днища постепенно уменьшается скорость движения восходя щего потока, кристаллы соли размером 160—180 мкм находятс: в нем во взвешенном состоянии. Под действием динамического на пора восходящего потока, сил тяжести и сил трения кристаллы со ли во взвешенном слое совершают вращательные движения и пе ремещения в вертикальной плоскости. При этом они постояннс контактируют с поступающим пересыщенным раствором и вндс лившимися в зоне трубы вскипания и в сепараторе кристаллам! соли. Вследствие этого в зоне взвешенного слоя интенсивно снн( мается пересыщение раствора, и кристаллы ^увеличиваются д( 160 мкм и более. Это позволяет получить кристаллы требуемой размера и, следовательно, улучшить качество готового продукта, зо

Мелкие кристаллы солей (меньше 160 мкм) раствором, подаваемым через штуцер Г уносятся в циркуляционный контур выпарного аппарата. Так как эти кристаллы имеют максимальную удельную поверхность, то они интенсивно снимают пересыщение в процессе своего роста, что способству

ет снижению скорости инкрустации поверхности нагрева выпарного аппарата, т. е. удлинению срока его работы между промывками. Кроме того

(рис. 21), наличие мелких кристаллов

соли в циркулирующей суспензии способствует интенсификации

процесса теплообмена.

Недостатком конструкций, приведенных на рис. 17, 19, являет

ся расположение уровня раствора в сепараторе ниже уровня ввода в него многофазной смеси, что приводит к дополнительным затратам электроэнергии на цирк)^ляцию (работа《на подъем»).

Основные размеры типовых выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией (см. рис. 14, 18) приведены в табл. 3.

Для исключения дробления кристаллов соли в аппарате и обеспечения более надежной работы сальникового уплотнения частота вращения насоса не должна превышать 490—590 об/мин.

Применяют одноступенчатые, с консольным расположением рабочего колеса, горизонтальные насосы типа ОХГ (ТУ 26-06-1086—77), Основные узлы и детали насоса: корпус, камера рабочего колеса, ротор, узел уплотнения, опорные стойки. В зависимости о】 типа раствора детали проточной части насоса изготовляют из сталей 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 06ХН28МДТ, 08Х22Н6Т.

Техническая характеристика циркуляционных насосов приведена в табл. 4.

Таблица 4

Показатель

Значения показателя для насоса марки

ОХГ6 30

ОХГ6-42

ОХГ6-55

ОХГ6-70

ОХГ8-80 И

Подача, м3/ч

1180

2120

3550

6000

6000 1

Напор, м

4,0

3,6

3,6

3,6

КПД. %

77

78

78

78

70 I

Допускаемый кавитационный

6,3

5,2

5,0

5,8

7,0

запас, м

Угол установки лопастей, °

0

+2

+1,5

0

—1 I

Максимальная мощность насо-

30,2

47,5

72,6

144

255 I

ta для жидкости с плотностью 1000 кг/м3, кВт Диаметр рабочего колеса, мм

300

420

550

700

700 1

Основной комплектующий элек- гродвигатель: тип

А02-81-4

A02-9I-6

A03-315S-

/03-400S-

ДА30-131

мощность, кВт

40

55

-8V3

90

-I0V3

132

-42-I0M]

250 I

частота вращения, об/мин

1500

1000

750

600

600 1

напряжение, В

220 380

220/380

220 '380

220 '380

6000 I

Примечание. Характеристики перекачиваемой жидкости: температур, до 160℃, плотность до 1800 кг/м3, вязкость до 20 мПа-с

Глава 3I

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ВЫПАРНЫХ1

АППАРАТАХ С ТРУБОЙ ВСКИПАНИЯ

При проектировании выпарных аппаратов для кристаллизующихся растворов необходимо рассчитывать конструктивные размеры аппаратов, скорость движения раствора в греющих трубах, мощность, затрачиваемую на перемещение раствора, и оптимальные размеры контура циркуляции. Решение этих задач возможно только при условии раскрытия закономерностей гидродинамических процессов, протекающих в выпарном аппарате, особенно в зоне- фазовых превращений — трубе вскипания. При рассмотрении этих вопросов исходили из того, что гидродинамические процессы, про-

ui、aiouuie в выпарном аппарате, зависят от плотности, содержания аз и высоты зоны кипения в трубе вскипания.

Как уже отмечено, отличительной чертой выпарных аппаратов 1Я кристаллизующихся растворов является вынос кипения растра из греющих трубок в необогреваем^^ю трубу вскипания, уста- эвленную над греющей камерой. Это достигается тем, что движу- аяся в трубе вскипания многофазная смесь создает в греющих рубках давление, превышающее давление насыщения, которое ^ответствует температуре поступающего в трубу вскипания раст- зра. Благодаря этому температура раствора превышает темпера- ；ру кипения его при давлении в сепараторе выпарного аппарата, е. раствор перегрет. По мере продвижения раствора по трубе скипания давление непрерывно падает до давления в сепараторе ыпарного аппарата. Интенсивность изменения давления зависит т степени перегрева раствора, скорости его движения, физических войств раствора, площади сечения трубн вскипания.

При падении давления температура раствора оказывается не- полько выше температуры насыщения, соответствующей новому, “лее низкому давлению, т. е. создаются условия для кипения ра- 1 вора.

Отличительной чертой процесса кипения раствора в трубе вски- ания является то, что паровые пузырьки в ней возникают не лько на твердой поверхности, но и в толще жидкости, т. е. про- сходит интенсивное вскипание всей массы раствора. Это вызва- о тем, чго перегретый раствор находится в метастабильном состо- нии, т. е. обладает как ограниченной устойчивостью, так и нали- ием кристаллов солей, газовых пузырей в движущемся растворе, кетастабильное состояние раствора является причиной появле- ня флуктуаций — отклонений физических величин, характеризующих находящееся в равновесии молекулярное тело, от средних начений.

Благодаря флуктуациям в перегретом растворе по всему сече- ню трубы вскипания образуются скопления паровой и твердой >аз, которые на определенной высоте от поверхности нагрева до- нгают критических размеров и становятся устойчивыми. Обра- •вавшиеся в растворе скопления пара вместе с находящимися перегретом растворе кристаллами солей, газовыми пузырями, ио- JMH являются центрами парообразования и вызывают вскипание детвора. При этом все сечение трубы вскипания оказывается до- 'аточно равномерно заполненным паровыми пузырями, кристал- “мм солей и жидкой фазой. При такой структуре движ)7щийся 二 трубе вскипания многофазный поток тормозит движение пара, 'Разул однородную смесь, и обеспечивает невысокие относитель- те скорости фаз.

■ Плотность многофазной смеси

Количссгво паровой и твердой фаз, выделившихся при кнпс- раствора в трубе вскипания, зависит от степени перегрева 'створа и определяет плотность многофазной смеси, распределе-

Рис. 22. Схема к расчету приращения плотности в трубе вскипанияРис. 22. Схема к расчету приращения плотности в трубе вскипанияczd (〃)Cczd (〃)C〃Qc”〃Qc”(13)(13)д/(гО,/с0) + f d (А/)д/(гО,/с0) + f d (А/)〃=l — 4 .Q'〃=l — 4 .Q'f d(》)c'Q' Jf d(》)c'Q' J(14)(14)(15)(15)

Рис. 22. Схема к расчету приращения плотности в трубе вскипания

Рис. 22. Схема к расчету приращения плотности в трубе вскипания

czd (〃)C

czd (〃)C

〃Qc”

〃Qc”

(13)

(13)

д/

(гО,/с0) + f d (А/)

д/

(гО,/с0) + f d (А/)

〃=l — 4 .Q'

〃=l — 4 .Q'

f d(》)

c'Q' J

f d(》)

c'Q' J

(14)

(14)

(15)

(15)

ние фаз в ней. Зависимости для определения плотности удельна веса и содержания смеси в трубе вскипания при движении тр( фазного потока получены при следующих допущениях: в тру вскипания движется однофазный поток с переменной плотность уменьшающейся в направлении движения раствора (гомогенн, модель потока); относительная скорость фаз зависит от парами ров среды и свойств фаз раствора.

С учетом рт долей твердой фазы, постоянно циркулирующей раствором, можно определить массу смеси, образовавшейся п фазовых превращениях в трубе вскипания:

&м=(步+ Gp+&)/(l—%)•

Введя плотность смеси Qcm н заменив массовые расходы ко понентов смеси на объемные, получим

у"0" + 吸

丿смОсм==i д@р + V\Qt，Н』Н ^см ^^ °см/Осм•'

Если взять бесконечно малый элемент трубы вскипания и рассмй реть характер изменения объема смеси по мере продвижени вскипающего раствора от сечения /—/ к сечению II—//, то пол| чим dVcM=dV"+dVp+dVT. При этом приращение массы комш нентов смеси dGp=i—(dlT+dGQ.

Количества выделившейся в процессе кипения твердой фазы выпаренной при этом воды связаны зависимостью dGT=kBdl где 々в = Ьц/(1—三①).Следовательно, приращение массы компоне! тов смеси

dGp=—(l + ^)dlF・(

Выразив приращение объема смеси через приращение масс компонентов с учетом, что Qt>Qp》q", получим d Исм=—^ .

Приращение плотности смеси 曰

участке трубы вскипания между сечен^ ями /—/ и II—// (рис. 22)

"Осм = —°см° 丿см/ >2(1(

Из уравнения теплового баланса дл трубы вскипания массовый расход мне гофазной смеси

где г/=г±гКр^в (здесь знаки плюс и м« нус — при кристаллизации соответствея но с выделением и поглощением тепла тн)； /=(1-廿/+公阮

Подставив значения (8), (9) и (11) в зависимость (Ю), полу- 4llM

(12)

Плотность трехфазной смеси в трубе вскипания изменяется от в зоне, где нет фазовых превращений, до Qcz в зоне кипения.

В любом сечении трубы вскипания из (12) найдем

〃Q"/C'Q'

Давление на входе в трубу вскипания мало отличается от давления в сепараторе и уменьшается по мере продвижения трехфазного потока к верхнему срезу трубы вскипания до давления в сепараторе, поэтому можно принять

Q’ = 0,11 — Рт (1 — е/бт)] ； r'^'ic^^ const.

Мгновенное объемное содержание компонентов в трехфазной смеси в любом сечении трубы вскипания

д/

f d (")

▽ г=^в 中近

QrQc r，Q" r

丁7 + \ d (〃)

c'Q' J

0

Так как перегрев раствора в греющих трубках определяется сопротивлением трубы вскипания, то процесс парообразования в не兑 начиная с точки начала кипения, происходит непрерывно. Область существования функции (область ее изменения) лежит в пределах от 0 до At Проинтегрировав зависимости (13) и (14), получим на выходе из трубы вскипания

@ =—"也 Q，_.屮〃 =^-

尸 Q"/cO+Af ' "Q〃/cU+Y '

竹_В е(尸q〃/c，Q' +-

В зоне трубн вскипания, где отсутствует кипение, Qci = q';(рт= =屮"=0. Плотность и паросодержание образующейся в трубе вскипания многофазной смеси определяются количеством пара, выделенного при самопспарении раствора (температур。自 перегре- Ва раствора), и его параметрами. Изменение давления в сепара- 2、35

торе выпарного аппарата приводит к изменению плотности и скры той теплоты парообразования, температуры кипения, а следова тельно, плотности и теплоемкости раствора. Отсюда следует, чт характер изменения плотности смеси зависит не только от давле ния в сепараторе, но и от физических свойств раствора.

Для определения параметра, учитывающего влияние давлени; исходим из положения, что необходимым условием возникновенп пузырьков пара внутри раствора является перегрев раствора oi носительно температуры насыщения.

Теплота перегрева раствора затрачивается на изменение агр€ гатно「о состояния:

dQ=Gс%/'d (М)=г'dW или dQ= V^c'd (^)=^^ ^\ откуда

d(〃)=kM=Qp

Для раскрытия физического смысла параметра а подетави его значение в уравнение Клапейрона — Клаузиуса (7):

（騎（騎dp _г^п

（騎

（騎

—Vq" dt —cQ

Из зависимости (17) видно, что параметр Q — термодинамиче ска я характеристика процесса выпаривания, определяемая объем ной теплоемкостью суспензии (c'q'), температурой вторичного па ра, изменением давления и соответствующим изменением т(、мн( ратуры вторичного пара. Для определенного раствора при зада" ном давлении параметр а является величиной постоянной и х& рактеризует условия протекания процесса самоиспарения в тру6( вскипания выпарного аппарата.

Подставив параметр а в (15), получим

Qcm = —；屮=-； 5J - (IE

。+ Af。+ AfQt % + A“

Если выпаривание раствора происходит без выделения твердо! фазы, имеем

(К(К,,°0р"△£

(К

(К

° =&； Q =0р； Осм = ^^； ' =^~

Высота зоны кипения раствора в трубе вскипания

Как отмечено выше, одной из отличительных черт выпарны аппаратов для выпаривания кристаллизирующихся растворов яв ляется установка над поверхностью нагрева трубы вскипания.

Труба вскипания выпарного аппарата с вынесенной зоной кн пения играет двоякую роль: является «тепловым двигателем^ производящим работу циркуляции раствора по контуру аппарата позволяет вынести кипение раствора из греющих трубок.

Так как к раствору в трубе вскипания теплота не подводите и не отводится, то в трубе, за счет внутренней энергии поступаю

1РГ0 раствора (теплота перегрева), происходит адиабатическое сширение потока вследствие его непрерывного самоиспарения падении давления по мере продвижения к верхнему краю тру- “ вскипания. После того как многофазная смесь покидает тру- вскипания, из аппарата выводится выпаренный раствор с кри-

Рис. 23. Термодинамический цикл выпарного аппарата:Рис. 23. Термодинамический цикл выпарного аппарата:/—вход в греющие трубки; 2—выход из греющих трубок; 3—начало кипения; 4—выход изтрубы вскипания/—вход в греющие трубки; 2—выход из греющих трубок; 3—начало кипения; 4—выход изтрубы вскипаниягаллами солей н паровая фаза, а для (хранения постоянства расхода цир- улпрующей смеси подается исходный >аствор, что обеспечивает непрерыв- I(сть протекания термодинамического мкла в выпарном аппарате с трубой <скипания.

Рис. 23. Термодинамический цикл выпарного аппарата:

Рис. 23. Термодинамический цикл выпарного аппарата:

/—вход в греющие трубки; 2—выход из греющих трубок; 3—начало кипения; 4—выход изтрубы вскипания

/—вход в греющие трубки; 2—выход из греющих трубок; 3—начало кипения; 4—выход изтрубы вскипания

Термодинамический цикл работы ыпарного аппарата в р—V-диаграм- 12 приведен на рис. 23.

Вынос кипения раствора из грею- них трубок обеспечивают созданием зполннтельного давления движущей- я в трубе вскипания многофазной ■меси. Это давление зависит от степе- ,ч перегрева раствора и скорости его вижения, размеров трубы вскипания. 1ри движении смеси с переменным содержанием фаз давление складывает-

(20)(20)а из потерь напора Арт от вязкостного трения при движении меси; гидравлического давления LkQcm столба многофазной сре- ;ы; потерь напора Ар、® на ускорение за счет непрерывного па- эообразования, т. е.

(20)

(20)

△夕=丄к@см Т~ АРуСкТ- △〃■!>•

Для упрощения дальнейших рассуждений допустим, что в тру-

-е вскипания движется смесь с некоторой постоянной по высоте

мотностью ©см, т. е. отсутствуют потери от ускорения. Тогда из (20)

(21)(21)丄 К^3 (△「一、Р M&Nf

(21)

(21)

Согласно уравнению Клапейрона — Клаузиуса для умеренных жечных величин перегрева раствора можно принять

Ар=%〃А〃АТ".( 2)

смеси(23)смеси(23)ютери напора от трения при движении п а рож идкостно й рн указанных допущениях

смеси

(23)

смеси

(23)

—2 -

А 八入СМ，К “CvQcM

△呂 Р=К.

Средине значения скорости движения и плотности многофазной we(F д/д/

\м =丄 \ ^^ d (厶介；Ам = Л f "^ d (毋).(24)

см А£ \ 0(*) I "см Af J 0W)

Из условия сохранения количества движения скорость сме< трубе вскипания q)cm =(，)pq7〃Qcz・ Подставив значение плот珏 смеси из (18), получим a)c、i=3p(a+Af)/a几

Проинтегрировав уравнение (22), найдем

- зр(〃 + а〃2)- flQz 1п(1 -h \t/a) 一а 1п(1 + дг •

= —f- ：= — • CD 一 =i一

Подставив (22), (23), (25) в (21), окончательно получим

427照"》

—^см^р (0,5А/ 4~ Л)2

T〃QcM J 十2g02〃2% -2

Так как зависимость (26) получена при определенных д( щениях, то действительная высота зоны кипения отличается расчетной.

Сопоставление расчетных и экспериментальных данных пп зало достаточно близкие совпадения изменений Лк в функции q"; AZ; cd; а, п; d, но для практического использования завися сти необходимо ввести поправочный коэффициент. Обозначш выражении (26) произведение всех величин, за исключением эффициента 427, буквой С, получим для практических расчетов

4 = 325 С.「

Существенно влияет на показатели работы выпарного anna; та диаметр трубы вскипания. Правильный выбор диаметра тру вскипания за счет снижения потерь напора при движении мно фазного потока позволяет обеспечить максимальные скорости д] жения раствора при естественной циркуляции и минимальные : траты электроэнергии при принудительной циркуляции. Проведи ные экспериментальные работы показывают, что диаметр тру вскипания определяется режимом выпаривания раствора и ко; чеством образующегося пара.

Было найдено:

Огв=1，15dОгв=1，15d昭Qcm昭Qcm2,2,

Огв=1，15d

Огв=1，15d

昭Qcm

昭Qcm

2,

2,

ИЛИ

4=d V〃z,

где k=1,3q-Q25.

Уравнение одномерного движения трехфазной смеси

Фазовые превращения в выпарных аппаратах с трубой вскип ния протекают в необогреваемой теплоизолированной трубе (пот рями теплоты в окружающую среду пренебрегаем) и вызваны с моиспаренисм движущегося вдоль трубы вскипания перегрето раствора.

элементарного участка трубы вскипания расходы фаз и о^стн их движения на входе в участок соответственно равны .旷；GT II Zp；厶〃；о)т. На выходе из этого участка с учетом са- онспарения часта перегретого раствора соответственно имеем

ОЛ^^ XV+^Ц G+*d£

ipH самоиспарении происходит изменение количества движения, Бивалентное равнодействующей всех внешних сил, приложен- н\ к рассматриваемому участку трубы вскипания, т. е.

-.〃=(/+察叫，р+^М+

+(G+靠叫f+両叫+(歌+一叫X

X 0" + 受 〃)—(G〉p+GR+ 吟.

Считая поток одномерным н пренебрегая величинами второго юрядка малости, получим

+ 吠+,)•”)

Количество фазовых компонентов движущейся смеси изменя- гся вследствие самоиспарении перегретого раствора в необогре- аемой теплоизолированной трубе. При этом согласно закону со- ранения массы

dGp+dQ+d昭=0.(30)

Подставив зависимость (29) в (30), найдем

=e -±l+g -+i+

dL i p dL 1 T d£ 1 dL 1

+(Q - ■)際+(" — 鼠吟］，(3i)

aLaL

4ва последних члена уравнения (31)—это реактивная сила, возникающая при самоиспарении движущегося перегретого раствора • следствие наличия относительной скорости фаз.

Из материального баланса расходы фаз, протекающих через "Диницу площади поперечного сечения трубы вскипания на участ-

4=(1 —?" — %)&严р； &=%&%；昭=?q"『.

Так как

外Qt

+

G & dL

ТОСКОРОСТЬИЗМе-™я-^

aL

При самоиспарении движущегося в трубе вскипания го раствора происходит локальное н конвективное изменение личества фаз, т. е.

=^- (1 — % - г")・р+才 К1 - %—у") УршР1； 醬=如&)+白屮局:

嘿=总以")+总y"")•

Подставив (33), (34) в уравнение (31), получим уравнение ( номерного движения трехфазного потока в трубе вскипания в парного аппарата др dL

+ %0т

+

При отсутствии в ния (35) получим С. Г. Телетова

многофазной среде твердой фазы изуравнение движения двухфазного

Уравнпоток

33р - 机

^Р

+

Содержания паровой и жидкой фаз связаны зависимость! ^—k^^l^. Учитывая, что ^в<1, a @〃》Qt, принимаем 1——屮〃 一gT= 1-(pz,.

Равнодействующая внешних сил, действующих на элементар ную зону трубы вскипания, представляет собой результат воздей 40

перегрет

к

(3

,зия на эту зону сил тяжести, давления и трения. Подставив зна- ■\Hiia этих сил в уравнение (35), окончательно получим

+

Qp%m£

+ %Qt

8(%%)

+&(&-%)烧 f

dL

瓶+

03 . 一" Z—~Fw

2гс

0 (旷/)

]■ (36)

Правая часть уравнения (36) представляет собой потери дав- 二ення на ускорение при фазовых превращениях в трубе вскипания.

Из зависимостей (30), (31) получим уравнение неразрывности при движении трехфазного потока с переменным содержанием фаз

! [(1 -у)0p+%9T + yQ"] + J [(1 -中"鸣<%+%q「4 +中"2'?] = 0-(37)

Уравнения (36), (37) описывают гидродинамические процессы, протекающие в трубе вскипания выпарного аппарата при самоис- парении движущегося перегретого трехфазного потока.

4. Скорость движения раствора по трубкам греющей камеры

Скорость циркуляции раствора в греющих трубках имеет решающее значение для надежной работы выпарных аппаратов, применяемых для выпаривания солесодержащих растворов, так как определяет интенсивность теплообмена в аппарате и время его эксплуатации между промывками. .

В соответствии с законом сохранения энергии скорость циркуляции в любом гидравлическом контуре определяется динамическим равновесием движущего рдв напора и потерь напора на трение и местные сопротивления Ертрм, а также на ускорение Арусн： Рдв = ЕРтрм + Лруск-

Развиваемый в контуре выпарного аппарата движущий напор состоит из напора естественной циркуляции, возникающей вследствие разности плотностей двухфазной смеси вне трубы вскипания и трехфазной смеси внутри ее; напора, развиваемого циркуляционным насосом.

Выпарные аппараты естественной циркуляции. Рассмотрим принципиальную схему циркуляционного контура выпарного аппарата с трубой вскипания (рис. 24). Как видно из схемы, контур выпарного аппарата представляет собой сообщающийся сосуд, состоящий из двух ветвей: опускной, заполненной жидкой и твердой фазами, it подъемной, верхняя часть которой (труба вскипания) от точки начала кипения заполнена паровой, жидкой и твердой фазами.

Для замкнутого циркуляционного контура в любой моме1 времени справедливо условие ^др/дх—0. С использованием ура нения (36) найдем

м，м人-肝-贵 "（一）證 + 吟）+

管+奇+，"。"卧嚏）+。石7隱+曾+

+q，@，f 備+噜）m=。，（：

где Тс ——касательные напряжения на стенке i-ro элемента контурИ циркуляции; Rx — радиус f-ro элемента контура циркуляции. Ato* но также записать Ц

0(Q 8%м — А"уск - \ "трм) dL 一 \ 夕трм=。， (з[

где £/грм，士 Ртрм —сумма потерь напора на трение и местные с Л

Рис. 24. Циркуляционный контур выпарного аппаратаРис. 24. Циркуляционный контур выпарного аппаратапротивления соответственно в трубе bckiifiw ния и в остальной части циркуляционног контура.

Рис. 24. Циркуляционный контур выпарного аппарата

Рис. 24. Циркуляционный контур выпарного аппарата

Так как фазовые превращения в труб вскипания происходят на пути прохождени многофазной смеси (от точки начала кипе ния до верхнего края трубы вскипания), тс проинтегрировав уравнение (39) в предела от 0 до £к и подставив среднее паросодер жание смеси (25), получим [1_Л]£1!^^к'4=±ртрм + А，уск・(4(

Левая часть уравнения (40) соответствуй ет движущему напору, возникающем] вследствие разности плотностей смеси в раз』 ных частях контура, а правая часть — сум-] ме потерь напора из-за трения и местных сопротивлений в частях циркуляционного контура до начала кипения н в зоне кипения, а также ускорения многофазной смеси в трубе вскипания.j

Источниками потерь напора при движе-i нии раствора по циркуляционному контур/ выпарного аппарата являются процесс необ-j ратимого перехода механической энергии в теплоту и изменение количества движения в трубе вскипания при фазовых превра. щениях.I

Приведение скорости движения раствор—

ио элементам циркуляционного контура выпарного аппарата к ско- )остн движения его в греющих трубках позволяет определить потери напора вследствие трения и местных сопротивлений:

£。=若4+岩用(冊

i-li«l

I 入см丄к (°，5At 十a)2 1rl(1 十 A£/a) j"[、

十a〃A纭*0,5⑺丿

do=dRz...

Значения входящих в зависимость (41) коэффициентов сопро-

сивления определяют по формулам

%'=(2暄工)，/м=(i_0,833?cm)1'52 '

где Ra — среднеарифметическое отклонение профиля, мкм.

Потери напора на ускорение трехфазной смеси в трубе вскипания при отсутствии относительного движения фаз

(42)(42)wpQz (А，+。)

(42)

(42)

2ga〃2

Относительное движение фаз приводит к снижению среднего

скоростного напора. При работе выпарных аппаратов с давлением в пределах 0,01—0,3 МПа (q'7q'《0,005), в соответствии с данными М. А. Стыриковича, наличие относительной скорости фаз уменьшает потери напора, рассчитанные по зависимости (42), примерно на 50%:

(43)(43)4ga〃24ga〃2(af -г а)А/уСК ^3

(43)

(43)

4ga〃2

4ga〃2

При вводе многофазной смеси из трубы вскипания выше уровня раствора в сепараторе на величину А" происходят потери движущего напора на подъем смеси. Величина этих потерь

aa,°“=q'a〃 [1 一 HML?丝吃].(44)

Подставив потери напора в контуре выпарного аппарата (41), (43), (44) в зависимость (40), получим уравнение движения раствора по циркуляционному контуру выпарного аппарата с трубой вскипания

寥[£("+割閉 А£+

+ Ь^кП，5》т* 黑I 十乂a)] = [ 1 _ a」n(l 口％)一] (4 一 АН)" •(45)

心加"2久0.5J [Af гК 丿

Из уравнения видно, что скорость движения раствора по циркуляционному контуру выпарного аппарата определяется температурой перегрева раствора, размерами трубы вскипания, условиями

43

проведения процесса выпаривания и сопротивлением контура. В личина перегрева раствора зависит от коэффициента теплоотдач температурного напора, физических свойств раствора и пара, дл ны и диаметра греющих трубок:

△/= —4А7(4“ —《ни)1033〃Q'd+2/К *

Размеры трубы вскипания определяют по зависимостям (26)- (28).

Из уравнений (26)1—(28), (45) и (46) получим функционал ную зависимость скорости циркуляции от определяющих ее фа торов

(4

Несмотря на то, что параметры, влияющие на скорость цирку ляции, известны, из-за сложности их воздействия на скорость в на стоящее время нет полной системы дифференциальных уравнений описывгнотих циркуляцию; поэтому нахождение скорости циркуляции аналитическим путем невозможно.

Если не представляется возможным записать полную систему дифференциальных уравнений, описывающих изучаемый процесс, и известны параметры, определяющие этот процесс, то для решения задачи можно использовать аппарат анализа единиц измерений. Комбинируя параметры зависимости (47), получим ряд безразмерных критериев, выражающих качественную форму связи между скоростью циркуляции и определяющими ее параметрами. Количественную связь между критериями можно определить экспериментально.

Зависимость (47) отражает качественную связь между девятью размерными параметрами, содержащими пять единиц измерения: Зр, м/с; Д/общ, град; “，м2/с; Ар, Вт/(м・К); г, кДж/кг; q", кг/м3; q', кг/м3; I, м; d, м. Единицами измерения данных параметров могут быть: м/Z; с/тв； Вт/д; кг/G; град/Ог. Величины, входящие в уравнение (47), при введении новых единиц измерения приобретают вид

Wp^^ioJ/t； △£o6m==：A'o6m8； 丫。^1'〃/]；入р^3^ 入阂/(£тН)； r，=^ rq]G;

(q〃)，=q〃C/£3； q，= q，@Z3； /，= 〃； d'=dL・

Так как качественная взаимосвязь между параметрами уравнения (47) не зависит от системы единиц измерения, можно записать

^=/|д/о6щ； V；； м；「，； /；（Q，，），； /，； 〃，；£（,；〃；氏何

£二1

МЛН=/（m6譜；）丄2尼；大园中МЛН=/（m6譜；）丄2尼；大园中(y,G=(y,G=TVTV】“& Qp。传 з； ^G'L^ 広 dL;二口; я;加附•

МЛН

=/（m6譜；）丄2尼；大园中

МЛН

=/（m6譜；）丄2尼；大园中

(y,G=

(y,G=

TV

TV

(48)

Так как новая система единиц измерений выбрана произвольно, принимаем: А/Общ6=1» откуда 0= 1/А/Общ； 〃=1, откуда 丄= = 1//;珏厶2/小=1, откуда TB=vp/Z2; Aq/%8=1, откуда ?=vp/Z3X ХсПобщАр； q'G/L3=1, откуда G= 1//V-

包 или Re=5K記；包 или Re=5K記；Подставив найденные выражения в уравнение (48), получим

包 или Re=5K記；

包 или Re=5K記；

上1； 1；-^畋迎；1； 1；丄；У сг； «

VpVp，I]03「〃Q"Vpd A ,

Vp

Vp

1 = 1

(49)(49)（"d卢；（£ q尸；""'；g廿。（"d卢；（£ q尸；""'；g廿。cr>- А%6щ 入 p/Vp。

(49)

(49)

（"d卢；（£ q尸；""'；g廿。

（"d卢；（£ q尸；""'；g廿。

Здесь Ko=—~； безразмерный комплекс, показывающий отношение количества теплоты, конвективно переданной 1 м3 движущегося раствора, к количеству теплоты, необходимой для образования 1 м3 пара.

Зависимость (49) не учитывает влияния на скорость циркуляции относительного движения фаз и наличия возвратных потоков у стенки трубы вскипания. Как известно, относительное движение фаз и возвратные токи увеличивают сопротивление трубы вскипания, а следовательно, уменьшают скорость движения раствора. Но так как коэффициенты В, X】，Х2, Хз, N& Х5, связывающие скорость движения раствора и определяющие ее параметры, определяют экспериментально, то величина этих коэффициентов учитывает влияние относительной скорости фаз и наличие возвратных токов.

Для нахождения этих коэффициентов в УкрНИИХИММАШе и НИОХИМе проведен ряд экспериментальных работ. Исследования проводили на моделях выпарного аппарата, греющая камера которых состояла из греющих трубок диаметром 25x2,5, 38x2, 38x3, 57x3 мм, длиной 3000, 4000, 5000 и 7000 мм, при различных давлениях в сепараторе (избыточное, атмосферное, вакуум) и изменении рабочей разности температур (от 10 до 30 град). При этом выпаривали: конденсат, сульфитный щелок, 60%-ный технический глицерин, хлористый кальций, содопоташные растворы, насыщенные растворы солей NaCl, Na2SO4 и MnSO4， Физические свойства исследуемых растворов варьировали в следующих пределах: коэффициент кинематической вязкости от 0,27■ 10~6 до ЗХ X 10~6 м2/с; коэффициент теплопроводности от 0,45 до 0,72 Вт/(мХ ХК); теплоемкость от 2,9 до 4,2 кДж/(кг• К)； плотность от 980 до 1500 кг/м3.

Влияние отдельных параметров на скорость движения раство-

данных быладанных былара показано на рис. 25.

данных была

данных была

Математическая обработка экспериментальных проведена на ЭВМ. Аппроксимацию проводили с помощью мето- 45

_да наименьших квадратов, для чего предварительно была составлена система нормальных уравнений.

Из условия f (Xf； Xo)=min, при df/dxQ = Oy dfldxt = 0 и при наличии общего уравнения типаI

имеем

=0.

,535

(50)

окончательном виде имеем

Уравнений позволило получить

Z \1.08 d丿

Зр,."с

Рнс. 25. Зависимость скорости циркуляции раствора oi температурного напора (q) и отношения 〃 (б):

1—давление избыточное; 2—давление атмосферное; 3—вакуум 0.1 Па

N

（'_"。_*必）（一1丿=0；红=

4nx « экспериментальных

Nx。+ *i

Решение системы аппроксимированную

A N

屮,飞

нормальныхЗависимость

Re_ 191,30°，8%0,20-0,45

"1， *о

точек в

N

0.35

Промышленная проверка этого уравнения показала, что отклонение экспериментальных величин от рассчитанных не превышает

Выпарные аппараты принудительной циркуляции. Как отмечено выше, движущий напор выпарного аппарата состоит из напора естественной циркуляции н напора, развиваемого циркуляционным 46

насосом. Следовательно, уравнение движения раствора при принудительной циркуляции имеет вид

(51)

При определении мощности привода насоса задаются скоростью движения раствора по греющим трубкам и рассчитывают необходимый напор для преодоления потерь на трение, местные сопротивления и ускорение смеси по всему контуру выпарного аппарата.

Напор насоса определяют из зависимости (51).

Мощность привода циркуляционного насоса

N屈=7,7・10-3中24%加.

Исходя из условия обеспечения минимальной скорости инкрустации и максимального коэффициента теплопередачи, принимают (0рz= 1,8... 2,5 м/с.

Глава 4

ТЕПЛООБМЕН В ВЫПАРНЫХ АППАРАТАХ С ТРУБОЙ ВСКИПАНИЯ

При проектировании выпарных аппаратов необходимо выполнить тепловые расчеты для определения поверхности теплообмена, обеспечивающей передачу заданного количества теплоты при установленных параметрах рабочих сред. Обычно тепловой расчет выпарного аппарата проводят в такой последовательности: составление уравнения теплового баланса для определения тепловой нагрузки или расходов рабочих сред; определение полезной разности температур, коэффициента теплопередачи, поверхности теплообмена.

Уравнение теплового баланса для выпарных аппаратов с трубой вскипания имеет вид

Qi= 1%•厂i + (Sj—卢1一1 + 0T([_1/\)侑一力-1) ± от，кр 土 Sj_也一4仇

Расход пара на выпарной аппарат

2= (1,03 …1,05) Q",

「Де 1,03... 1,05—коэффициент, учитывающий потери теплоты (3— 5%) в окружающую среду.

Рис. 26. Зависимость коэффициента загрязнения е от давления Рс в сепаратореРис. 26. Зависимость коэффициента загрязнения е от давления Рс в сепараторе

Рис. 26. Зависимость коэффициента загрязнения е от давления Рс в сепараторе

Рис. 26. Зависимость коэффициента загрязнения е от давления Рс в сепараторе

Полезна^ разность температур । выпарных аппаратах с вынесенно! зоной кипения

&n=《一t" — 5-±*.(52

Входящую в эту ЗаВНСИМОСТ!

температуру нагрева раствора 32 один его проход по трубкам греющей камеры определяют по за- внсимости (46).

Поверхность теплообмена выпарного аппарата F=Qj/kj\tn, или F=Qilqi，

Определение коэффициентов теплопередачи для выпарных аппаратов——важнейший элемент теплового расчета — основано на использовании теории конвективного теплообмена и теплообмена при конденсации пара.

В общем виде коэффициент теплопередачи для нормальных тонкостенных труб при чистой поверхности нагрева определяется зависимостью

岛=一irL •(53)

一+六 + 一a1 Act a2

В связи с тем, что при выпаривании солесодержащих растворов соли оседают на теплопередающей поверхности, действительное среднее (за время работы аппарата между промывками) значение коэффициента теплопередачи меньше рассчитанного по зависимости (53). Влияние загрязнения на коэффициент теплопередачи при определении поверхности теплообмена можно учесть введением коэффициента загрязнения е (рис. 26), полученного на основании опытных данных при выпаривании растворов, содержащих соли NaCl, Na2coз, Na2so4, K2CO3, MnSO4, CaSO4 и др.

Окончательно 々=吟.

При определении конструктивных размеров трубы вскипания и установлении режима работы выпарного аппарата необходимо учитывать расчетный коэффициент теплопередачи.

Теплоотдача при конденсации пара

Обычно в трубчатых выпарных аппаратах греющий пар подается в межтрубное, а раствор — в трубное пространство. В окружающем трубки пространстве пар во всех точках имеет одинаковое давление. При соприкосновении со стенкой трубки греющий пар конденсируется, так как его температура выше температуры стенки. В зоне конденсации из-за резкого уменьшения объема снижается давление, что способствует перемещению пара из парового пространства к трубке. Образующийся конденсат под действием сил трения удерживается на стенке трубки и стекает по ней вниз 48

в виде утолщающейся пленки. Скорость стекания пленки незначительна, поэтому теплообмен между паром и стенкой осуществляется теплопроводностью.

В связи с тем, что теплопроводность воды в 30 раз меньше теплопроводности коррозионностойкой (нержавеющей) стали и в 80 раз меньше теплопроводности углеродистой стали, стекающая пленка конденсата существенно влияет на величину коэффициента теплоотдачи.

Теорию конденсации пара на вертикальной трубке разработал Нуссельт н развил С. С. Кутателадзе. Полученное на основании их работ уравнение для определения коэффициента теплоотдачи при конденсации пара на вертикальных трубках применяют при расчете выпарных аппаратов:

где а\ — в Вт/(м?• К); гГп — теплота конденсации при температуре конденсации греющего пара; qb,入в, Ив—параметры воды при температуре пленки конденсата (£цЛ).

В упрощенном виде данное уравнение можно записать в виде X叫国。

Значения коэффициента В для конденсата водяного пара приведены в табл. П5.

По следующим зависимостям можно с достаточной для инженерных расчетов точностью определять:

температуру пленки конденсата

*=。,25(3% +」十罟+嘗)；

разность температур пара и стенки греющей трубки

Так как в начале расчетов плотность теплового потока неизвестна, то ее предварительно задают.

Ориентировочно q= 11 ... 35 кВт/м2. Правильность принятой плотности теплового потока проверяют после выполнения тепло- вых расчетов. При отклонении расчетной плотности теплового по・ тока от принятой более 5% выполняют перерасчет коэффициента теплоотдачи.

2・ Теплоотдача со стороны раствора при принудительной ^иркуляции

Как уже отмечено, в выпарных аппаратах с трубой вскипания Раствор кипит не в греющих трубках, а в установленной над ни- М1【трубе вскипания. При этом теплота от нагретой стенки трубы

(54(54%=a2%=a2(5：(5：фазы,фазы,правочного коэффициента е' от числа Рейнольдсаправочного коэффициента е' от числа Рейнольдсали практика эксплуатации и проведенные в УкрНИИХИММАШе и НИО-ли практика эксплуатации и проведенные в УкрНИИХИММАШе и НИО-ХИМе экспериментальные рассчитанные по зависимостиХИМе экспериментальные рассчитанные по зависимостиэффициенты ■отличаются отэффициенты ■отличаются отрабо гы, (54) корабо гы, (54) котеплоотдачи несколькоэкспериментальных (рис. 28), причем отклонениетеплоотдачи несколькоэкспериментальных (рис. 28), причем отклонениеX Рг°-4Ко,43X Рг°-4Ко,43红)0,28HP /红)0,28HP /Вторичный, парВторичный, парРастворРастворг〃з〃г〃з〃WWРис. 29. Выпарной аппарат со смешанчем циркуляцией раствораРис. 29. Выпарной аппарат со смешанчем циркуляцией раствора^^图、（位冬^^图、（位冬煙山煙山

(54

(54

%=a2

%=a2

(5：

(5：

фазы,

фазы,

правочного коэффициента е' от числа Рейнольдса

правочного коэффициента е' от числа Рейнольдса

ли практика эксплуатации и проведенные в УкрНИИХИММАШе и НИО-

ли практика эксплуатации и проведенные в УкрНИИХИММАШе и НИО-

ХИМе экспериментальные рассчитанные по зависимости

ХИМе экспериментальные рассчитанные по зависимости

эффициенты ■

отличаются от

эффициенты ■

отличаются от

рабо гы, (54) ко

рабо гы, (54) ко

теплоотдачи несколько

экспериментальных (рис. 28), причем отклонение

теплоотдачи несколько

экспериментальных (рис. 28), причем отклонение

X Рг°-4Ко,43

X Рг°-4Ко,43

红)0,28

HP /

红)0,28

HP /

Вторичный, пар

Вторичный, пар

Раствор

Раствор

г〃з〃

г〃з〃

W

W

Рис. 29. Выпарной аппарат со смешанчем циркуляцией раствора

Рис. 29. Выпарной аппарат со смешанчем циркуляцией раствора

^^图、（位冬

^^图、（位冬

煙山

煙山

передается к движущемуся раствору конвекцией. Нагретые частицы раствора покидают горячую стенку трубы и движутся в ядра потока. При соприкосновении этих частиц с холодным раствором они отдают часть своей теплоты. Теплообмен между нагретыми частицами и холодным раствором происходит до выравнивания пх температур.

Интенсивность переноса теплоты при конвективном теплообмене зависит от скорости движения раствора в трубках, физически^ свойств раствора, длины и диаметра греющих трубок.

Для растворов, характеризующихся числом Прандтля от 0,7 дс 120 при числе Рейнольдса более 10 000 и 〃d>60 (реальные уела

вия), коэффициент теплоотдачи определяют из уравнения Nu=0,023 Re°，8Pr。，4,

откуда a2 = NuAp/d.

Однако проведенные экспериментальные работы показали, чт( зависимость (54) справедлива только для растворов, не содержа щих твердую фазу. Присутствие твердых частиц в циркулирую щем растворе существенно влияет на коэффициент теплоотдачи о1 стенки к раствору. Увеличение содержания твердой фазы в цирку лирующей суспензии приводит к увеличению коэффициента тепло передачи (см. рис. 21). Это явление объясняется тем, что опреде ленное увеличение количества твердой фазы приводит к турбули зации потока вследствие вращения кристаллов вокруг своей оси а следовательно, и к интенсификации теплообмена. При работе выпарных аппаратов с содержанием твердой фазы более 20% от мечено закупоривание греющих трубок солевыми пробками и увеличение расхода мощности циркуляционного насоса.

Проведенные работы показали, что оптимальное количество твердой фазы в циркулирующей суспензии рт= 10...20%.

Коэффициент теплоотдачи для растворов, содержащих твер, дую фазу, можно найти по зависимости

1 _|近

十 Re°-8(QT/Qp)°'42

Здесь безмерный параметр 为，учитывающий влияние тверд!

%=卩 1,3力一87 偉 I + 170,6 偉J — 0,256] 104.

При расчетах по зависимости (54), (55) необходимо помнить, входящие в них физические параметр» отнесены к температуре кипения рас# вора.

В области переходного реж"， (2300 V Re V10 000) коэффициент тег лоотдачи со стороны раствора мож»1 определять по зависимости (54) и ш лученное значение умножать на попр| вочный коэффициент е' (рис. 27).

Рис. 28. Зависимость расчетного «р и экспериментального аэ значений коэффициента теплоотдачи от скорости движения

возрастает с уменьшением скорости дижения раствора по греющим трубкам. Различие расчетного и действительного значений коэффициентов геплоотдачи вызвано, как показывают визуальные наблюдения, пульсирующим характером движения. При возрастании полезной разности температур увеличиваются скорость движения раствора и частота пульсаций при одновременном уменьшении амплитуды колебаний.

Обработка экспериментальных данных для условий, приведенных в гл. 3, п. 2, позволила получить зависимость для расчета коэффициента теплоотдачи

Z1,49/7 田 6а-0,45

Ng一应严一X

Промышленная проверка этого уравнения показывает, что отклонение экспериментальных значений от рассчитанных не превышает 10%.

4・ Теплоотдача со стороны раствора при смешанной циркуляции

В выпарных аппаратах со смешан- ной циркуляцией (рис. 29) раствор Движется в обратном н прямом направлениях по обогреваемым трубкам гРеющей камеры. При движении раст- вора вниз по греющим трубкам на по- т°к действует противоположно надавленный конвективный ток. Взаи-

модействие потоков вызывает дополнительную турбулизацию! раствора н, естественно, повышает интенсивность теплоотдачи! («на 20%). I

Проведенные экспериментальные работы показали, что интен-1 сивность воздействия конвективных токов на теплоотдачу зависит! от режима течения вынужденного потока (критерия Re). Обнару-1 жено зачетное влияние конвективных токов на коэффициент теплоотдачи при ReV30・I03 и 2<Рг/<23. При этом уравнение для определения коэффициента теплоотдачи имеет вид

Nu=l,05 Re°，45・PrO,35.

При Re>30-103 силы свободной конвекции существенно не влияют на интенсивность теплоотдачи, и значение а можно определить из зависимости (54).

Из сказанного видно, что выпарные аппараты со смешанной циркуляцией выгодно применять при небольших скоростях движения в опускной части греющих трубок, что имеет дополнительные преимущества в случае принудительной циркуляции (меньший расход энергии).

Глава 5

ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ВЫПАРНЫХ I АППАРАТОВ

В данном разделе рассмотрены вопросы подачи исходного раствора греющего пара в выпарной аппарат, выгрузки суспензии и слива конденсата, удаления неконденсирующихся газов, вопросы конструирования отдельных узлов аппарата.

Питание аппарата исходным раствором

Исходным раствором является раствор (суспензия), подав а е-' мый в выпарной аппарат. При выборе места ввода исходного раст- вооа (суспензии) в выпарной аппарат необходимо учитывать температуру исходного раствора (суспензии); зависимость растворимости солей от температуры; склонность раствора к пенообразо-1 ванию; концентрацию исходного раствора.

При подаче в выпарной аппарат перегретого раствора велел； ствие его вскипания возможны гидроудары и нарушение циркуляции раствора по контуру, что не обеспечивает стационарного р《 жима работы аппарата и приводит к его разрушению. В связи I этим перегретый раствор необходимо вводить либо в зону цирку1? ляционного контура, где давление превышает давление насытМ ния, соответствующее температуре кипения вводимого раствора。 либо в паровую зону сепаратора.

При вводе перегретого раствора в циркуляционный контур необходимо обеспечивать равномерное перемешивание исходного II циркулирующего растворов.

Обычно перегретый раствор подают во всасывающий трубопровод циркуляционного насоса или под трубную решетку (на расстоянии от решетки 1—1,5 м).

Если температура поступающего в выпарной аппарат раствора ниже или равна температуре его кипения, штуцер ввода исходного раствора можно располагать как на сепараторе, так и на обратной циркуляционной трубе ниже штуцера вывода выпаренного раствора.

При выпаривании ненасыщенных исходных растворов с выделением твердой фазы часть исходного раствора обычно подают в нижнюю зону солеотделителя (см. рис. 10, штуцер Г。, а остальной раствор (до 10%)——через коллектор с форсунками на стенки сепаратора выпарного аппарата (штуцер Гз), что значительно уменьшает скорость их инкрустации.

При выпаривании растворов, склонных к пенообразованию, исходный раствор необходимо подавать выше уровня раствора в сепараторе.

Вывод солевой суспензии

Образовавшиеся в процессе выпаривания растворов кристаллы

солей в виде солевой суспензии периодически или непрерывно выводят из выпарного аппарата. При периодическом способе вывода

соли (в аппаратах с малыми поверхностями нагрева, устаревших конструкций) соль выво дят через солеотделитель, установленный сразу за зоной отстоя соли в аппарате.

Такой солесборник (рис. 30) имеет сверху и снизу запорные устройства / и 2. Во время работы аппарата верхнее запорное устройство I открыто, а нижнее 2 закрыто. При заполнении З/4 объема солесборника кристаллами солей верхнее запорное устройство закрывается, нижнее открывается, и влажная соль выводится из аппарата. Уровень соли в соле- сборнике определяют по смотровым стеклам. После выгрузки соли из солесборника устройство 2 опять закрывается, а устройство I открывается.

Рис. 30. Солеотде-ЛНТС1TbРис. 30. Солеотде-ЛНТС1TbВ современных выпарных аппаратах вывод солн осуществляют непрерывно. Для этого в выпарных аппаратах под зоной отстоя размещают вертикальный цилиндрический стояк /, внутри или выше которого размещена перфорированная труба 2 (рис. 31) или экстракци- °нная решетка 2 (рис. 32). В нижней части стояка / имеется штуцер для периодического вывода из аппарата комков и наростов соли.

Рис. 30. Солеотде-

ЛНТС1Tb

Рис. 30. Солеотде-

ЛНТС1Tb

Рис. 31. Устройство для вывода суспензии из выпарного аппарата

Рис. 32. Экстракционная решетка для вывода суспензии

Такое исполнение позволяет избежать закупоривания штуцеров и автоматизировать процесс выгрузки.

При выпаривании насыщенных растворов вертикальный стояк служит одновременно и гидроклассификатором. Гидроклассификатор имеет два назначения: восходящий поток подаваемого в нижнюю часть стояка раствора уносит мелкие кристаллы солей в кон-' тур выпарного аппарата, где они служат центрами кристаллизации; в гидроклассификаторе кристаллы солей промываются исходным раствором, что повышает чистоту извлекаемой соли.

Основные размеры гидроклассификатора рассчитывают по методике, разработанной В. Г. Пономаренко, Ю. Г. Свердлиным. Исходя из необходимого гр а нул ом етр т ес кого состава классифи-j цируемой соли, задаются исходными данными, приведенными^ ниже.

Параметры суспензии, находящейся в выпарном аппарате: объ4 емная концентрация твердой фазы 屮。；гранулометрический состав твердой фазы 厶。；，九й>, массовые доли.

Параметры суспензии, выводимой из выпарного аппарата: объемная концентрация твердой фазы <ркл; гранулометрический состав твердой фазы /, кл,忆皿 массовые доли; минимальный раА мер кристаллов /min, м.

Технологический параметр: производительность выпарного аппарата по соли GT, кг/ч;

Физические свойства: плотность соли Qt, кг/м3; плотность рак вора q, кг/м3; кинематическая вязкость маточного раствора 5 м2/с.

Алгоритм расчета. Средневзвешенный размер соли, находящее ся в выпарном аппарате,厶=?厶。加“

54

Степень полидисперсности соли, находящейся в выпарном аппарате,

где i=l, 2,...,п0 (без фракций, у которых mi0<0,02).

Средневзвешенный размер выводимых кристаллов соли

'кл= £ 4кл加2кл・

'(liKJi 一，кл)2'(liKJi 一，кл)2^кл"32^кл"32Степень полидиспероности выводимой соли

'(liKJi 一，кл)2

'(liKJi 一，кл)2

^кл"32

^кл"32

…У 〃кл—］，

где，=1, 2,..., пкл (без фракций, у которых 加皿<0,02).

Скорость движения раствора в свободном сечении рабочей зоны гидроклассификатора

% >0,0485% >0,048523ng (От — Q) ~-Аг 尿23ng (От — Q) ~-Аг 尿(1-%尸,(1-%尸,

% >0,0485

% >0,0485

23ng (От — Q) ~-Аг 尿

23ng (От — Q) ~-Аг 尿

(1-%尸,

(1-%尸,

гдеА《=呜畔— ° .

V2Q

выделяемой со-выделяемой со-Скорость движения средневзвешенного размера ли в рабочей зоне гидроклассификатора

выделяемой со-

выделяемой со-

шкл = %кл(1—9k.J4 —tuc

где —=0,0485且噜諄；A%=. g唸岱一。).

VQA「K；v2q

Количество выводимой соли на выходе из гидроклассификато- ра /кл = <йклфкл-

Диаметр гидроклассификатораДиаметр гидроклассификатора4=0,00188 /4=0,00188 /明明2г/кл2г/клСкорость движения раствора, отнесенная к полному сечению рабочей зоны гидроклассификатора,(оп=сос(11—Фкл)-Коэффициент Dl продольного перемешивания соли в рабочей зоне гидроклассификатора•Скорость движения раствора, отнесенная к полному сечению рабочей зоны гидроклассификатора,(оп=сос(11—Фкл)-Коэффициент Dl продольного перемешивания соли в рабочей зоне гидроклассификатора•

Диаметр гидроклассификатора

Диаметр гидроклассификатора

4=0,00188 /

4=0,00188 /

明

明

2г/кл

2г/кл

Скорость движения раствора, отнесенная к полному сечению рабочей зоны гидроклассификатора,(оп=сос(11—Фкл)-

Коэффициент Dl продольного перемешивания соли в рабочей зоне гидроклассификатора•

Скорость движения раствора, отнесенная к полному сечению рабочей зоны гидроклассификатора,(оп=сос(11—Фкл)-

Коэффициент Dl продольного перемешивания соли в рабочей зоне гидроклассификатора•

4= 3,3%几一皿一(乌二^ Y Re, 弓0 — акл \ 】кл / гДе Re=s，/Y・

Высота рабочей зоны гидроклассификатора

厶 =2 —кл-¥i)(%—*2)I

(3двк刀+ wn) (?1 - Y2)I (?кл - ?2)(?0 - +D I

处 外中2= _ ^11 :学、±1/4 ( :=T - —^!— 2 (3u>BKJ 十 3“) У 4 \ 3<Онк1 十 3" / З/кл ~ Юп

Расход выводимой суспензии Gcyc = GT/QT(p^.

Расход раствора, подаваемого в гидроклассификатор,

■尸0,785d2з“ + 0к〃(1-%)

Количество твердой соли в выводимой суспензии определяете ее текучестью. Необходимо помнить, что с увеличением содержа ния твердой фазы в выводимой суспензии уменьшается расхо, теплоты на получение 1 т соли и, кроме тою, улучшается работ; узла разделения (фильтра, центрифуги). На практике из выпарно го аппарата выводят суспензию с содержанием фаз т= 1 : 1,! (аппараты с частичным осветлением суспензии) и т= 1 :3 (аппара ты без частичного осветления суспензии).

Суспензию (смесь кристаллов и насыщенного раствора) выгру жают из выпарного аппарата при помощи пульсирующего клапан:

(рис. 34).(рис. 34).СуспензияСуспензияРис. 33Рис. 33Рис. 34. Схема эрлифтного устройства для вывода суспензииРис. 34. Схема эрлифтного устройства для вывода суспензии(рис. 33) или эрлифтного устройства

(рис. 34).

(рис. 34).

Суспензия

Суспензия

Рис. 33

Рис. 33

Рис. 34. Схема эрлифтного устройства для вывода суспензии

Рис. 34. Схема эрлифтного устройства для вывода суспензии

клапан работает следующим образом. Импульс, задаваемый генератором импульсов (или реле времени), поступает в мембранную полость исполнительного механизма / (см. рис. 33) на открытие клапана. При этом плунжер клапана 2, выполненный в форме шарового сегмента или конуса, резко поднимается на высоту, равную ходу штока 3 исполнительного механизма, открывая проходное сечение. В образовавшееся между штоком и корпусом пространство протекает суспензия. После прекращения подачи импульса на открытие клапана шток под действием возвратной пружины закрывается.

Производительность пульсирующего клапана, м3/ч

I/=Ро • 3600 “ 工 /2g"+診，7“ ％Qb V1°Q

где 卩0=%邛/ |/^ 1 十二 С,—коэффициент расхода (二 &• —сумма местных гидравлических сопротивлений клапанного устройства; (рстр ——коэффициент сжатия струи); 丁口一 время открытия клапана, с,，旦——время выгрузки суспензии (обычно Тп/Тц=0,3 ... 0,6), с; F —— площадь живого сечения открытого клапана, м2; " — высота столба раствора в аппарате, м; рс — давление в сепараторе, МПа.

Простой и надежный метод непрерывной выгрузки суспензии из выпарного аппарата ——использование эрлифтного устройства.

Работа эрлифтного устройства основана на уменьшении плотности суспензии при смешивании ее с воздухом. При этом по закону сообщающихся сосудов смесь суспензии с воздухом поднимается с определенной скоростью на высоту слива. Для обеспечения выгрузки наиболее крупных кристаллов из отстойной зоны выпарного аппарата необходимо, чтобы скорость потока в сливной трубе обеспечивала поддержание во взвешенном состоянии этих кристаллов. В противном случае соль будет накапливаться в сливной трубе, а это приведет к нарушению работы выпарного аппарата.

При расчете эрлифтного устройства определяют необходимое рабочее давление воздуха, подаваемого в эрлифт, МПа

Рк= (0,11 ... 0,12)力H(Qp；

количество воздуха GB, подаваемого в эрлифт для подъема суспензии, кг/с

Gb=GcQ阿InP In (Рк/Рп)].

Значение КПД эрлифта зависит от величины 1+九刑/%п：

1 +йж//1п . . • 1,5 2,0 2,5 3,03,57,0

П . 10,39 0,5 0,57 0,59 0,605 0,7

h田一глубина погружения эрлифта, м;九口——высота подъема жидкости, м; рн — конечное давление воздуха, поступающего в эрлифтную трубу, МПа; Рн—начальное давление воздуха, МПа;

Диаметр подъемной трубы эрлифта, м

А =А =Gc 十 Сн 0,785зз0'Gc 十 Сн 0,785зз0'

А =

А =

Gc 十 Сн 0,785зз0'

Gc 十 Сн 0,785зз0'

Рис. 35. Перфорированная трубка для удаления неконденсирующихся газов из греющей камерыРис. 35. Перфорированная трубка для удаления неконденсирующихся газов из греющей камеры

Рис. 35. Перфорированная трубка для удаления неконденсирующихся газов из греющей камеры

Рис. 35. Перфорированная трубка для удаления неконденсирующихся газов из греющей камеры

где соэ=6... 8 м/с ——скорость истечения эмульсии.

Наиболее эффективно эрлифт работает при Лж= (1,5...2)/Лп

Удаление неконденсирующихся газов

В межтрубное пространство греющей камеры вместе с паром всегда поступает некоторое количество неконденсирующихся газов (воздух, аммиак, СОг и др.). Особенно большое количество

инертных газов имеется во вторичном паре многокорпусной выпарной установки. Накапливание неконденсирующихся газов в какой-либо части межтрубного пространства приводит к значительному снижению коэффициента теплопередачи, т. е. производительности выпарного аппарата. Следовательно, для обеспечения интенсивной работы выпарного аппарата необходимо непрерывное удаление неконденсирующихся газов из межтрубного пространства.

Существует несколько способов эвакуации неконденсирующихся газов; применение того или иного способа определяется разме-

рами греющей камеры аппарата и количеством газа, поступающего с паром.

Из выпарных аппаратов с поверхностью нагрева до 400 м2 (диаметр греющей камеры до 1200 мм) неконденсирующиеся газы можно удалять через штуцера, расположенные в одной вертикальной плоскости со штуцерами вывода конденсата пара в верхней и нижней частях корпуса греющей камеры. Из аппаратов, в которые с паром поступает большое количество неконденсирующихся газов, или аппаратов с большими поверхностями нагрева (более 400 м2) неконденсирующиеся газы удаляют через установленную по центру камеры перфорированную по всей длине трубку (рис. 35) н штуцера, установленные в верхней и нижней частях греющей камеры.

Число отверстий по длине

центральной перфорированной трубки рассчитывают в каждом конкретном случае по следующей методике.

Количество пара, поступающего к трубкам последнего по ходу пара шестиугольника (в центре камеры),

D，= DZmlz,

где гш ——число трубок в последнем по ходу пара шестиугольнике (для типовых выпарных аппаратов 2Ш=6).

Количество пара, сконденсировавшегося на трубках диаметром d и длиной /,

j~yt ^dl Zw^tnK，cy\

где Kcz = £bo3 К ——коэффициент теплопередачи парогазовой смеси (еВ0з — коэффициент, учитывающий влияние неконденсирующ'ихся газов на интенсивность теплообмена и зависящий от содержания воздуха в паре).

Количество несконденсировавшегося пара 0"' = О'——D".

Количество смеси, удаляемой из греющей камеры, GCm=/),,,-|- + Gbo3・

Количество смеси, отводимой 1 м длины центральной перфорированной трубки, ?cm=Gcm//-

Число отверстий диаметром J0T на единице длины центральной трубки

"отв ^^ % м/(/о(°возОвоз)；

для типовых греющих камер f0 = 3,14- Ю^ м2; Qbo3—плотность паровоздушной смеси, кг/м3;(овоз — скорость паровоздушной смеси в отверстиях, м/с.

%03= ?пс М2g (夕“р — △Z?tP)/Qb»

где(рпс = 0,5... 0,7 ——коэффициент истечения; Рпр — общий перепад давления; Лртр ——потери давления при отводе паровоздушной смеси по центральной трубе длиной /цт;

Pnp= Pi — Pi+\ — “Рсд；

здесь pi ——давление в греющей камере, из которой отводится паровоздушная смесь; pi+i—давление в греющей камере (трубопроводе вторичного пара), куда подается паровоздушная смесь; 、〃「” ——потери давления от трения и местных сопротивлений на путн движения паровоздушной смеси.

А"(F論/肝+請)，

Гае dTJ) ii /тр ——диаметр ii длина сдувочной линии; [ — сумма коэффициентов местных сопротивлений на сдувочной линии.

Рис. 36. Схема расположения трубок в межтрубном пространстве выпарного аппарата •Рис. 36. Схема расположения трубок в межтрубном пространстве выпарного аппарата •Потери давленияПотери давления

Рис. 36. Схема расположения трубок в межтрубном пространстве выпарного аппарата •

Рис. 36. Схема расположения трубок в межтрубном пространстве выпарного аппарата •

Потери давления

Потери давления

здесь б?цт и /цт ——диаметр и длина центральной сдувочной лн~ НИИ.

Для типовых конструкций вьь парных аппаратов при диаметре греющих камер 1200, 1400 и 1600 мм &т = 2・ 10-3 м2, при диаметре 1800 и 2000 мм /ЦТ = =3,6• IO-з м?.

Для исключения образования застойных зон и обеспечения равномерного подвода пара к греющим трубкам в греющей камере оставляют незаполненное трубками пространство (рис. 36). Некоторое уменьшение поверхности теплообмена компенсируется интенсификацией процесса теплообмена.

Из аппаратов, работающих под избыточным давлением, некон-

денсирующиеся газы удаляют в атмосферу или в трубопровод вторичного пара, идущего на подогрев корпуса. В первом случае во вторичном паре, поступающем на обогрев последующего корпуса, нет неконденсирующихся газов, поэтому несколько повышается общий коэффициент теплопередачи; во втором случае снижаются потери пара, удаляемого вместе с газами, но одновременно несколько уменьшается коэффициент теплоотдачи от пара к стенке трубки. Если выпарной аппарат работает при давлении меньше атмосферного, то необходимо штуцера эвакуации неконденсирующихся газов соединять с трубопроводом вторичного пара последующего корпуса.

чае возможно затопление части поверхности нагрева аппарата, что резко снижает коэффициент теплопередачи и увеличивает скорость коррозии в зоне развальцовки греющих трубок со стороны межтрубного пространства. Во избежание затопле-

Рис. 37. Варианты вывода конденсата из межтрубного пространства выпарного аппаратаРис. 37. Варианты вывода конденсата из межтрубного пространства выпарного аппаратания греющей камеры штуцер вывода конденсата сле- д5тет располагать как можно ближе к нижней трубной

Рис. 37. Варианты вывода конденсата из межтрубного пространства выпарного аппарата

Рис. 37. Варианты вывода конденсата из межтрубного пространства выпарного аппарата

решетке. Наиболее распространенные конструктивные варианты вывода конденсата из межтрубного пространства показаны на рис. 37.

Так как наиболее высокие значения коэффициента теплоотдачи достигаются при фазовых превращениях (конденсации), то для обеспечения высокой производительности выпарного аппарата обычно принимают температуру выводимого конденсата равной

температуре конденсации.

Для автоматического отвода конденсата из греющей камеры и исключения проскока пара применяют конденсатоотводчики, которые следует устанавливать под нижней трубной решеткой, особенно, если аппарат работает под вакуумом.

Наиболее широко применяют в промышленности поплавковые и термодинамические конденсатоотводчики.

Принцип действия поплавкового конденсатоотводчика (рис. 38, а) основан на перемещении поплавка. Смесь пара и конденсата поступает в корпус / через штуцер 2. При этом поплавок 3

Рис. 38. Поплавковый конденсатоотводчпк: и — типовоП; б — нестандартный

всплывает, закрывая выходное отверстие для конденсата клапаном 4. Достигнув верхней кромки поплавка, конденсат начинает заполнять его. После заполнения до определенного уровня попла« вок опускается, открывая отверстие выхода конденсата. Давлен】” ем пара находящийся в поплавке конденсат вытесняется из конден-! сатоотводчика н поступает в конденсатопровод. Поплавок после удаления из него большей части конденсата всплывает, закрывая клапан, н цикл работы повторяется. Конденсатоотводчпк устанав- ливают вертикально крышкой вверх.

Поплавковый конденсатоотводчик нестандартной конструкции (см. рис. 38,6) имеет корпус I, в котором размещен клапан, состоящий из подвижной втулки 2 н трубы 3. На втулке н трубе имеются две продольные прорези для прохода конденсата. К торцу втулки крепится рычаг 4 с поплавком 5. Конденсатоотводчик работает следующим образом. В начальный момент, когда отсутствует конденсат, поплавок находится в крайнем нижнем положении. При этом прорези на втулке перекрыты. При поступлении конденсата поплавок всплывает, поворачивая при этом втулку. После достижения рабочего уровня прорези на втулке совпадают с прорезями трубы, открывая проход конденсату. Рабочее положение поплавка и втулки определяется расходом конденсата.

Пропускная способность конденсатоотводчика определяется размерами прорезей, соответствующими разности давлений на входе и выходе из конденсатоотводчика.

Рис. 39. Термодинам ическии конденсатоотводчпкРис. 39. Термодинам ическии конденсатоотводчпкПринцип действия термодинамического конденсатоотводчика (рис. 39) основан на эродинамическом эффекте. При поступлении в конденсатоотводчик смеси пара с конденсатом или чистого конденсата тарелка / под действием рабочего давления отжимается от седла 2 и через образовавшуюся щель конденсат вытекает в дренаж или в конденсатосборник. При поступлении пара скорость его в щели между тарелкой и седлом значительно увеличивается, давление под тарелкой падает, и она перемещается к седлу. Кроме того, пар, проникая в камеру под тарелкой, прижимает ее к седлу. При снижении температуры давление в камере под тарелкой падает. Она под действием конденсата сно- ва поднимается, и процесс повторяется.

Рис. 39. Термодинам ическии конденсатоотводчпк

Рис. 39. Термодинам ическии конденсатоотводчпк

Производительность конденсатоотвод- чиков Gk (т/ч) для выпарных аппаратов

GK= (0,005...0,006) ЛЕтах 一立―i

где kv max ——коэффициент пропускной способности; Ар ——перепад давления на конденсатоотводчике, МПа; @^ ——плотность конденсата при температуре конденсации, кг/м3. Производительность ти* повых поплавковых конденсатоотводчи*- ков указана в табл. 5, значения коэффп-|

Условный проход Оу, мм

Номер селла

Диаметр селла, мм

Прои зво 1нтель- ность, т/ч

Перепал давления Ар, МПа

1

6,0

1,2

0,03—0,2

20

4,0

1,0

0,2 —0,4

3,0

0,8

0,4 —0,8

0.7

0,8 ―•! ,3

8,0

2,4

0,03—0,2

25

6,0

2,2

0,2 —0,4

5,0

1,8

0,4 —0.8

3,2

1,4

0 >8 —1,3

13

14,0

7,4

0,03—0,2

40

14

10,0

5,9

0,2 —0,4

15

7,0

4,1

0,4 —0,8

16

5,5

3,3

0,8 —1,3

17

20,0

8,8

0,03—0,2

50

18

14,0

8,2

0,2 —0,4

19

10,0

6,9

0,4 —0,8

20

8,0

6,3

0,8 —1,3

циента пропускной способности kv max для термодинамических к°н~ денс атоотво дч и ков приведены ниже：

Оу, мм 龙 Р maxОу, мм 龙 Р max150,8150,820251,01,2520251,01,253240501,6 2,0 2.53240501,6 2,0 2.5

Оу, мм 龙 Р max

Оу, мм 龙 Р max

15

0,8

15

0,8

2025

1,01,25

2025

1,01,25

324050

1,6 2,0 2.5

324050

1,6 2,0 2.5

На выпарных установках с незначительным перепадом давления между корпусами наиболее целесообразно в качестве конден- сатоотводчиков применять гидрозатворы. Высота гидрозатвора для i-ro корпуса зависит от перепада давлений между корпусами Pi и pi+i н потерь давления АрПот в трубопроводах:

h — （Pi-Pi+i~ ^PuotJ/Qcm-

На основании данных, приведенных в гл. 3, имеем

-1〃QkI

Qcu=亏Г + Qk ；

2+（储一%用）） J

"5吟£，十个"|.

Для обеспечения более надежных условий вывода конденсата нз межтрубного пространства и уменьшения необходимой высоты

63

Рис. 40. Объемный конденсатоотводчикРис. 40. Объемный конденсатоотводчикк греющей ко мерек греющей ко мерегидрозатвора часто устанавливают батарею из последовательно соединенных затворов; при этом глубина погружения затвора

Рис. 40. Объемный конденсатоотводчик

Рис. 40. Объемный конденсатоотводчик

к греющей ко мере

к греющей ко мере

2к@т2к@т力 __Pi——Pi + l——Apior

2к@т

2к@т

Для обеспечения нормальнойДля обеспечения нормальнойгде Zr — число гидрозатворов в батарее.

Для обеспечения нормальной

Для обеспечения нормальной

При конструировании гидрозатворов обычно принимают высоту Л = 3000... 4000 мм и диаметр, равный двум диаметрам штуцера слива конденсата (см. рис. 10, штуцер В).

В качестве устройства для автоматического отвода конденсата из аппаратов большой производительности применяют объемные конденсатоотводчики (рис. 40)—емкости, снабжен-' ные регулирующими устройствами.

Конденсат греющего пара выпарной установки возвращается на ТЭЦ для питания котлов.

работы установки температура конденсата (85—90° С) должна исключать возможность испарения его в открытых резервуарах. Дальнейшее снижение температуры

конденсата неэкономично, так как при этом увеличиваются затраты теплоты на нагрев конденсата до температуры кипения его в котле.

Охлаждение конденсата до температуры 85一90℃ обычно осуществляют в подогревателях раствора, что обеспечивает более рациональное использование теплоты. С экономической точки зрения количество возвращаемого в котельную конденсата должно быть равно количеству поступающего на установку свежего пара. Так как работа выпарной установки сопровождается потерями части конденсата, то для их восполнения используют конденсат вторичного пара. Если при эксплуатации выпарной установки получают абсолютно чистый конденсат вторичного пара, то в котельную установку направляют до 70——80% конденсата вторичного пара. Оставшуюся часть конденсата вторичного пара обычно используют для промывки выпарной установки, центрифуг и другого технологического оборудования.

Для извлечения максимально возможного количества теплоты обычно конденсат из 2-го корпуса поступает либо непосредствен-

но в греющую камеру 3-го корпуса, либо в испаритель, соединенный с межтрубным пространством 3-го корпуса и т. д.

Если на выпаривание поступает раствор с температурой ниже температуры конденсата, выходящего из последнего корпуса установки, то дальнейшее охлаждение этого конденсата осуществляют в подогревателе исходным раствором.

Иногда конденсат нз каждого корпуса выводят в подогрева- тель раствора, где охлаждают до минимально возможной температуры. При этом в зависимости от температуры охлажденного в подогревателе конденсата и температуры iicxoqiioro раствора конденсат из подогревателя направляют в общий сборник конденсата или в подогреватель, где температура раствора на 5—10 градусов ниже температуры конденсата. Наиболее широко такой способ отвода конденсата применяют в противоточных и смешанных выпарных установках.

Паровое пространство. Сепарирующие устройства

В паровом пространстве сепаратора происходит ряд физических процессов: кипение перегретого раствора, отделение паровой фазы от жидкой, осаждение брызг и капель раствора, уносимых образующимся вторичным паром. Капли раствора попадают в поток вторичного пара, что является причиной загрязнения вторичного конденсата н наружной паровой части поверхности теплообмена (многокорпусные выпарные установки). Эти явления крайне нежелательны, так как не позволяют использовать конденсат для питания котлов ТЭЦ ил» сбрасывать его в водоемы без до- полнптельно访 дорогостоящей очистки; кроме того, требуется остановка выпарных установок на промывку наружной части греющей поверхности и т. д. В связи с этим требование минимальной величины уноса является основным при конструировании парового пространства выпарных аппаратов.

Паровое пространство выпарного аппарата должно отвечать следующим требованиям:

ввод парорастворной смеси должен быть выполнен таким образом, чтобы предотвращалось образование мелких брызг и капель, скорость витания которых меньше скорости движения пара по сечению парового пространства (транспортируемый унос); направление движения образующихся капель и брызг предпочтительно в горизонтальной плоскости, чтобы они могли попасть на стенки сепаратора;

конструкция ввода парорастворной смеси должна обеспечивать вЬфавнивание скорости потоков вторичного пара по сечению пароле пространства для полного использования осадительного действия гравитационных сил на капли и брызги раствора;

скорость движения пара по сечению парового пространства не Должна превышать скорость витания основной массы образующих- Ся капель, чтобы обеспечить возможность их осаждения.

Однако на практике из-за необходимости уменьшения размеров 3 Зак. 133 65

пания) следует тиадгезионньш (фторопластом, полировать;пания) следует тиадгезионньш (фторопластом, полировать;покрытием резиной) плипокрытием резиной) пли4、4、4 5 6 7891 Q-1 МПа4 5 6 7891 Q-1 МПаРнс. 41. ЗависимостьРнс. 41. Зависимостьдопустимойдопустимой7,。107,。10м/с 5,02,0м/с 5,02,0сепараторе от давлениясепараторе от давленияскорости пара в абсолютногоскорости пара в абсолютного6666з*з*

пания) следует тиадгезионньш (фторопластом, полировать;

пания) следует тиадгезионньш (фторопластом, полировать;

покрытием резиной) пли

покрытием резиной) пли

4、

4、

4 5 6 7891 Q-1 МПа

4 5 6 7891 Q-1 МПа

Рнс. 41. Зависимость

Рнс. 41. Зависимость

допустимой

допустимой

7,。

10

7,。

10

м/с 5,0

2,0

м/с 5,0

2,0

сепараторе от давления

сепараторе от давления

скорости пара в абсолютного

скорости пара в абсолютного

66

66

з*

з*

II металлоемкости выпарных аппаратов сложно выдержать вс< указанные требования, и приходится применять дополнительньн сепарирующие устройства ——каплеотделптели для обеспечения не| обходимой чистоты вторичного пара.|

Размеры образующихся брызг (капель) раствора определяют! ся физико-химическими свойствами выпариваемых растворов, осо| бенно склонностью к ценообразованию, характерной для раствор ров с высокой вязкостью и низким поверхностным натяжением^ При выходе пузырьков пены из их жидкостной оболочки образу-1 стся масса мелких капель, улавливание которых далее практически невозможно. В этом случае необходимо применение аппаратое пленочного типа, в которых разрушение пузырьков пены и разделение паровой и жидкой фаз начинается уже в греющих трубках.

Выше перечислены общие требования к паровому пространству выпарных аппаратов. При выпаривании кристаллизующихся растворов одной из основных особенностей поведения выпариваемого раствора является отложение солей на различных конструктивных элементах сепаратора — инкрустация, связанная с пересыщением растворов. Это обстоятельство определяет следующие основные особенности (требования) конструктивного оформления парового^ пространства аппаратов:I

поверхность штуцера ввода парорастворной смеси (трубы веки- fl защищать ан-

паровое пространство должно быть максимально свободно от различных конструктивных элементов; в связи с этим лучше (при необходимости) применять вынесенные из сепаратора каплеотделптели;

должны быть предусмотрены промывочные устройства,

Рпс. 42. Каплеотделптели выпарного с “аппарата*

當器f吗_羽!:п薔.^-циклонный ветро иатип. г—жалюзийный

обеспечивающие возможность орошения всей поверхности парово- □ пространства, а также устройств первичной сепарации (отбойники, центробежные сепараторы и т. п.);

внутренние поверхности парового пространства, отбойников необходимо полировать или снабжать антнадгезионным покрытием.

На основании изложенного и литературных данных для оформления парового пространства и каплеотделителей можно рекомен- 'довать следующее:

для исключения кипения раствора в сепараторе трубы вскипания необходимо выполнять максимально большего диаметра, что- 5ы процесс кипения в основном в них заканчивался;

для предотвращения образования капель малой дисперсности (транспортируемый унос) приведенная скорость пара в трубе вскипания и штуцере ввода парорастворной смеси в сепаратор (при тангенциальном вводе) не должна превышать 15 м/с;

скорость пара по сечению сепаратора не должна превышать 2 м/с при атмосферном давлении и 7 м/с при давлении 0,01 МПа (рис. 41);

при соосном расположении трубы вскипания и сепаратора для первичной сепарации следует применять устройства, обеспечивающие равномерное использование поперечного сечения парового пространства;

высота парового пространства между первичным сепаратором п к а пл еотдел ител ем должна быть не менее 2500 мм; это необходимо для выравнивания скорости пара по сечению парового пространства.

Для оснащения выпарных аппаратов применяют циклонные выносные и встроенные к а пл еотдел ител и, мелкопоточные жалюзийные н сетчатые. Наиболее эффективны циклонные выносные каплеотделптели (рис. 42, а). Они не загромождают паровое пространство аппарата, поэтому обеспечивается более полное использование гравитационных сил для осаждения капель. Эти каплеотд ел ител и просты по конструкции н легко промываются. Однако для их установки требуются дополнительные производственные площади, что связано с определенными капитальными затратами.

Циклонные встроенные к а пл еотдел птел и (рис. 42,6) наиболее широко применяют для оснащения выпарных аппаратов. Так как в процессе эксплуатации выпарных аппаратов происходит засоление каплеотд ел ител я, то необходимо применять устройства, гарантирующие их полное промывание. Обычно входные отверстия встроенных к а пл еотде л ител ей промывают струями конденсата (исходного раствора), подаваемыми из коллектора через форсунки.

Высота парового пространства сепаратора без каплеотделите- лей должна быть не менее 3000 мм; при этом оно наиболее эффективно используется для осаждения подбрасываемых крупных капель.

Широко применяют также мелкопоточиые каплеотделител» —— сетчатые, жалюзийные (рис. 42, в, г). Для исключения попадания мелких капель раствора эти каплеотделптели должны быть рас-

67

Лргкпа

6,0

5°

R о _

10 "而 40 3,М/с

Pm 43. Завпси- мость потерь дав- 」ення циклонного каплеотделителя

положены па высоте 2500—3000 мм от уровн! раствора в сепараторе и снабжены эффективными промывочными устройствами.

Ниже приведены рекомендации по конст! руктпвиому оформлению бр ызгоотде л ител ей.

Однослойный жалюзийный каплеотделп тель. Скорость вторичного пара 2—4 м/с npi атмосферном и избыточном давлении, 5— 10 м/с при вакууме; при этом потери давления| в каплеотделителе не превышают 0,5 кПа.]

Циклонный выносной каплеотделитель! Диаметр корпуса каплеотделителя опреде] ляют в зависимости от количества W выпарен^ ной воды:

при этом

"к=°,° 188 j/。： 7 u&q".

где о)ос — осевая скорость пара в каплеотде лителе ((0ос = 6... 8 м/с при избыточном и ат мосферном давлении, о>0с = 15 м/с при ваку уме).

Площадь сечения щели входа в каплеотделитель

尸c=lF (360(4xQ〃)，

от скорости пара

где «)в\ ——скорость входа пара =20... 30 м/с при избыточном =50... 70 м/с при вакууме).

3. Циклонный встроенный каплеотделитель. Диаметр корпуса каплеотделителя

в щель каплеотделителя и атмосферном давлении,

(<')ВХ =

Sbx =

-=0,0188一叫(3-"),

где (1)ос= 10... 15 м/с при избыточном и атмосферном давлении, ⑴с「= 20 м/с при вакууме.

Скорость входа пара в щель и)вх= 15... 30 м/с при избыточном атмосферном давлении,(,)bxV70 м/с при вакууме.

Потери давления при различной скорости входа циклонного к а пл еотдел ител я (рис. 43)- 》0,1 МПа):

скорости

приведены

пара в щель

для циклонного каплеотделителяСкорость входа, м/с . . .2025

、р, МПа 0,0245 0,034

Скорость входа, м/с . . .5060

、р, МПа 0,029 0,039

для встроенного каплеотделителя Скорость входа, м/с . . .1520

”,МПа 0,0140,028

Скорость входа, м/с . , .4550

”，МПа0,0280,049

30 0,044

70 0Q9

35 0,049

800,0588

20

50

25 0,039

600,0686

300,049

70 0,088

нюке (давление

4045

0,0588 0,0196

90

0,069

3540

°，056 0,02

По экспериментальным данным, при правильном оформлении первичной сепарации н достаточно эффективном использовании осадительной способности парового пространства указанные кап- леотделители позволяют получить коэффициент очистки вторичного пара К= 105... 106, где К=Ь/Ьк — отношение концентрации солей в растворе к концентрации их в конденсате вторичного пара.

Растворный объем

Нижняя часть сепаратора, где находится отделившийся от вторичного пара раствор, называется растворным пространством. Объем растворного пространства, определяемый в основном по конструктивным соображениям, должен быть достаточным для полного снятия пересыщения раствора после прохождения его через поверхность нагрева. В аппаратах для выпаривания кристаллизующихся, а также накипеобразующих растворов в растворном пространстве дополнительно должны полностью завершиться и другие процессы ——снятие пересыщения солевого раствора, увеличение размеров (рост) выделившихся кристаллов, а также (для аппаратов с частичным осветлением циркулирующей суспензии) концентрирование суспензии до выхода ее из аппарата. В связи с чтим в общем случае для таких аппаратов растворное пространство должно иметь определенный (часто значительный) объем; в противном случае из пересыщенного раствора выделяется осадок в цнркуляционном тракте и на греющей поверхности, а это приводит к необходимости остановки оборудования на промывку и непроизводительным затратам времени.

Так как в растворном пространстве обычно находится пересыщенный раствор, оно не должно иметь лишних деталей и застойных зон, где могут задерживаться выпадающие кристаллы, н должно иметь максимально простую конфигурацию. Эти положения относятся к аппаратам с циркуляцией суспензии по контуру аппарата (см. рис. 14), аппаратам с вынесенной греющей камерой (см. рис. 15) II аппаратам с частичным осветлением суспензии; последние наиболее полно соответствуют требованиям, предъявляемым к аппаратам для выпаривания кристаллиз}гющпхся растворов (см. гл. 1). Труднее выполнить в соответствии с этими требованиями аппараты с трубой вскипания, расположенной соосно греющей камере. Одним из решений в этом случае являются аппараты с односторонним конусом, позволяющим осветлять суспензию при СО' осном расположении сепаратора и трубы вскипания.

Так как степень снятия пересыщения раствора является функцией интенсивности его перемешивания, а при отсутствии перемешивания——функцией времени контакта, то обычно объем растворного пространства рассчитывают с учетом, что время пребывания в нем раствора 20——40 с. Из этих соображений находят и высоту растворного объема, считая, что диаметр сепаратора определен для получения достаточно чистого вторичного пара: "卩刀戸 > (20 ... 40) Хм, где (♦斤一скорость раствора в сепараторе, м/с.

В дальнейшем с целью уменьшения объема растворного пространства аппаратов для выпаривания кристаллизующихся растворов следует предусмотреть циркуляцию (перемешивание) пересыщенного раствора п кристаллов соли в растворной части сепаратора.

Глава 6

МНОГОКОРПУСНЫЕ ВЫПАРНЫЕ УСТАНОВКИ

Применение многокорпусных выпарных установок позволяет более экономично использовать теплоту за счет многократного использования пара, уменьшить количество выпаренной воды в последнем корпусе (требуются конденсатор н вакуум-насос меньших размеров).

Для реализации многократного выпаривания соединяют несколько аппаратов, давление в которых поддерживают таким образом, чтобы вторичный пар из предыдущего корпуса можно было использовать как греющий пар в следующем корпусе. При зксплу~ атации абсолютное давление в последнем корпусе (по ходу пара) принимают 0,01.—0,015 МПа (температура насыщенного водяного пара 46—53℃). Давление вторичного пара в первом корпусе выпарной установки выбирают исходя из физико-химических свойств выпариваемого раствора, особенностей производства и давления греющего пара.

При работе многокорпусных выпарных установок часть вторичного пара часто используют для обогрева других аппаратов (подогревателей, отопительной системы и т. д.). Этот извлекаемый из выпарной системы пар называется экстрапаром. Его можно выводить из любого корпуса установки. При этом необходимо учитывать: чем дальше от первого корпуса отбирается экстрапар, тем меньше расход пара и, следовательно, экономичнее работает ус-1 тановка.

В промышленности применяют также выпарные установки, отдельные корпуса которых дополнительно обогревают паром других установок.

Типовые схемы многокорпусных выпарных установок

В зависимости от направления относительного движения греющего пара и выпариваемого раствора многокорпусные выпарные установки разделяются на установки прямоточного, противоточного, смешанного и параллельного тока; корпуса установки нумеруют по ходу пара.

При прямоточной схеме выпариваемый раствор поступает в первый корпус установки, проходит последовательно все корпуса н выходит с заданной конечной концентрацией из последнего корпуса. При этом пар и раствор движутся в одним направлении. 70

Преимущества прямоточной установки: движение раствора из корпуса в корпус самотеком (за счет разности давлений в них); понижение температуры кипения раствора по мере }гвеличения его концентрации, что особенно важно для сохранения качества растворов, чувствительных к действию высоких температур; снижение потерь полезной разности температур; поступление в выпарной аппарат перегретой жидкости, что улучшает процесс выпаривания. Недостатком прямоточной схемы является уменьшение по корпусам коэффициента теплопередачи из-за увеличения концентрации раствора (повышения вязкости) и одновременного снижения температуры кипения. Эти установки широко применяют для выпаривания многокомпонентных растворов, в которых при повышении концентрации одного из компонентов уменьшается растворимость выводимой соли.

Прямоточная выпарная установка для выпаривания злектролм- гических щелоков (рис. 44) работает следующим образом. Исходный электролитический щелок, содержащий 9——10% NaOH н 18% NaCl, пройдя поеледовательно подогреватели П1, П2 и ПЗ, посту- пает в корпус А1 выпарной установки и выпаривается в нем до концентрации 11,8—12,5% NaOH. Из корпуса А1 частично выпаренный щелок самотеком за счет разности давлений перетекает в корпус А2, а затем корпус АЗ. Выпаренный до концентрации 25% NaOH шелок вместе с кристаллами NaCl поступает на центрифуги для отделения соли. Выделившаяся соль направляется на даль- иейшую переработку, а электролитический щелок — на дальнейшее выпаривание в аппарат 4/, обогреваемый вторичным паром корпуса А2, где выпаривается до 50% NaOH. Корпус А1 установки обогревается свежим паром, а последующие ——вторичным паром предыдущего корпуса. Исходный раствор нагревается в подо-

Рпс 44. Схема прямоточной выпарной установки (светлые стрелки — паровая линия, темные — жидкостная линия)

гревателях П1, 172, ПЗ конденсатом и экстрапаром корпуса М Вторичный пар последнего корпуса поступает на конденсацию е барометрический конденсатор 卜6

Если прн концентрировании раствора значительно возрастает вязкость II получается раствор заданной концентрации, но не насыщенный солями обратной растворимости, применяют противоточ ные выпарные установки. В этих установках исходный раствор поступает в последний корпус, а выпаренный удаляется из первогсл Так как более вязкий (концентрированный) раствор имеет более высокучо температуру, средний коэффициент теплопередачи для этих установок наиболее высокий. Недостатки противоточной установки: наличие перекачивающих насосов между корпусами для подачи раствора из корпуса с низким давлением в корпус с более высоким давлением; наличие между корпусами промежуточных подогревателей для нагревания раствора до температуры кипения в соответствующем корпусе; необходимость регулирования уровня раствора в каждом корпусе установки.

На рис. 45 приведена схема двухкорпусной противоточной установки для выпаривания двойных солей в производстве глинозема. Исходный раствор солей Na2coз+К2cОз поступает в последний по пару корпус А2. Частично выпаренный раствор прокачивается насосом И через подогреватель П, поступает в корпус А1 \\ выпаривается в нем до заданной концентрации.

В некоторых производствах последний по раствору корпус работает под давлением. Таким образом ограничивается число корпусов установки и кратность использования теплоты пара. Для увеличения кратности использования теплоты пара в таких случаях применяют выпарные установки смешанного типа. Указанные установки применяют также в случаях, когда в процессе про

изводства необходимо из раствора раздельно выделить несколько солей или достичь максимальную растворимость по солям обратной растворимости (CaS04； СаСО3 н др.). В этих установках исходный раствор поступает в один из промежуточных корпусов, а затем перетекает по одним корпусам противоточно, а по остальным —прямоточно. Многокорпусные установки смешанного типа имеют недостатки и преимущества противоточных и прямоточных установок.

На рис. 46 приведена схема выпарной установки смешанного типа для выпаривания содопоташных растворов. Согласно технологическому регламенту выделение безводной соды из раствора происходит при температуре кипения раствора 113℃. В связи с этим, для увеличения кратности использования теплоты пара за счет снижения температуры кипения раствора в последнем корпусе исходный раствор подают в последний по ходу пара аппарат А4 выпарной установки. Частично выпаренный раствор с выделившимися кристаллами соды (Na2coз) насосом перекачивается через подогреватели П1, П2 и поступает в корпус Alf обогреваемый греющим паром.

Из корпуса А1 в Л2, а нз 42 в АЗ раствор переливается самотеком са счет разности давлений между корпусами. Выпаренный до заданной концентрации содопоташный раствор с выделившимися кристаллами соды из продукционного корпуса АЗ поступает на разделение в центрифугу.

При необходимости выделения твердой фазы из растворов кон- хентрацией, близкой к насыщению, исходный раствор обычно по- 1ается одновременно во все корпуса многокорпусной установки н выпаривается при постоянной концентрации с выделением кристаллов соли за счет удаления части растворителя при кипении. Вторичный пар, полученный при кипении раствора в выпарном аппарате, направляется на обогрев следующего корпуса. В выпар- 4 Зак. 133 f

Вода

Рис. 47. Схема выпарной установки параллельного тока

ных установках с параллельным питанием корпусов и выгрузкой суспензии нет перетока кристаллизующегося раствора из корпуса в корпус, и, следовательно, предотвращается закупоривание трубопроводов и регулирующей арматуры.

Недостатками установок с параллельным питанием являются сложность регулирования процесса (необходимо регулировать процесс в каждом корпусе) и потери теплоты с уходящим раствором.

На рис. 47 приведена схема четырехкорпусной выпарной установки для выпаривания насыщенного рассола поваренной соли на кристалл. Предварительно подогретый в подогревателях П1, П2 исходный рассол концентрацией 25—26% поступает в классификатор Кл. где подогревается прп контактировании с выводимой из выпарных аппаратов пульпой. Из классификатора часть исходнойj рассола поступает для дальнейшего нагрева в спиральный теплообменник, а часть — на питание выпаренных аппаратов А2, АЗ и А4. Подогретый в спиральном теплообменнике рассол поступает 修 корпус А1 выпарной установки, обогреваемый греющим паром. Последующие корпуса обогреваются вторичным паром предыдущих корпусов. Выделившаяся в процессе выпаривания соль вместе с маточным раствором выводится из каждого корпуса установки, в класификатор. Поступающий в нижнюю часть классификатора^ исходный рассол поднимаясь промывает соль, растворяет н уносит мелкие кристаллы (размером менее 0,16 мм). Крупные кри^- сталлы соли из классификатора поступают на центрифугирование, Маточный рассол из центрифуги направляется снова на выпари вание.

Иногда для предотвращения ннкрустаннн стенок сепаратора | прямоточных выпарных установках часть слабого исходного раст вора подают в каждый корпус выпарной установки. При этом уве личивается время работы аппарата между промывками и снижа ется расход теплоты на подогревание раствора в корпусе А1.

74

Число корпусов выпарной установки

Как отмечено выше, удельный расход греющего пара (на 1 кг выпаренной воды) можно уменьшить многократным его использованием. Это объясняется тем, что при подводе 1 кг греющего пара в первый корпус в результате кипения образуется около 0,91 кг вторичного пара, который, обогревая второй корпус, выпаривает около 0,82 кг воды. С увеличением числа корпусов расход пара уменьшается. В то же время увеличение числа корпусов установки при неизменной производительности приводит к ее*удорожанию за счет увеличения поверхности теплообмена, капитальных и эксплуатационных затрат.

Увеличение поверхности теплообмена при использовании многокорпусных выпарных установок вызвано возрастанием потерь полезной разности температур из-за повышения суммы температурной н гидростатической депрессий, потерь в трубопроводах между корпусами; наличие указанных потерь приводит к тому, что суммарная поверхность теплообмена многокорпусной выпарной установки всегда больше поверхности теплообмена однокорпусного выпарного аппарата, работающего при тех же параметрах.

Соотношение температурных потерь и суммарной полезной разности температур зависит от числа корпусов выпарной установки.

Зависимость между поверхностями нагрева F выпарных аппаратов многокорпусной установки и однокорпусного аппарата можно представить в виде

Jn - fBи 一打-vrc

"п —'вп —I \ Orc —

i=l£ = 1j = l

гдегде"к

где

где

y0" =41 +0拉+43 + ... +〜k；

1=1

«к

\%=41+42 + 4з+・・・+4"к； i=l

"к，

2^ Rii^^Rnl + 力成+ ■•• + “1(〃к—1)・ i=l

Кроме того, применение многокорпусной выпарной установки приводит к увеличению затрат: на трубопроводы и арматуру, приборы КИП и автоматики, вспомогательное оборудование, опоры, здание и т. д.； электроэнергии на перекачивание раствора и его циркуляцию по контуру выпарного аппарата; на обслуживание ^ ремонт. В связи с изложенным оптимальное число корпусов в многокорпусной выпарной установке, при котором стоимость эксплуа-

4* 75

Рис. 48. Зависимость стоимости пара (кривая /) и эксплуатационных затрат (кривая 2) от чпсла корпусовРис. 48. Зависимость стоимости пара (кривая /) и эксплуатационных затрат (кривая 2) от чпсла корпусовтации установки минимальна, можно определить только с помощыс экономических расчетов. При этом необходимо, чтобы полученная экономия от снижения расхода пара превышала суммарные затраты, возрастающие при увеличении числа корпусов.

Рис. 48. Зависимость стоимости пара (кривая /) и эксплуатационных затрат (кривая 2) от чпсла корпусов

Рис. 48. Зависимость стоимости пара (кривая /) и эксплуатационных затрат (кривая 2) от чпсла корпусов

Оптимальное число корпусов установки можно определить графоаналитическим методом по точке

пересечения кривой стоимости пара с кривой общих эксплуатационных затрат (рис. 48).

Число корпусов можно рассчи

тывать как по суммарным часовым затратам, так и по удельным, отнесенным либо к единице поверхности нагрева, либо к единице массы выпаренной воды или готового продукта. Так как стоимость пара, электроэнергии, воды н т. д. на разных предприятиях неодинакова, то и оптимальное число корпусов выпарной установки /% для конкретных предприятий также различное.

Кроме того, на число корпусов выпарной установки существенно влияют свойства выпариваемого раствора и его коррозионная активность. Это объясняется тем, что, как отмечено выше, максимальное давление греющего пара обычно задают в зависимости от растворимости содержащихся в растворе солей, коррозионного воздействия раствора на металл, степени сохранения качества продукции. В то же время для нормальной работы выпарного аппарата необходимо обеспечить минимальную полезную разность температур порядка 12——15 град для аппаратов с естественной циркуляцией и 5——8 град для аппаратов с принудительной циркуляцией.

В связи с этим максимальное число корпусов выпарной установки может быть неоптимальным. Обычно для выпаривания насыщенных растворов применяют выпарные установки с трех- и че- гырехкратным использованием греющего пара.

Материальные расчеты многокорпусной выпарной установки

При проектировании выпарных аппаратов необходимо выполнить материальные, тепловые, конструктивные и гидромеханические расчеты.

Расчет выпарных установок начинают с определения материальных потоков. При этом в зависимости от заданных параметров определяют расходы исходного или выпаренного растворов, выпаренной воды или выкристаллизовавшейся соли, начальную или конечную концентрацию. Материальный расчет выполняют как для отдельных аппаратов, так и для всей выпарной установки.

76

При составлении материального баланса выпарной установки (аппарата) необходимо исходить из следующих основных случаев выпаривания солесодержащих растворов.

Первый случай. На выпаривание поступает многокомпонентный раствор, содержащий кристаллизующуюся и некристаллизую- щуюся части. Увеличение концентрации некристаллизующейся части раствора приводит к изменению концентрации насыщения солей и частичному их выделению.

Задачи выпаривания таких растворов: достижение необходимой концентрации некристаллизующейся части раствора и очистка ее от растворимых солей; извлечение одной или нескольких солей из раствора в качестве продукта (например, выпаривание электролн- гического щелока с выделением солей NaCl, Na2SO4, содопоташ- пою раствора с выводом кальцинированной соды).

Второй случай. На выпаривание поступает солевой раствор, не содержащий некристаллизующейся части. При этом концентрация раствора увеличивается только до достижения концентрации насыщения соли. Дальнейшее выпаривание не увеличивает концентрацию раствора, но приводит к выделению твердой фазы. Задача выпаривания таких растворов-~-выделение солей в качестве готового продукта, например выпаривание растворов солей NaCl и AlnSO4.

В общем виде материальный баланс «к-корпусной выпарной установки для многокомпонентных растворов имеет вид

So=£”i+WZ + GQ + SK，(56)

/=1

гпе 〃к ——число корпусов установки; i= 1, 2, 3,...»нк.

Если при выпаривании растворов происходит только концент- рирэвание раствора без выделения твердой фазы, то из уравнения (56) имеем

«к

S0=E1%+Sk・(57)

растворараствора(58)(58)Из закона сохранения массы для некристаллизующейся части

раствора

раствора

(58)

(58)

Sk=S°瓦传к・

Решив совместно зависимости (57) и (58), получим

、卜尸S°(l—瓦/%).(59)

i=l

Для растворов, в процессе выпаривания которых выделяются соли 1} некристализующаяся часть, количество выделенной соли "кристаллизационной воды соответственно составит

沙产嚮3(А-2);(6。)

1=1

"к，=1"к，=1SWM8NSWM8Nnn100,Mc^^100,Mc^^JJ斗一1斗一1(61(61

"к

，=1

"к

，=1

SWM8N

SWM8N

n

n

100,Mc^^

100,Mc^^

J

J

斗一1

斗一1

(61

(61

где 0i_i — концентрация солей в растворе, поступающем в i-й кор- луч, %; Ь/ — концентрация солей в выпаренном растворе в i-м корпусе, %.

При получении безводных кристаллов 取期=0.

Совместное решение уравнений (56), (58), (60), (61) позволяет нантп взаимосвязь между количествами выпаренной воды, а также исходного раствора и выводимой соли:

пкпк4 = 14 = 1«к«к«К«К1 +1 +18N18N< «= 1< «= 1Me )Me )1 一包、一@1 一包、一@

пк

пк

4 = 1

4 = 1

«к

«к

«К

«К

1 +

1 +

18N

18N

< «= 1

< «= 1

Me )

Me )

1 一包、一@

1 一包、一@

При выпаривании двухкомпонентных насыщенных растворов (например, водного раствора NaCl) имеем

«к«к«к«кM£ + t)M£ + t)/ = 1i"/ = 1i"瓦U十100т瓦U十100т(63}(63}

«к

«к

«к

«к

M£ + t)

M£ + t)

/ = 1i"

/ = 1i"

瓦U十100т

瓦U十100т

(63}

(63}

где T = GTi/SKj — соотношение количеств твердой и жидкой фаз в выводимой суспензии.

5о,=」°眸一 (1 . (64) ° ^о \ ЮОг/ 丿

Концентрации насыщения & многокомпонентных растворов находят по соответствующим таблицам (см. приложение, табл. П1, П?, П9) или кривым совместной растворимости в зависимости от температуры кипения раствора в выпарном аппарате (см. рис. 5н6).

При определении количества исходного раствора, выдел ив шей-( ся соли и выпаренной воды необходимо учитывать потери части продукта (в центрифугах, фильтрах, сушилках и т. д.) и необходимость выпаривания промывных вод, образующихся при промывке технологического оборудования, трубопроводов и т. д. Обычно, потери продукта и количество промывных вод составляют 10— 15% заданной производительности по выпаренной воде.

Тепловые расчеты многокорпусных выпарных установок

При разработке проектов многокорпусных выпарных установок тепловые расчеты выполняют для определения количества выпаренной воды в каждом корпусе; расхода греющего пара на уста- 78

новку; тепловых нагрузок отдельных корпусов установки; распределения общей полезной разности температур между корпусами； требуемой поверхности теплообмена выпарных аппаратов. Основой для проведения этих расчетов является тепловой баланс. Для ра- боты выпарной установки характерны два случая: твердая фаза вместе с некристаллизующейся частью раствора перетекает из корпуса в корпус; твердая фаза выводится из каждого корпуса и поступает на дальнейшую переработку.

Для первого случая тепловой^баланс i-ro корпуса выпарной установки без учета потерь характеризуется следующими показателями. Приход теплоты: Dj/lrni — греющего пара (/1~-энтальпия

пк

пара); EOj_i/2j_i — конденсата предыдущих корпусов (/2 — эн-

4=2

тальлия конденсата); S^—1С?_1/нПп«_1)—жидкой фазы (раствора), поступающей в i-й корпус; GT(/—i)cTfKIin(z_i)—твердой фазы, поступающей в t-й корпус; 6ТгГкрР7 ——кристаллизации； Sw_]bj-iA6X ХРс/10。一 концентрирования при изменении концентрации раствора 0т 几一] д0 а.

Расход теплоты: WilX^i — вторичного пара; £\/2乞一конденса- "к

та греющего пара; "V Dz_j/2z —конденсата предыдущих корпусов;

f=i

(GT(,_1)+ GTi) ст/кип/ — твердой фазы, выводимой пз аппарата, $/小加一насыщенного раствора, выводимого из аппарата.

Испо«пьзуя уравнения материального баланса и приравняв приход и расход теплоты, получим

需А叫+需А叫+2(/1一/2,)+

需А叫+

需А叫+

+ ^^ £)Л (/2—1 — /20 + Sj—i (а_/кнп"—1) — С/китТ

+ От j(Г可夕7 + С/кнн i — °т'кнп2)+ °T(i—1) (с/кипН—1) — ^т^кип /)==Ю/ (/】Bni — С/к1ffl/)•

Отсюда количество воды, выпаренной из i-ro аппарата, 2—1 — 2I

/1 вп i — ° Мкнп i

ClLn(i-I) - Cn i + — A9「6+S-+/ 1 вп i —■ ^ it кипг C 尸пр*，+ С#кнп t с/кнп j I с’т'кнп"—1) "'кнп i+ GT*яг ^tG-d “Bui — Cj%nniz Jen/ — °产KHniWi =09 + ?0一Q + S：_乱 +gТ品 + a(:-1)%,(65)i=2ClLn(i-I) - Cn i + — A9「6+S-+/ 1 вп i —■ ^ it кипг C 尸пр*，+ С#кнп t с/кнп j I с’т'кнп"—1) "'кнп i+ GT*яг ^tG-d “Bui — Cj%nniz Jen/ — °产KHniWi =09 + ?0一Q + S：_乱 +gТ品 + a(:-1)%,(65)i=23_1

ClLn(i-I) - Cn i + — A9「6+S-+

/ 1 вп i —■ ^ it кип

г C 尸пр*，+ С#кнп t с/кнп j I с’т'кнп"—1) "'кнп i

+ GT*яг ^tG-d

“Bui — Cj%nniz Jen/ — °产KHni

Wi =09 + ?0一Q + S：_乱 +gТ品 + a(:-1)%,(65)

i=2

ClLn(i-I) - Cn i + — A9「6+S-+

/ 1 вп i —■ ^ it кип

г C 尸пр*，+ С#кнп t с/кнп j I с’т'кнп"—1) "'кнп i

+ GT*яг ^tG-d

“Bui — Cj%nniz Jen/ — °产KHni

Wi =09 + ?0一Q + S：_乱 +gТ品 + a(:-1)%,(65)

i=2

с〃rn —/2f1 —/2,где %=-jкоэффициент испарения; s=——коэффициент самоиспарения конденсата греющего пара предыду- ЩИХ корпусов；力=汩&n I 二 сК, — 10-2&7МР,—冋呻巾亜亜価с〃rn —/2f1 —/2,где %=-jкоэффициент испарения; s=——коэффициент самоиспарения конденсата греющего пара предыду- ЩИХ корпусов；力=汩&n I 二 сК, — 10-2&7МР,—冋呻巾亜亜価/1/1bii i — С#кнн ibii i — С#кнн iсамоиспарения раствора; &=самоиспарения раствора; &=7npp7 т с/кнн £ — сг^кип i7npp7 т с/кнн £ — сг^кип i/1 вn i С海力"j/1 вn i С海力"j—коэффициент—коэффициентсамоиспарения раствора за счет изменения энтальпии твердой фазы； 邑=少 С呼“I 丁 纵”"J _ коэффициент самоиспарения раствора присамоиспарения раствора за счет изменения энтальпии твердой фазы； 邑=少 С呼“I 丁 纵”"J _ коэффициент самоиспарения раствора при

с〃rn —/2f1 —/2,

где %=-jкоэффициент испарения; s=——

коэффициент самоиспарения конденсата греющего пара предыду- ЩИХ корпусов；力=汩&n I 二 сК, — 10-2&7МР,—冋呻巾亜亜価

с〃rn —/2f1 —/2,

где %=-jкоэффициент испарения; s=——

коэффициент самоиспарения конденсата греющего пара предыду- ЩИХ корпусов；力=汩&n I 二 сК, — 10-2&7МР,—冋呻巾亜亜価

/1

/1

bii i — С#кнн i

bii i — С#кнн i

самоиспарения раствора; &=

самоиспарения раствора; &=

7npp7 т с/кнн £ — сг^кип i

7npp7 т с/кнн £ — сг^кип i

/1 вn i С海力"j

/1 вn i С海力"j

—коэффициент

—коэффициент

самоиспарения раствора за счет изменения энтальпии твердой фазы； 邑=少 С呼“I 丁 纵”"J _ коэффициент самоиспарения раствора при

самоиспарения раствора за счет изменения энтальпии твердой фазы； 邑=少 С呼“I 丁 纵”"J _ коэффициент самоиспарения раствора при

перетоке твердой фазы.

Для удобства дальнейших записей приведем уравнение (65) виду

1〃 i = Q・a,・ + £ 〃.―一 丁 S^ki,

где无=亠一 旬土 1где无=亠一 旬土 1（器+9畫1（器+9畫1'о 匕+i'о 匕+i% %i% %i

где无=亠一 旬土 1

где无=亠一 旬土 1

（器+9畫1

（器+9畫1

'о 匕+i

'о 匕+i

% %i

% %i

здесь знак《плюс》при противотоке, «минус» ——при прямотоке.

С учетом потерь теплоты в окружающую среду из уравнения (66) находим:

для 1-го корпуса

%=(А% + 5也讨)、％；

для 2-го корпуса

М2=(°2а2+За2+5иЬо^2)、■，

где。2==卜 1 — Е] = (^i^i 十 Sod^i) A% — £\.

Подставив значения。2，получим

昭2 =q1 (a1a2A几1、"2 + a；'%2)十 So/(々風51、%2 + 届A出) — £\a2△%2.

Аналогично, для 3-го корпуса

步3 = [。3a3 + (01 十。2)a3 + S。bo内3] A%3，

где03=步3 —J.

Окончательно

眩3=q1 (a普2a3'八1'"2'〃3+ 4а3、〃2、〃3+а1a(\%\%3+а；а〃3)+

+ So%饮;(02a3”152、%з+&m1а汽3)+后а3a〃2a%3+后A/]-

— Ei (a2QL3Xn2\n^ci^n^--E2a3Xn3.

Для 4-го корпуса

%=04a4+(q1 +02+03)a4+S0，Гдe 昭4=皿3-旦.

Окончательно

W4=Dx (aia2ct3a4Anх\п2^п^пл+щц^Хп2^п^п^+аза4Дп3Дп4十

+a1&a%1А%4+ 色A几4 + %(14(13，九 1'九4'公 + cqa2a44〃1a%2a%4 +

+ &a；A%2A%4)+ S(A)伏;(02。3a4'%1、%2△%3a%4 + &a44%1A%3、%4 +

+ a；A%A〃4+a2a；'〃1 A%2、〃4)+ 局(saC%?、％、％ + a4A 九2厶％4)+十慰a4\%3а%4十居A7%]一£\ (a223%A%2、%3'%4 + ).4，"3\几4+0'2△%2A%4)一

—七2(2з%А〃з'〃4 + a；A〃4)— Ез%А%4・

Для i-ro корпуса выпарной установки

W^DiX.+Y^(67)

где коэффициенты Х^ и 匕一см. табл. 6.

Во втором случае, т. е. когда твердая фаза выводится из каждого корпуса, тепловой баланс i-ro корпуса выпарной установки без учета потерь характеризуется следующими показателями.

Приход теплоты:。“1皿不一греющего пара; £ 2一1/2~1 »—кон~ /=2

денсата предыдущих корпусов; S^c^i —исходного раствора;

G^r^Pq — кристаллизации; loo ——концентрирования при из

менении концентрации раствора от Ь^ до %・

Расход теплоты: Will/ ——вторичного пара; 0/2^ ——конденсата

греющего пара; У^Di^1I2i —конденсата из предыдущего корпуса; i=2

G^jC^ti — выводимой из аппарата соли; SKiCiti — выводимого из аппарата насыщенного раствора.

Используя уравнения материального баланса, получим

%=。円+£ Q.—M+sm+G"院(68)

i=2

Из уравнения (68) с учетом потерь теплоты найдем: для 1-г0 корпуса % =(0*1 + 50品 + G自)△%1， для 2-го корпуса W2^{D^.2-\-D^i-^S^-VG^ Ап2. где D^W^-E^D^-y-S^-^G^^Lni —fp

Подставив значение Q получим

Ю2 = °1 (°4"2△九1A九2 + "23"2)+(Soi:i + qi")e2А%1a"2)+

+ (5()2?2十gТ2)'%2 - e-^.^n2-

Для 3-го корпуса ir3=[ZJ3a3-|-(£)14-£)2)аз+503?34-Сг333] Дя3, где03=步2 -e2.

ОкончательноОкончательно十 \ %小1^7/ looioo I十 \ %小1^7/ looioo I(69)(69)С/кнн i —鲁(％ — ％)Z：=譽；(71)* вп i ° i’Kun iС/кнн i —鲁(％ — ％)Z：=譽；(71)* вп i ° i’Kun iкоэффициент концентрациикоэффициент концентрации

Окончательно

Окончательно

十 \ %小1^7/ looioo I

十 \ %小1^7/ looioo I

(69)

(69)

С/кнн i —鲁(％ — ％)

Z：=譽；(71)

* вп i ° i’Kun i

С/кнн i —鲁(％ — ％)

Z：=譽；(71)

* вп i ° i’Kun i

коэффициент концентрации

коэффициент концентрации

U/3 =。1 (2产2%a"1 Д«2а^з+2上 3 а=2а%3 + *аm%1\%3 + а3а〃3) +

-j-(SoiPi + G1 力)()2)3A%1 A%2、"3 + a3'%1 a%2)+ (So2?2 +。/2?2))2△〃2、〃3 +

+ (Sиз3з+огз?3) Mi - £\ (勾方、小A勾+七、%)— ^^^^

Для i-ro корпуса Wi определяют по формуле (67).

Тепловая нагрузка t-ro корпуса: при прямотоке

Q = 1M吃％i + S。% ][訂十急(专-芸V —21) +

i)尸7一(--1一"・)06.

при противотоке

Q尸表M"s。啸器+急偿-醬）小一）+

при параллельном токе

Q尸我{^1^ :+/e"(』一:)+^^ +鲁 ё。- ")]}

Расход греющего пара

■匕(70)

количество выпаренной воды по корпусам находят по формуле (67).

Если в прямоточной выпарной установке часть слабого раствора поступает в каждый корпус (для промывки стенок сепаратора, выводимой соли и уменьшения расхода греющего пара), то коэффициент самоиспарения

72)

bi

(73)

Параметр растворимости

凡=

Тепловая нагрузка

Qf{—s蜀芸，倍+)卜 十+次卜―^^L+

叱 抬8

胪+ £力

历

/=1

匕0

41

=Z3吟

43

Dlt「dn)

43

А5

4g匕

я^^

л

f* о»

E5t 6п5 竺竺也У%

Рис. 49. Схема прямоточной выпарной установки:Л—выпарной аппарат; J7—подогреватель

国加5

(吩吗+5M +

qJs

3叨5力九3 ("%・%#小刃小

Рис. 50. Схема противоточной выпарнон установки:

Я—испаритель; остальные обозначения — см. подпись к рис. 49

Рис. 51. Схема выпарной установки параллельного тока (обозначения — см. подпись к рис. 49)

Количество выпаренного раствора

SSfiE、 к= VSSfiE、 к= Vк+，＞к+，＞

SSfiE、 к= V

SSfiE、 к= V

к+，＞

к+，＞

Температуру исходного раствора, подаваемого в i-й корпус выпарной установки, определяют в зависимости от схемы подогрева раствора (рис. 49—51) по приведенному в п. 6 данной главы алгоритму. При этом необходимо учитывать, что при параллельной подпитке поверхность теплообмена увеличивается.

Расчет температурного режима работы выпарной установки

В технических заданиях на разработку проектов многокорпусных выпарных установок указывают параметры греюшего пара первого корпуса и вторичного пара последнего корпуса, начальную н конечную концентрации раствора, производительность по выпаренной воде или выделившейся соли. Остальные параметры (концентрацию раствора в корпусах, температурные депрессии, полезные разности температур, давление, температуру кипения) определяют при расчете, выполняемом методом последовательных приближений.

Первоначально определяют общее количество выпаренной воды по всей установке. В первом приближении количество выпаренной веды по корпусам распределяют равномерно. Количество выпаренной воды в корпусах без отбора экстрапара

忆=上2—；

в остальных корпусах %=叱'+旦.

Температура вторичного пара по корпусам установки

.fr.n — ^вп лк—("к— 1)

ГВП«-1=^В1нНг ].

Пл

Концентрация солей по корпусам при выпаривании растворов без выделения твердой фазы

При выпаривании многокомпонентных растворов концентрацию определяют в такой последовательности: сначала находят отношение количества содержащейся в растворе воды к количеству не- кристаллизующей части раствора, т. е. Ri= Wo^i/SQb0\ по температуре вторичного пара и параметру 火乞 определяют концентрацию некрнсталлизующейся части раствора; зная последнюю, по 86

таблицам или кривым совместной растворимости систем находят содержание остальных компонентов.

Количество выделившейся соли н поступающего раствора определяют по зависимостям (58), (60), (62), (63). Так как раствор переходит из корпуса в корпус, то его конечные концентрации в первом корпусе Ь» и &/ равны начальным концентрациям раствора во втором корпусе (соответственно bi+1 и bi+\).

Температурную депрессию раствора выбирают по справочным таблицам по конечным концентрациям раствора в выпарных аппаратах. В справочной литературе значения температурной депрессии приведены для атмосферного давления. Так как корпуса установки обычно работают под давлением, отличным от атмосферного, то выполняют перерасчет температурной депрессии. Для этого можно использовать один из следующих трех методов.

По закону Бабо

5н —A))/A=cons/,(75)

где Рн — давление пара чистого растворителя при температуре кипения раствора; р° ——давление пара раствора.

По зависимости (75) можно по известной температуре кипения раствора заданной концентрации при каком-либо давлении определить температуру кипения его при любом другом давлении.

Эмпирический закон Бабо справедлив только для разбавленных растворов. Для концентрированных растворов вводят поправку, найденную В. Н. Стабниковым (табл. 7).

Таблица 7

Давление нал кипящим раствором Рв/。

* Ла, при отношении р0/ри

Поправка

А/, град

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0.4

0,3

0,134

0,268

0,536

0,600

0,67

0,737

0,86

0

0,067

0,268

0,47

0,600

0,67

0,737

0

0

0,134

0,368

0,402

0,469

0,536

0

0

0

0,201

0,268

0,335

0,402

Примечание. Если при растворении выделяется теплота, то поправку берут со знаком плюс» в противном случае — со знаком минус.

По правилу Дюринга (линейность теплотехнических функций)

上~= const,(76)

где //——厶"一разность температур кипения какой-либо жидкости при двух произвольно взятых давлениях; t#~-»2” ——разность температур кипения какой-либо другой жидкости при тех же давлениях.

В качестве второй жидкости, для которой обычно известны температуры кипения при различных давлениях, является вода.

По формуле И. А. Тищенко, выведенной из эмбулиоскопиче- сксго закона Рауля и закона Бабо,

◎ “=0,016212囁一怨七乙).(77)

Формула И. А. Тищенко справедлива только для водных растворов с малой температурной депрессией (до 15 град).

Температура кипения в корпусах выпарной установки

‘Kiini =*» + ?〃•(78)

Температура греющего лара

'rn i ’в” /—11 •

Далее определяют температуру пленки конденсата греющего пара и перепад температуры в ней.

Коэффициенты теплоотдачи со стороны пара и раствора при принудительной и естественной циркуляции, коэффициент теплопередачи и скорость циркуляции находят по формулам (50), (54), (55).

Физико-химические свойства раствора принимают при температуре его кипения.

Гпдростатическую депрессию определяют по формуле

(79)(79)© .= 2K" d, — ±кнн f)

(79)

(79)

r/ IO^M'q/ 十 2K3

Тепловую нагрузку по корпусам рассчитывают по формулам (69), (70), (73).

Суммарная полезная разность температур многокорпусной выпарной установки

W飞〃к-1

2 ДА|обш = ^гп/ — ^вплк 一二(0〃 + %)—Е %j.

йк—1

Обычно принимают、加=乙一L

1

ОбщухО полезную разность температур распределяют по корпусам, исходя из равенства поверхностей их нагрева. При этом условии обеспечивается взаимозаменяемость выпарных аппаратов» упрощается и удешевляется нх изготовление и эксплуатация:

Далее составляют таблицу, в которую вносят полученные зна- чсння для всех корпусов и по которой определяют температурный режим работы выпарной установки.

Так как а техническом задании на проектирование давление вторичного пара, а следовательно, и температура в последнем корпусе известны, то расчет температурного режима работы установки выполняют, начиная с последнего корпуса. При этом температура кипения/КИПЯк=/впЯк+4у/Як; температура греющего пара /гппк=^киплк+^глк + А*п〃к； температура вторичного пара предпоследнего JkOpIiyca ^Вп(п к— 1)== ^гп( л к—1)・

После расчета параметров предварительного режима работы выпарной установки определяют коэффициенты самоиспарения н испарения Х^ н У,, а затем количество выпаренной воды и расход греющего пара с учетом этих коэффициентов по зависимости (70). Далее уточняют концентрацию раствора по корпусам и выполняют расчет вгорого приближения. При этом рассчитывают депрессии, коэффициенты теплопередачи, скорости циркуляции, тепловые нагрузки н полезные разности температур по корпусам для режима работы, полученного в первом приближении.

По окончании расчетов составляют новый режим работы выпарной установки. Точность расчета контролируют по отношению полученных значений производительностей и параметров работы установки в первом, втором приближении и т. д. Расхождение не должна превышать 5%. После получения требуемой точности определяют поверхности нагрева корпусов: Fi = Qi/(KiAfni); %= = Q2/(K2Afn2)и Т. Д.

Алгоритм теплового расчета многокорпусной выпарной установки на ЭВМ ЕС-1022

Основные задачи теплового расчета многокорпусной выпарной установки — установление температурного режима ее работы и определение поверхности нагрева выпарных аппаратов. При этом используют метод приближений: устанавливают режим работы выпарной установки при равномерном распределении количества выпаренной воды по корпусам без учета подогрева раствора в подогревателях, после чего определяют количество выпаренной воды с учетом полученного режима, находят температуры нагрева раствора в подогревателях, составляют новый режим и т. д. Расчет прекращают, если (/产一^)/^*^0,01.

Исходные данные для расчета (табл. 8). Для выполнения рас- чета пеобходямы следующие данные:

наименование выпариваемого раствора;

схема выпарной установки — признак 尸4；

наличие подогревателей — признак 尸9； число корпусов установки, шт.—九*;

производительность выпарной установки по исходному расгво- РУ，K「/q」Sc；

Таблица 3

Е

1

尸9

1

R。

So 1

bo

1

1

Ьв

1 ^кр

111||1

frill 1

f R П Tl ]

，0

1 бет

ActI

1

1 d

111

Qt

J

1 N

Me1

т

1 3

11|丨1|

1

R⑵

1

Pl⑶

Pi (4)

1

Р(5)

Л(1)

1

P2(2)

1

p 2(3)

1 Рз⑷

1

姓(a

Illi

p6(l)

1

Рз(2)

1

p5(3)

1Рз⑷

1

Рз(5)

Р5⑴

1

P5⑵

1

p5(3)

1Р5(4)

1

Р5(5)__

11I1

Р6⑴

1

Рб(2)

1

Рб(3)

1Рб(4)

1

Рб(®

1丨11

Р7⑴

1

P7⑵

1

p7⑶

1 Р7⑷

1

Р，(5)—

1111

Р8⑴

1

P8⑵

1

Р8⑶

1p8⑷

1

Ps(5)/

11|1

1

Лп2

1

、"3

1А〃4

1

А，5—

111

Рт1

1

Вт2

1

ВтЗ

1Вт4

1

Вт5

1

邑

1

1 旦

1

区 一

1

1

1

1"

1

1111

Ai

1

、2

1

、3

1 Л4

1

"1 1 П2

1

773 1

〃4

775 1 776 1

т 1 /78 1

〃9

1 ПЮ 1 /711 1

1

h

1

/з

1&

1

90

концентрация раствора, % — Ьо> 盛 仇'，仇；

Ь^—Ьк и А'=0 при 尸5 =。；

теплота кристаллизации, кДж/кг ——「■「；

температура, С"~ ^rnj, *ви〃к‘ "°’ 'rni‘

размеры греющих трубок, м —厶 d, 6СТ;

коэффициент теплопроводности материала греющей трубки, Бт/(М-К) — Лет；

плотность твердой фазы, кг/м3 ——qt;

теплоемкость твердой фазы, кДж/(кг-град);

число молекул кристаллизационной воды — N;

молекулярная масса соли — 7ИС (Л1С= 1 при 尸5=0);

отношение твердой и жидкой фаз в выводимой суспензии ——т (т = 0,7... 1、5 при 户4=1； т=0 при「5=0)；

скорость движения раствора по греющим трубкам, м/с —(。口 (о»р=2,О...2,5 при Р2= 1)；

метод определения температурной депрессии — признак Pi(i);

тип выпарного аппарата — признак 尸2(，)；

теплота испарения конденсата — признак Рз(，)： характер процесса выпаривания — признак 区⑴； теплота концентрирования — признак Рб(£)； теплота кристаллизации — признак Py(i}\ экстрапар — признак 尸8«):

потери теплоты в окружающую среду ——А，％;

массовая доля твердой фазы в циркулирующей суспензии —— Ртг»

сумма приведенных к скорости в греющих трубках местных сопротивлений циркуляционного контура выпарного аппарата —— £g для p2 = 0； обычно 女=2 …4;

перепад температур в подогревателях между конечной температурой конденсата и начальной температурой исходного раствора, град — А, (обычно Ai = 5... 10 град);

номер используемого подогревателя Ш (см. рис. 49——51); обозначение в алгоритме Ш=0 ——отсутствие подогревателя в системе;

физико-химические свойства растворов —卩厶 入七 с「 q“ 己勿,В, 玩 6/,仇(табл. П1—П7);

отноиление количества исходного раствора, подаваемого в i-й корпус к общему количеству исходного раствора—厶).

Алгоритм.

Если「4=0 ИЛИ 尸4 = 2, то

唄=s°[(T)—肝+圖偿Т)]・

Если「4=1, то

一*箫)и一嘗)].

&=/&=/& =。0 八 1& =。0 八 1

&=/

&=/

& =。0 八 1

& =。0 八 1

吃印萨十品Z= 1,..., nK.

5・ fBU(i—1) = Ou j +十 1,0； 1=外,...,2.

Q1• nПк

？ni=I； l = 2, ..., Z2K.

舞к

Если「4=0, то начало 々"=1 —、/； »=1,…,弓 гi = l

Еслир5u)=0, то начало

SQbJk^ + V 力)

仇=―-[：]； 济=0； /= ],•••,«.

S。力+A；卜"+»吃

Конец Р5 ⑴=0.

9. Если 尸5 «) = 1, то начало

% i — 1-я итерация^KMui ——2・я и более итераций% i — 1-я итерация^KMui ——2・я и более итераций

% i — 1-я итерация

^KMui ——2・я и более итераций

% i — 1-я итерация

^KMui ——2・я и более итераций

По табл. П2:

'вп / — 1-я итерация

кнп i—2-я и более итерации Конец р5(0 = 1.

Если P5(i) =2, то по табл. П7 i— 1-я итерация i — 2-я и более итераций Конец「4=0.

Если 尸4=1, то начало.

Если Р5(0 =2, то по табл. П7 —1-я итерация / — 2-я и более итераций Конец /\= 1,0.

92

Если「4=2, то начало.

Если Рб(0 =0, то

По табл. П1:

b.= f(R^i-^ итерация\

，，〈“£кшп —2・н и более итераций/

По табл. П2:

b'.= f (R.^4-^ итерация\

*' к "'кшН 一 2-я и более итераций/

Если P5(i) =2, то по табл. П7

5, /Gni— 1-я итерация).

н —' \/кип I — 2-я и более итераций/

Конец R=2.

Гвт==/(£вт)； QBHi = f (^впг) •

Если 尸i(i) =0, то по табл. П4: ?*=〃&,左口夕)・

Конец Pi(0 =0.

Если Pi(i) = 1, то начало. По табл. ПЗ:

囁=/(仇)；- = 0,016212 •媒(273 + 小乃. ^ВП j

Конец Pi (0 = 1.

/кми i== %口 e+S1・

По табл. П6: > = /生m.，")；入 1=/(,кЛп/，а)；6 = /(几]小 d)；

Qi=f (^КИП£» “)； Pi = /0i・

Если「2 «)=0, TO： HBi = f(^Knni).

tpni = ^вп(г—1)1,。.

Ггп i = f (^гп г) •

Если 2i=L то Ki, уг? — исходные данные.

Конец Pi= 1.

Если В； = 0, то начало.

Если Р5=^0, то

Ci — cpi(l — ：%)+ %断；Ot = Opi / [1 —，绪 J —'" (1ё?)] *

конец 2(?)：抖0-

Если AC) =0, то

Q = Cpj； Q/ —- Qp；• Конец 尸5 ⑴=0.

93

a/=rBniQBni/（QQj）;七=1,3/（色严5.

Если /г；>2,5. то принять /“=2,5.

Если 1-я итерация, то д^=17,5 кВт/м2. Если 2-я итерация, то %=Q ",.

*:=0,25（3%+/.山+/）.

А^пл;- — 0,5 ^ГПТ — ^кип<— 9 —~j •

ЕСЛИ AEnnfVO, ТО Д/дл г = Д^пл（г—1）

По табл. n5: B^f^y, 5, = 2,048/、？1、）°.

Если 尸2（讣=1, то начало

Re；=（T_「8；

°，°23入，Re» /сjvjqj 103 \o,4

ККd

К

К

Если p5（i）=0, то aCi = G2i. Конец P5a）=0.

Если 尸5（i）¥=0, то начало

匕=[11,3絡一87* +170,63?г-0,256] IN;

Re； （Q〃Qp 产42 丿.

Конец 夕5（。手=0. Конец Р2（0 = 1- 3s. Если Рг（0 =0, то начало

3；= 191,3（七）。，89 （*） （丄 Y，°8（L・（%ni_/n/Y，535.

' d 八 d ）\ »irBniQBni-lO3 /'

x；=0,2/（生）。,45； *4=0,8*；=0,16/（a）°-45；x；=0,2/（生）。,45； *4=0,8*；=0,16/（a）°-45；

x；=0,2/（生）。,45； *4=0,8*；=0,16/（a）°-45；

x；=0,2/（生）。,45； *4=0,8*；=0,16/（a）°-45；

3],49 （亦閏（连生广图。'W X

* [笠寫制%瓚f-

Конец 尸2 （i） =0.

K=!

-+-;— + —

a11人етUc i

Конец 尸ii = 0.

лг\ 2【Ki （4“ i — Анн t（ .

门 103gqQd +2/Ki

味 味ЯкnK

十£%+'4

△^no6m==:^rni — 'вп〃к — ^^ *

Если 1-я итерация, то

Если 2-я и более итераций, то при 尸4=°

Q片斯坦e+s。% ］［ ND+誌（/-友）卜x（〃，+y,—）+^4^+管（仆1；）+

+信k+»［）+今"（k+W心

- 八卜+飽）3-*

X loo100*i=l,..・，〃K・

Конец Р4=0.

При R=1

Q,・=2P%f+ soicoi（/кип/—t'i）-{• -^-（б0— б/）+отГкРл］；

Конец 尸4= L

При「4=2

Q尸上We+s也р^+盜偿_* ）］%i）十

%十1 勿丿 100 丁 100

Конец Р《=2・

^^Qi/Ki； 2=1, ・.・,〃№•

1

△'п i =^ Qi 厶。общ

Ki

«к \

/ \ таг 一丿

'kuni ‘Biri+©fi，^гп / ^1 ^кип i ~|~ ^^n /切ri，'вп(『—l)==%rni Ч-。/；

I^Z- к •

43. /1гп1 = /(/гп1); /1япг=/(/вп,)； /%；=/(/,•);

Jni = /(』「)； 2=1,•••,%•

■44. aj = (/lrni /2rni)/(/Iurii Ср/кнп£)； i^^l,…，〃к・

45. Если Рз(，)=0, то а/=0. Если Рз(0 =/=0, то начало

Конец p.(i)^0.

46. Если Р4 = 0,

/1 rn i — Ср #K«1I i

то начало

RR=p$В) ^~ (4—i — %);力=1，…,%к

Если 戶4=2, то начало

RR=P. (0 器—•);，= 1 …•,外.

Если Р6(0 =0, то RR=0. Если Рб⑴耍。• т。也=〃瓦)；Oi+1=f(bw).

Конец 尸J。耍0.

По табл. П6: &=/(仇；％)； Q+i = f(仇+i； //)•

Если 1-я итерация, то RR\ =с0^0. Если 2-я и более итераций, ТО RR \ =^р(Л-1)/кип(г+1)-

q cpikni — RRl + RR . ；—

/ 1 вп i Ср /кнп i

Конец p4=2.

Если 尸5(‘) =0, то р/ = 0.

Если р5")，0, Tо

c Jkwi i — Ср/кнп i + °7「кр..

/1 вп i — Ср /кнн i

Если Рб«)=0, то RR声0. Если Рб(，)*0, то RR^O; %=〃〃т); Qi=f(bJ.

Конец Р6(0 ¥=0・

По табл. n6:的=/(尻；无)；Q=f (仇；").

Если 1-я итерация, то f/=办 и RRl=c()b

Если 2-я и более итераций, то /?/?! =Сг-1^кип г-ь о^р /^кип I—RRl + RR

Ср /кцп j —

Y =~*； i ==],・••，％«•

/1вп『一 Cp/xmii

Конец「4 = 0.

Если「4=1, то начало

RR^Pdi}^%-^ t=i,・・・,外.

Если P6(i) =0, то RR=0. Если Рб(0 =/=0, то 备=/(仇)；包=/(&)・ Конец АС) ¥=0.

По табл. П6: Co=f(bOf /0).

Если 1-я итерация, то l/ = fo； RRl = c曲.Если 2-я и более итераций, то RRl =cot/.

D Ср/кшн—Ас + RR .1

В/ =； ,= ] — •,%•

/ 1 вп £ — Ср /кин I

Конец Рб ⑺，0.

Конец Р*=1.

96

Конец Р« =/=0.

Если р5(，)=0, то ва = 0.

Если 尸5(1)耍0 и 户4=0, то начало / ет(екн口: -入.0[).

Конец「4=0.

Если「4=1, то р/,==0. Конец Р4= 1.

Если 尸4=2, то начало

力=- 。『《кип i — *кни，+1)/1 вп i — Ср /кип /

Конец「4=2.

Конец 尸5(i)，0.

Если 尸8(') = 1, т。начало.

Если 戶4 = °, то начало при 1-й итерации 旦=0; //=0.

При 2-й и более итераций — расчет подогревателей (поз. 87).

Конец「4=0.

Если 戶4=1, то начало: 6山=〃儲ш0； по табл. П6： Coi=f(bui9 ^ьпп г) •

GTi=；j=]，外.

Л 18N、/氏,・+100工 I )

k 一 So/OidBuj 一嗝(:+1) . ;_1"

厂nil i

конец p4=1.

Если Р《=2, то начало.

Если R,(i) =0, то

ЕiT=[S()Q(i + 1) ~(^впi — ^кип(/+1) —； ^=: L…，〃犬

Гвп/ L

Конец 尸&(i) =0.

Если「5=1, то

E =

历 历

匕0

'7 + 1

勿+i100八 Во &+1

('вги* — ^кип(/+1) — А)；

Конец 鼻⑴=L Конец P4=2. Конец P8=l-

68. Если「8 = 0, то Ei — исходные данные. Конец Р8=0.

69. Если「4=0, то начало.

70. Еслн P5(t) =0, то 抬‘=伝/九一1； i= 1 Конец 尸5(i) =0.

71. Если P5(t) = 1, то

后=打肥+

瓦-一1

1 40 .4

i—1\

k" 力+

В。勿-i

100 \ б。勿―1

肥+

+

I f Jzi .-,•1

I 7，,=〃к； У — I, — .,

Конец 心⑴=1- Конец Р4=0.

Если Р《=2, то начало.

Если Р5") =0, то k/=^i/bi+i； t = 1,..., лк. конец р5(0=0.

Если P5(t) = l, то

①+1 加

)+知?-若")；『…

Конец 尸5(。= 1・ Конец Р4=2.

Если「4 = 0 или Р4=2, то начало.

Если Р5(/)=/= 2, то при 〃к=1: %i = aiA〃i； .=}—Sobok/An^ Конец 〃i： = 1.

При 〃r=2

х2=а1а2Ап1Дп2+Pwa^n2；

"2= —S。瓦伊；a2△〃1А〃2+ 与А〃2)— 万科2A "•

Конец 〃上=2.

При 〃к=3

*3 =a1a2a3 八〃 1 a"2 а%3 + %a3a〃2△〃3 +a1%八〃1 а〃3 + 尸10%八 П3；

43= _ So 瓦[耳(02a3a〃1a〃2八公+a/"1М3) + %a.口"2A"3+ 4а〃3]-一e1 (a2a3a九2a〃3+ac〃3)- f 2tt3*^^3*

Конец r%=3.

при Мк=4

Х4=а1а2аза4А〃1А"2А%зА〃4 + а；аза4а〃2а〃з'〃4 + «3«4-^^3^^4+

+ (1](14a〃1△〃4 + p]0a4▲〃4 -|— a]e(4013'"1'"4'"3-Va1"2a 4""1 ""2''4—1-

+ %!；八〃 1八忆*

04= -S0% [耳(02a3a4△=1 八"2a也3，"4+a3°4''1'"34"4+a户"1a=4 +

+ (12%A〃1a〃2a〃4)+ 与(a3a4a〃2▲"3人九4+ %а〃2、"4)+ 为3a4、"3a〃4 十

+ &А几4]一七 1 (a2a3a4A=2△"3a=4 + 4a4a"3a〃4+aA〃4 + %02a九2a〃4)- - /(a3a4a〃3a〃4+ %△〃 J - 丛g^a厶.

Конец 〃i； = 4.

При小q=5

% 二二二 0102a3。4a5'"1八〃2a〃3a%4a〃5+%a3。4%'〃2a〃.口"4'"5+尸10a5a〃5 +

+a104a54A%а"3а〃4A〃5+ %%%%A% A&A=4A% +a2£a5A"2'〃4'〃5 十

+ %%03吗а% △〃 2A%3A"5+ %%а〃3а"5+ %%a给"2 A "3a"5 +

+ %电给"1a〃3A儿5+ %。4a5A"3A九4 A〃5+ %。5a" 4A九5 +a；a给"2 A 〃5+

+ %05%△"1 八"5a"4 + %4△% A"5；

y5= -So瓦因(a2a3a4a5A"1a"2、"3a"4a=5+a2%%~%1、"2'〃4A"5 +

+ a 級 4a5A"1 a〃3八"4'"5+%44%A〃3a"5+%A %A% 4-a2a5An1An2An5+ + %a5A"1 A/Z4A"5+ 02。3%A% A%2A=3△=5)+ 与(%a4a5'九2八"3a"4'〃5 + +《%а"2△"4a孔5+ %%A%2a及3a"5 + 吗a〃2、"5)+ 月；(a4a5a"3a"e"5 + + %а"3а"5)+ 耳а5a"4a"5+ △给九51-£\ 似2%04a5a〃2\"3а〃4、% +

+ а2а4а5Дл2^^4Д^5 + 吗a4a5八〃3 А〃4 А〃5 + ^^3,^ + %'〃5 +

+ 02(1给"2a〃5+a；a5八"4△=5+a2。3%a"2a%3a〃5)一e2 (a3a4a5a"3'〃4a=5+ +U；a5△=4a〃5 千a34△〃3a"5+《A"5)-е3@4a5a"4 八〃 5十a计〃5)-石4a5△〃 5)。 Конец лк—5. Конец 尸4=0, Р4=2 и Р5 ⑴，2.

Если 尸4=1 и 尸5(i) =2, то начало при 〃к=1: %i=%A〃i； 〃1=—(SoiA+C匐А%・ Конец 〃к=1.

При Мк=2

*2= cЦe12A %/〃2 十户 10a]△〃2；

у2= -(So#i + GlP；)为A"1 A〃2 - 岱02毎+ q2%)、〃2 -ё 1。2A"2.

Конец 〃н=2.

4,187(£>i — Q') (±bhi — *вп2).4,187(£>i — Q') (±bhi — *вп2).rBillrBill4,I87Oip(4ni — ^rnl).4,I87Oip(4ni — ^rnl).吕=吕=5qCo^1Ргвп1 +4,187七邙%“15qCo^1Ргвп1 +4,187七邙%“1So。。So。。So% (^B112 一 ‘0 —、2).So% (^B112 一 ‘0 —、2).e2 =e2 =6=^o46=^o4吕=吕=e1厂BillSo%e1厂BillSo%『Bill『Bill

4,187(£>i — Q') (±bhi — *вп2).

4,187(£>i — Q') (±bhi — *вп2).

rBill

rBill

4,I87Oip(4ni — ^rnl).

4,I87Oip(4ni — ^rnl).

吕=

吕=

5qCo

^1Ргвп1 +4,187七邙%“1

5qCo

^1Ргвп1 +4,187七邙%“1

So。。

So。。

So% (^B112 一 ‘0 —、2).

So% (^B112 一 ‘0 —、2).

e2 =

e2 =

6=^o4

6=^o4

吕=

吕=

e1厂BillSo%

e1厂BillSo%

『Bill

『Bill

При мк=3I

х3=а^оаз Д^! Mt2^n3 -|- а/з▲〃扑 〃з+ а ^^п^п2+Р10«зАя3;

Рз= —(5о1?1 + С)(а2азА〃1А〃2А〃з+4'〃1Кз) — ($02%+&2匐 X ХазА&Мз—(£晟+&3弘)An3 — Ft (a2a3An2An3+а；Дп3) — F2a2An3.

Конец 〃i： = 3.

При 〃к=4

Х4=а]а2аза4、〃1ап2、〃зА〃4+а；аза4\〃2、/гз、〃4+Р1оа；А〃4+а；а4、〃з、а4+'

-]~ala^Xni^n4-[-ciia^L^n^n3\n4-]-a1a2a^n1Xn2^n4-\-CL^i，4iin2^n4} I !/4=—№l?l+Gтl^!；)(a2aзa4AnlAn2Дn3Лn44-a；a4Дn1Дn3Дn4 + ^Дtt1Дn44-

+a2a^Дn1Дn2^4) —(So2/+Ot2?2)(a3a4^n2Xn3^n4+а；Л/г2Дп4)—

—(502?з+G〉；) aM'〃4 — (Sq4%+Gt4?4)—4 — ^i (а2а3а4Дп2Дп3Дп4+

+(i扣4А〃з、〃4+а；а2А〃2А%+а；\〃4)—Е2(аза4А〃зА〃4+а；А/г4)_Ез% △% Конец Пц—4.

При 〃к=5

*5 = cЦо^аза4a5'〃1 a〃2 а〃3а〃4a〃5 + 0；a3a405A〃2 ▲九3八〃4△九5+ p10a(△〃5 + J + Q]Q4a5% 八〃 l、〃3、〃4A〃5 + a]Q；Q3A〃2A〃4A%5 + QlQ2a；Q5A%A〃2A〃4"5 + -J-a^oaaagAn^ng^^s^^s +%%А〃зА〃5 -\-a^a^a^n2^n^n5 +

+ а1аза^Дп1Л/г3ДП5-|-аз®4а5ЛПзДП4ДП5-|- a^5^n4^n5 + a]agA〃2 A 外+

+ 叩5啥〃1a〃4a〃5 + %3〃1a仆；

?5=一(501氏 + 0日件)色223a4%A/9=2a〃3'〃4△〃5 + 0(2%25△%△〃2a〃4a〃5 +

-|- аза475Дп1Ап3Дп4Дп5-]-аза^ Дп^ПзД^-}- «зАп^По -}* «2%八〃Q〃2八〃5 + +。，产5a"1△〃4a〃5十22a3a让〃1a=2a"3△〃4)- (S02+p2 + g2围)X

X (&24a5a〃2A%A〃八外+吟^а刈入乙、佐+23彳a〃2a〃3a"5+%a〃2a〃5)一

-(50з33+оt3?()色热，人'"4A名十 a/"3a=5)- (504。4+/4随3九4a〃5 -

-(So5?5+ a5勾)八生一丛。不"^&a久a%a传+ Ct24a5'"2 A=4a九5 +

+ %ja5 A九3 A也4 A儿5 + %/2"3A几5+磔寸5 + -2%a%2A/5十a；电a〃4 A=5 +

+ а^：^П2^п^n^ — E2 [^^n^n4Ln^ + ?；?5八九4八〃5 + a32!△〃3△〃5 +

+ %A〃5)—石3 (n/Q^Q% 十 a 给佐)—七4%A%・

Конец 生=5. Конец「5«) =2. Конец Р4= I.

A^Xi; 6 = 之仍■

£\ =(步061n—5)/4; Wi = Dixi-\~yi; /=1…・，％

《 = KjM；，=1「..，〃k・

Если P]o=O, то D，=D〃=D〃，= D""=0.

Конец Рм.=0.

Если Pio=l, то начало

q， 4,187。1 (%1 -Oni) . jyr

『вн2

D"，4,187 (Z?i — Q' —。") (：в"2 — *3),

『впЗ

O〃〃= 4,187 (■ — D — D" - О") (*з -。”4)

Конец Рю=1.

Если Р4 = 0, то начало. Если 尸8(')=0, то 吕—исходные

данные.

Конец R ⑴=0.

Если Pg(0 = 1, то начало: £1р=0 при /71 =0, иначе £lp=£i； Dip =0 при /72 = 0,.иначе 0^=0^

Если лк= 1, то Е；р =0 при /711=0; иначе Eip=£i.

^Bifl = ^ВП1 — ‘0 — Al ；%1 == *0 T

Soe0(Lil -0一△1)/"

；厶=]

Г ВП1

Конец 恤=1.

Если /73 = 0, то 環/=0； иначе 呼/=吃+。'.

Если /74 = 0, то £2р = 0; иначе £гр=^2-

Если 〃к = 2, то £гр =0 при П\ 1 =0; иначе £^=七2・

ЕСЛИ 厶2 *^‘0，Т。^вп21=1 ^0» ^г^^^> %вп2==%2 — %0 —%； ^вп1 =^,1 一

■~4я2 + Д2^Д1；

「вп2

Е2рГвп2 + 4」87 [IF； 4Tli + °1р (trnl — £门|[) + 七2р£вп2].

So%

S。％ (^вп! —。— *) ._『—

Конец 〃к=2.

Если /75=0, то \Г；2=0, иначе W\2=W1 + ^72+ DT-\- 1УГ.

Если /76=0, то Езр=0, иначе £3р=£3.

Если 〃к=3, то £зр=0 при П\ 1 =0; иначе Е^=Е^.

'вЗ、%0，ТО ^впЗ=:^0> 八3=0； ‘впЗ^^'виЗ — ‘0 —、3；厶口2二二'вп2 —*впз+Аз~"厶2,

101

/— ЕзрГцнЗ -L 4, 187 (昭 12‘B.12 + ^3pfBii3)

，e0

匚 So%(7112 - f3 -a2)

上2=；

4,187Dlp (/гп1 — Erg)4,187Dlp (/гп1 — Erg)，2=]зТ，2=]зТ西=/；+w*

4,187Dlp (/гп1 — Erg)

4,187Dlp (/гп1 — Erg)

，2=]зТ

，2=]зТ

So。。

自=自=Г вп1Ii + 3^Г вп1Ii + 3^So% (1 — /з) (^ВП1 —，2 — '1)

自=

自=

Г вп1

Ii + 3^

Г вп1

Ii + 3^

Конец 〃к=3.

Если /77 = 0, то 步'123=0; иначе

Н7；23 = % + 昭2 + 昭з + О' +。〃 + Q'"・

Если /78=0, то Е4р=0; иначе £4р=£4.

Если 〃м=4, то £4р =0 при /711 = 0; иначе Е；р =£4.

ЕСЛИ、匸4 <^，5 Т。*вп4==‘О；勾^^。；

爲何=^幻司一 *0 -△4；

£b]i3 = fвП3 - 4 i4 + 八4 一 △3；

e4 =

So% «ВП4 — 4 — d).

勿^=友+勿^=友+

勿^=友+

勿^=友+

邑рЛш4 +4/87 (—2303 + &P4n4).

e2 =

6=^з 4

e3=

So% (ОпЗ — *4—‘3)/”

；厶=£4叶

「внЗ

「вп2

4,187£>ip (%1 一《】〃)

上3，вп3.

s。％

e2/112

S()C (1 — A)

So% (1 — /з—『4)

尸_S0% (1 - /з -/4)(。"1 - 9 —△1).

, 七]-；

「Bill

/;=《=/;-]^11

一S。c(I 一方一九)

Конец 打=4.

22Если /79=0, то 七5P = 0； иначе 七5口=七5・ Если /710=0, то H7j234=0; иначе 昭;?з4 +0" +0"，

2

2

Если 〃н=5, то £5р=0 при /711 =0; иначе 区р =£5.

Если 0п5<‘0，Т。Qi5=%0； % = °；

，в口5=евп5 一心一m； %4 = %4一0曲+ X 一 A4；石 S。％ ("вп5 —、3 — %) .

尸вн5

•.碗)』5 + 4,187 [%234%4 + %)%5],

，5=/оН，

上2 =上2 =e3 =e3 =£4=£4=s()c° 仏口4—L 一 g . , / тs()c° 仏口4—L 一 g . , / т石4「вп4 .石4「вп4 .「вп4SoCo(:bij3-А3—%)(1 -/5)./_ / .— ；I=方寸「вп4SoCo(:bij3-А3—%)(1 -/5)./_ / .— ；I=方寸尸впЗS°Co ('вп2 — М — £；) (I —『4 —『5). { — /R尸впЗS°Co ('вп2 — М — £；) (I —『4 —『5). { — /RSo%Е3Г впЗ5()%(1 - /5)E2r впЗSo%Е3Г впЗ5()%(1 - /5)E2r впЗ「вп2「вп2So3 (I-/з-/4-/5)So3 (I-/з-/4-/5)

上2 =

上2 =

e3 =

e3 =

£4=

£4=

s()c° 仏口4—L 一 g . , / т

s()c° 仏口4—L 一 g . , / т

石4「вп4 .

石4「вп4 .

「вп4

SoCo(:bij3-А3—%)(1 -/5)./_ / .

— ；I=方寸

「вп4

SoCo(:bij3-А3—%)(1 -/5)./_ / .

— ；I=方寸

尸впЗ

S°Co ('вп2 — М — £；) (I —『4 —『5). { — /R

尸впЗ

S°Co ('вп2 — М — £；) (I —『4 —『5). { — /R

So%

Е3Г впЗ5()%(1 - /5)

E2r впЗ

So%

Е3Г впЗ5()%(1 - /5)

E2r впЗ

「вп2

「вп2

So3 (I-/з-/4-/5)

So3 (I-/з-/4-/5)

.,4,187£>1р (/Г1(1 — Gm)

Го ^== /3 "т-■,

S()Co(l — /з— /4 — /б)

e1 =e1 =S/o (1—/3—/4—/5) (%nl — Al — %).

e1 =

e1 =

Г вп1

/=6=勾十血西——

^о^о (1—/з—了4—/б)

Конеи р4=0. конец 尸8(。= 1.

Если「4=1, то начало。中=0 при /71=0； иначе Dlp=Di-

8Q. Если пк= 1, то £\р=0 при /76=0; иначе £1Р=£ь

Если /77=0, то fip=0; иначе £jp=£'1.

ЕСЛИ %вп1 < °，Т。％вп1=:，0；八1 =。； ^-вн1 = ^вп1 —‘0 —“1；

6 = ^0 + ~■- {Е1рГвн1 十4,187 広 1р6ш1 + 2 "rnl — 4nl)]}- So%

Конец 九联=1.

Если 小=2, то W/—0 при /75=0; иначе 步к)'=昭i+°'・ ：2р=0 при 776 = 0; иначе £^=七2・

12P=0 при /77=0; иначе £2р=^2-

Если /вп*^'。，т。^вп==^о» △з2^ 0j /виа^/вп? — "о —，2；

%вп1 = Ori — *вп2 +、2 —、1 ；

Jo+ 一-広р』г+4,187 (国4,2+储41)]；

/.4,187% (京]1一上%)

4,1872% «mi — %1)4,1872% «mi — %1)Sol%Sol%4,187Djp (^rni — %])4,187Djp (^rni — %])ti = t2-\ti = t2-\厶=/2】厶=/2】4»187Dip (斤“ —％/4»187Dip (斤“ —％/^01^01^01^01£1=*кип2£1=*кип2^о^ос2^о^ос2丄，2丄，2《 弓《 弓方2方2Конец 〃н = 2.101. Если /75=0, то 1Г；2=0; иначе W，i2=W1-\-W2 + Dr -}- D,r. Если /76 = 0, то £3р=0; иначе £"зр = Ез・Конец 〃н = 2.101. Если /75=0, то 1Г；2=0; иначе W，i2=W1-\-W2 + Dr -}- D,r. Если /76 = 0, то £3р=0; иначе £"зр = Ез・^о^ос2^о^ос2

4,1872% «mi — %1)

4,1872% «mi — %1)

Sol%

Sol%

4,187Djp (^rni — %])

4,187Djp (^rni — %])

ti = t2-\

ti = t2-\

厶=/2】

厶=/2】

4»187Dip (斤“ —％/

4»187Dip (斤“ —％/

^01^01

^01^01

£1=*кип2

£1=*кип2

^о^ос2

^о^ос2

丄

，2

丄

，2

《 弓

《 弓

方2

方2

Конец 〃н = 2.

101. Если /75=0, то 1Г；2=0; иначе W，i2=W1-\-W2 + Dr -}- D,r. Если /76 = 0, то £3р=0; иначе £"зр = Ез・

Конец 〃н = 2.

101. Если /75=0, то 1Г；2=0; иначе W，i2=W1-\-W2 + Dr -}- D,r. Если /76 = 0, то £3р=0; иначе £"зр = Ез・

^о^ос2

^о^ос2

Конец 〃к = 2.

Если /72 = 0, то £^=0； иначе £2р=^2-

Если 〃к=3, то 1匕2=° ПРИ ^75=0; иначе ^2=^ +\Г2-1

+ 〃 +。".

Е3р = 0 при /76=0; нначе Езр=Ез・

石2口=0 при /77 = 0; иначе £зр =Ез.

ЕСЛИ /впз *\^о» Т。脸3三*0； ‘З^^О； ^вчЗ== ^впЗ — ‘0 —“3；爲也二1。]」'—■

-。]3f A3-'2； ^3=4+-~ [езргвИз+з 187(£^褊3 + 1%2端2)]；

4=4+^l； A=/十*；『硏

30co3。2С0

Конец 〃к = 3.

Если /73 = 0, то £зр=0； иначе £зр=^з-

Если 〃к=4, то IF；2з=0 при /75=0; иначе W 123=1^i +^2+ -YW^D^D^^^.

Е4P=0 при /76 = 0; иначе £4р=£4.

Ер=0 при /77=0; иначе Е4р—ЕА.

Если £вп4</о，ТО £вп4=£о；工4 = °；

^вп4== %вп4 ‘0&； /внЗ^^ *впЗ 厶口4 + 厶4 ~ 八3，

£4=^0— [£4рГвп4-[-4,187 (七4卩编14+ 昭 123^впЗ)]；

So。。

/i+鼻口；J4+守；

S()4co^оЗ^О^o2^o

$013

Конец 〃к=4.

Если /74 = 0, то £4р=0； иначе Е4р=Е^

Если 厶=5, то 呼；234=0 при /75—0; иначе W1234= V^i +

+吃+ %+吃+"' +少+0'"十Q""・

£5ь=0 при /76=0; иначе Е^—Е^

£ 5Р = 0 при /77=0; иначе £5₽=£5.

Если /вп5</0, то Ou5=fo； %=0；

4п5 = ^ви5 一 %)-△5； ^вп4 = f вп4 - 4п5 + а5 -△4；

£5=4+ s) “ 広5Р「впб+4,187 {Е5р/Вп5 + W 12з4^вп4)]

^04со4%2С033()232

Коней 〃к=5. Конец Р4= 1.

9二 Если Р《=2, то начало Oip = 0 при /71=0; иначе 3p=3；篇=(%1 -^вп i -工)■

从р=0 при 772=0 иначе £ip = Ei-

Если A=l, то £\p=0 при /711 = 0; иначе £；卩=耳.

Если /вп1</0, то %『 = 0; А]=0;

Аш=а — *о —工；’1=А)十 w[七 1рГша + 4 J87(£1Р/вп1 -]-Dlp^rn)].

Конец 〃к= 1.

Если 773=0, то ^/=0; иначе W{f=W{+Df.

Если /74=0, то Е^=0\ иначе £2р=^2-

Если 也卜—~ 2, то 七2р~^。при /711 = 0; иначе fgp2-= -^2* f預【2 — еви2 — *0 一\2； 'BП1 =0"1 一0П2 +'2 -a1 ；

£2 = AHI 一広2рги口2 + 4,187 (/备成+ 吃』1)]；

/лий +4,187 [0 (f门][-二"]-AD]

Если 〃к=3, то £'зр=0 при /711 = 0; иначе Езр=Е3. Еслн £впЗ<*0, ТО АшЗ=А)；八3=0；

ЛmЗ = *13 =/0 -а3； %12 =*[2 - *3+а3 -A2；

£з = £о+[^Зргвпз+ 4,187 (丛卩褊3+ W 12^вп2)]；

*2 = *кнпз +

g^/2十七 1『вп2 + 4,187 [£)ip (/门о — ^вп1—А»]

Конец 〃к=3.

Зак. 133

wГ123=0； иначе 1%2з=%+略+ %+wГ123=0； иначе 1%2з=%+略+ %+иначе Е4р=£4-иначе Е4р=£4-‘3 ^^ *кнп4 +‘3 ^^ *кнп4 +Ез'впЗЕз'впЗ方0方0

wГ123=0； иначе 1%2з=%+略+ %+

wГ123=0； иначе 1%2з=%+略+ %+

иначе Е4р=£4-

иначе Е4р=£4-

‘3 ^^ *кнп4 +

‘3 ^^ *кнп4 +

Ез'впЗ

Ез'впЗ

方0

方0

ЕСЛИ /77=0, ТО

^rDf^rD,T^D,,\

Если /78 = 0, то Е4P=()■;

Если а=4, то £；р=0 при /711 = 0; иначе Е4P=&

Если %“4<7о, то 右”4=/。； Д4=°；

〃=九+広4ргвт+ 4,187 伍4?*4十-23%3)］； So"

%%%%%1== 'Kiin2 Ч"%1== 'Kiin2 Ч"£1ГВ111 + 4,187°ip (^rni — Mil — 厶1)£1ГВ111 + 4,187°ip (^rni — Mil — 厶1)S。妞2［豆+面S。妞2［豆+面瓦6。瓦6。方2方2

%

%

%

%

%1== 'Kiin2 Ч"

%1== 'Kiin2 Ч"

£1ГВ111 + 4,187°ip (^rni — Mil — 厶1)

£1ГВ111 + 4,187°ip (^rni — Mil — 厶1)

S。妞2［豆+面

S。妞2［豆+面

瓦

6。

瓦

6。

方2

方2

勿

/.E2r вп2

f2 = *кипЗ Iг

So%% I % +

Конец 匐н=4・

Если /79=0, то W/1234=0； иначе 昭；234=叫 +吃+ 恥十 ^W^D'^iy' + D"' + D"".

Если /710 = 0, то £^р=0; иначе £^=丛・

Если 厶=5, то Ер=。при П11=0; иначе Е^=Е^

Если /вп5<4> то 端5="； д5=0;

^вп5 = ^вп5 — ‘0—厶5；^Bii4=4n4 — ^впбЧ- ^5 —厶4，

6 = /° +」一 ［F5prBn5+4,187 (臨乙逐十 1^12344.14)］；

,石 4“ вп4

/4 =小5+一丄_纟

S。縫5 ［石 + 而 3。一 fc5

^3r=^Knii4-t^3r=^Knii4-tЕзр「внЗЕзр「внЗ吼口上+靑（吼口上+靑（、、'о'о

^3r=^Knii4-t

^3r=^Knii4-t

Езр「внЗ

Езр「внЗ

吼口上+靑（

吼口上+靑（

、

、

'о

'о

七1卩厂 Bui + 4,187 [£>ip (^nii — ^вп1 — »]七1卩厂 Bui + 4,187 [£>ip (^nii — ^вп1 — »]

七1卩厂 Bui + 4,187 [£>ip (^nii — ^вп1 — »]

七1卩厂 Bui + 4,187 [£>ip (^nii — ^вп1 — »]

Конец 〃н=5. Конец Р《=2.

Если『丄哀，-]|>0.01, то перейти к п. 8.

Конец >0,01.

Если — <0,01, то начало.

S『争卜，+ e"；一,九.S『争卜，+ e"；一,九.Если「4 = 0 или Р4 = 2, то

S『争卜，+ e"；一,九.

S『争卜，+ e"；一,九.

при р5(，) =1

Конец「4=0 или 尸4=2.

Если Р4= 1, то Sci= (1+т) G".

Конец Р《=1.

Ш・ В= IFj—Вт； 2=1,…,〃к・

△/н； = 2,уг^; 2=1,…，厶.

Выдать на печать в последовательности:

• / • / • / • \ •

"тобщ，&ГН1，Кип / ? ^вп /» А/，

/；;。； S; So； 1%; G"；

Ki；叫；Qi；尸A A%, %”

&, ",•,瓦，biEj.

5*107

Глава 7

ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ВЫПАРНЫХ УСТАНОВОК

Конденсаторы

В промышленности для повышения суммарной полезной разности температур и увеличения кратности использования пара, а также в соответствии с технологическими требованиями раствор часто выпаривают под вакуумом. В таких условиях работают многие однокорпусные выпарные установки и последние корпуса многокорпусных выпарных установок.

Для получения вакуума в выпарных аппаратах вторичный пар, образующийся при выпаривании раствора, необходимо конденси- ровать. Для этого необходимо либо соприкосновение пара с охлаждающей поверхностью, либо непосредственное его смешение с охлаждающей водой. В первом случае конденсация пара происходит в поверхностных конденсаторах, во втором ——в конденсаторах смешения.

Поверхностные конденсаторы представляют собой горизонтальный или вертикальный теплообменник, поверхность теплообмена которого выполнена либо из листов (пластинчатый), либо из труб (кожухотрубчатый). Поверхностные конденсаторы сложны по устройству, металлоемки, имеют высокую стоимость и обладают большим гидравлическим сопротивлением. К недостаткам поверхностных конденсаторов относится также и то, что для обеспечения их стабильной работы на охлаждение необходимо подавать чистую воду. В противном случае происходит инкрустация поверхности теплообмена, что вызывает резкое уменьшение коэффициента теплопередачи. Кроме того, снижение интенсивности охлаждения при инкрустации поверхности теплообмена вызывает неустойчивую работу вакуумной системы, а следовательно, выпарной установки.

Поверхностные конденсаторы наиболее целесообразно применять в случаях, когда необходимо получение абсолютно чистого конденсата вторичного пара, когда в паре содержатся агрессивные вещества, загрязняющие промышленные стоки, и в случае, если в качестве охлаждающего теплоносителя используют исходный раствор. В остальных случаях наиболее целесообразно применение конденсаторов смешения. Эти конденсаторы более просты по конструкции, имеют меньшие размеры и менее металлоемки, отличаются простотой ремонта и эксплуатации. В конденсаторах смешения меньше расход охлаждающей воды, так как они обес-, печивают возможность получения более высоких температур смеси (конденсат, охлаждающая вода). Это объясняется тем, что разность между температурой конденсации вторичного пара и конечной температурой выходящей смеси в конденса горе смешения 2—3「рад, а в поверхностных конденсаторах 7—10 град. Однако конденсаторы смешения требуют более высокого расхода электро- 108

энергии на удаление инертных газов, так как помимо газа, содер- яощегося в паре и попадающем через неплотности в воздухе, дополнительно выделяется воздух из охлаждающей воды (в 1 л воды при температуре 20° С содержится около 25 мг воздуха).

Для оснащения выпарных установок, упаривающих солесодер- жашне растворы, наиболее широко применяют конденсаторы смешения.

Согласно ОСТ 26-716—73 для оснащения выпарных установок применяют кожухотрубчатые (рис. 52), пластинчатые конденсаторы (рис. 43) и конденсаторы смешения (рис. 54).

горизон- Поверх-горизон- Поверх-На рис. 52 приведена типовая конструкция кожухотрубчатого конденсатора. В зависимости от потребностей предприятия

горизон- Поверх-

горизон- Поверх-

такой конденсатор изготовля-

ют в вертикальном и тальном исполнении.

Рис. 53. Пластинчатый конденсатор: 1——опорная стойка; 2—пакет пластин

Рис. 54. Конденсатор смешения

L T1 ——！•

Ис 52. Кожухотрубчатый конденсатор с расширителем

ность теплообмена конденсатора выполняют из труб пнаметром 25 X 2 мм длнно》 3000- 4。。。 S 6000 мм・ Для равномерного поп— вода вторичного пара к трубкам конденсатора устанавливают рас， ЕЕритель на корпусе нлн устраняют иасть трубок в зоне вхопа пара，Етуиер отвода неконденснруюЕНХСН「азов в кожухотрубча， тнх конденсаторах располагают со сторонн》 противоположной Етуиеру подвода пара，параметра S основное размерь- TISOBb-x кожукотрубиатнх конденсаторов гтрнведенн в табл，9・В послеинне 「onbl для кониенсаинн вторичного пара выпар， Hoseустановка применяют разборнне пластинчатые конденсаторы- отлнчаклцкесн высокое интенсивностью теплообмена- компактно; стью・ доступностью для оинсткн поверхности теплообмена от на， hHmrПараметры конденсаторов пластнних разборнЕХ прнвеа денн в Та6л・1о・ность теплообмена конденсатора выполняют из труб пнаметром 25 X 2 мм длнно》 3000- 4。。。 S 6000 мм・ Для равномерного поп— вода вторичного пара к трубкам конденсатора устанавливают рас， ЕЕритель на корпусе нлн устраняют иасть трубок в зоне вхопа пара，Етуиер отвода неконденснруюЕНХСН「азов в кожухотрубча， тнх конденсаторах располагают со сторонн》 противоположной Етуиеру подвода пара，параметра S основное размерь- TISOBb-x кожукотрубиатнх конденсаторов гтрнведенн в табл，9・В послеинне 「onbl для кониенсаинн вторичного пара выпар， Hoseустановка применяют разборнне пластинчатые конденсаторы- отлнчаклцкесн высокое интенсивностью теплообмена- компактно; стью・ доступностью для оинсткн поверхности теплообмена от на， hHmrПараметры конденсаторов пластнних разборнЕХ прнвеа денн в Та6л・1о・Та 6 лмиа 10Та 6 лмиа 10/87 65432—Р Й s о а平е『ОО 3ООО сл obiОСТ) 3о biо3ОСиОN32 n s = о я 2g 当 3 3 36 5 У •—3 0Sg3二g5ОУ石о оЪ1•""6СлЪ|ND—О6225ОО；О О О оУЕВ~少£】深5 36—13339* • ■* • У ・3 » • у-•54448 2-‘-—555О66一 -•3 32- • - •у2558 83 3 3 3I 4 I 4=1ёё ssIlli =3 6 3345143 О Q О 5 О 7 О О О О О О»6—8613 g 7^ О 00 ОО —/87 65432—Р Й s о а平е『ОО 3ООО сл obiОСТ) 3о biо3ОСиОN32 n s = о я 2g 当 3 3 36 5 У •—3 0Sg3二g5ОУ石о оЪ1•""6СлЪ|ND—О6225ОО；О О О оУЕВ~少£】深5 36—13339* • ■* • У ・3 » • у-•54448 2-‘-—555О66一 -•3 32- • - •у2558 83 3 3 3I 4 I 4=1ёё ssIlli =3 6 3345143 О Q О 5 О 7 О О О О О О»6—8613 g 7^ О 00 ОО —тепловоз S здропннаммческий расчеты пластннчатнх конпен， 「аторов прм объемном содержании неконируклцихсн газов от S по 70弗 вьэолняют по РТМ 26・01<84——76 《конденсатора Пла，тепловоз S здропннаммческий расчеты пластннчатнх конпен， 「аторов прм объемном содержании неконируклцихсн газов от S по 70弗 вьэолняют по РТМ 26・01<84——76 《конденсатора Пла，

ность теплообмена конденсатора выполняют из труб пнаметром 25 X 2 мм длнно》 3000- 4。。。 S 6000 мм・ Для равномерного поп— вода вторичного пара к трубкам конденсатора устанавливают рас， ЕЕритель на корпусе нлн устраняют иасть трубок в зоне вхопа пара，Етуиер отвода неконденснруюЕНХСН「азов в кожухотрубча， тнх конденсаторах располагают со сторонн》 противоположной Етуиеру подвода пара，

параметра S основное размерь- TISOBb-x кожукотрубиатнх конденсаторов гтрнведенн в табл，9・

В послеинне 「onbl для кониенсаинн вторичного пара выпар， Hoseустановка применяют разборнне пластинчатые конденсаторы- отлнчаклцкесн высокое интенсивностью теплообмена- компактно; стью・ доступностью для оинсткн поверхности теплообмена от на， hHmrПараметры конденсаторов пластнних разборнЕХ прнвеа денн в Та6л・1о・

ность теплообмена конденсатора выполняют из труб пнаметром 25 X 2 мм длнно》 3000- 4。。。 S 6000 мм・ Для равномерного поп— вода вторичного пара к трубкам конденсатора устанавливают рас， ЕЕритель на корпусе нлн устраняют иасть трубок в зоне вхопа пара，Етуиер отвода неконденснруюЕНХСН「азов в кожухотрубча， тнх конденсаторах располагают со сторонн》 противоположной Етуиеру подвода пара，

параметра S основное размерь- TISOBb-x кожукотрубиатнх конденсаторов гтрнведенн в табл，9・

В послеинне 「onbl для кониенсаинн вторичного пара выпар， Hoseустановка применяют разборнне пластинчатые конденсаторы- отлнчаклцкесн высокое интенсивностью теплообмена- компактно; стью・ доступностью для оинсткн поверхности теплообмена от на， hHmrПараметры конденсаторов пластнних разборнЕХ прнвеа денн в Та6л・1о・

Та 6 лмиа 10

Та 6 лмиа 10

/87 65

4

3

2—

Р Й s о а平е『

О

О 3

ООО сл obi

О

СТ) 3

о bi

о

3

О

Си

О

N3

2 n s = о я 2

g 当 3 3 3

6 5 У •

—3 0

Sg3

二g

5О

У石о о

Ъ1•""

6СлЪ|

ND—

О6

22

5О

О；

О О О о

УЕВ

~少£】

深

5 3

6—1333

9* • ■* • У ・

3 » • у

-•5444

8 2

-‘-—555

О66

一 -•3 3

2- • - •

у2

558 8

3 3 3 3

I 4 I 4

=1

ёё ss

Illi =3 6 3

345143 О Q О 5 О 7 О О О О О О»

6—8613 g 7^ О 00 ОО —

/87 65

4

3

2—

Р Й s о а平е『

О

О 3

ООО сл obi

О

СТ) 3

о bi

о

3

О

Си

О

N3

2 n s = о я 2

g 当 3 3 3

6 5 У •

—3 0

Sg3

二g

5О

У石о о

Ъ1•""

6СлЪ|

ND—

О6

22

5О

О；

О О О о

УЕВ

~少£】

深

5 3

6—1333

9* • ■* • У ・

3 » • у

-•5444

8 2

-‘-—555

О66

一 -•3 3

2- • - •

у2

558 8

3 3 3 3

I 4 I 4

=1

ёё ss

Illi =3 6 3

345143 О Q О 5 О 7 О О О О О О»

6—8613 g 7^ О 00 ОО —

тепловоз S здропннаммческий расчеты пластннчатнх конпен， 「аторов прм объемном содержании неконируклцихсн газов от S по 70弗 вьэолняют по РТМ 26・01<84——76 《конденсатора Пла，

тепловоз S здропннаммческий расчеты пластннчатнх конпен， 「аторов прм объемном содержании неконируклцихсн газов от S по 70弗 вьэолняют по РТМ 26・01<84——76 《конденсатора Пла，

二1 а о л и ц а у

Внутренний лнаметр кожуха %н，мм

Расход конденсируемого кара1, кг/ч

Длина трубки, мм

Общая высота Н, мм

Число ходов по 1рубам, шг.

Поверх нос гь конченса- цни, м2, при d^^ 25 MM и длине труб 1, мм

Площа ib сеиення одного хода 尸•10、m>

Дмамсгры штуцеров, мм, иля

пара

(Л)

1Ю 'lb! S) прн числе хою»

конденсата (В)

некинленск- рующихся газов (Д)

3000

4000

6000

4

6

600

100- 1300

3000

4000

6000

3890

4890

6890

4

36

38

72

12

400

15()

10()

100

50

6

34

46

68

8

800

2000 -4000

ЗЭ00 4000 6000

3970

4970

6970

4

74

9S

148

27

600

20()

150

150

80

6

74

98

146

16

1000

3600-7400

3000

4000

6000

4200

5200

7200

4

137

182

274

47

800

100

6

134

178

268

32

1200

5600 11 500

3000

4000

6000

4380

5380

7380

4

211

282

422

77

900

250

200

200

150

6

208

277

416

48

1400

12 500-19 000

4000

6000

5630

7630

4

一

4G8

704

120

1000

250

700

250

150

6

462

692

81

1600

17 000—25 500

4()00

6000

5640

1640

4

—

630

946

169

1200

350

300

6

—

624

936

Ill

1800

32 000

4000

7840

4

一

1204

211

1400

400

350

300

200

6

—

—

1194

143

2000

39 000

6000

8100

4

1443

263

1500

500

400

6

—

--

1438

145

丨 Ориентировочные значения расхода приведены для вторичных паров, содержащих не более 0.2% некондспспруюишхся газов Примечание. Гсмпература конденсации 313—318 К (40—45° С).

一^一一 一,

стинчатые для парогазовых смесей. Метод теплового и гидроме^ ханического расчета», а при объемном содержании этих газов менее 10%」no РТМ 26-01-107—78 «Теплообменники пластинчатые. Метод теплового и гидромеханического расчета».

На рис. 54 приведена типовая конструкция конденсатора смв шения. Параметры конденсаторов смешения и основные их размеры указаны в табл. 11.

Таблица 11

Диаметр корпуса кон1енса- т°Ра Овн， MV

Расход пара, кг/ч

Высота Н, мм

Масса кон 】енса・ тора (ориентировочно), кг

Диаметры штуцеров, мм, для

пара ⑷

во чы (5)

ВО1Ы

(В)

марогазо* вой смеси (Г)

воЗдуха (Д)

600

800

1000

1500

2510

2650

500

700

300

350

159

150

100

25

200

1000

2500

3980

930

500

200

150

5。

1200

4000

4813

1415

600

300

1400

6000

5839

2230

700

250

350

200

65

1600

8000

6529

2910

800

300

400

250

2000

14 000

8053

5159

10U0

350

500

300

Примечания: 1. Для конденсаторов, указанных в таблице, давление в нижней ступени 98 Па, температура конденсации 318 К (45° С), температура воды, поступающей в конденсатор, 293 К (20° С).

2. Конденсаторы диаметром 600 и 800 мм изготовляют с фланцевым разъемом.

3. Пример условного обозначения конденсатора бароуетрического с диаметром корпуса 1200 мм: конденсатор барометрический КБ 1200, ОСТ 26-715—73.

Для оснащения выпарных установок большой единичной мощности можно использовать нестандартные конденсаторы смешения, например разработанный УкрНИИХИММАШем на производительность 28 000 кг/ч (рис. 55). Диаметр конденсатора 2600 мм_ Принятая конструкция распределителя / охлаждающей воды и применение сдвоенных полок 2 позволили увеличить допустимую скорость пара по сечению конденсатора до 60 м/с. Замена выносного циклонного каплеотделителя встроенным сетчатым каплеот- делптелем 3 обеспечила увеличение степени очистки отсасываемого воздуха н уменьшение размеров аппарата. Разработанный конденсатор смешения в 2 раза производительнее типовых однопо лочных конденсаторов.

Вакуум-насосы

Для удаления пеконденсирующих- ся газов из конденсаторов применяют вакуум-насосы водокольцевые или вращательные с жидкостным поршнем и пароэжекторные.

Водокольцевые вакуум-насосы отличаются простотой устройства, удобством сборки и ремонта в условиях эксплуатации; их можно применять для откачки взрывоопасных и ядовитых газов. Эти вакуум-насосы снабжены автоматически действующими саморегулируемымп гидравлическими уплотнениями, исключающими проннк~ новение газа из рабочей камеры и вытекание уплотняющей жидкости из системы.

Согласно ОСТ 26-12-1113—74 характеристика вакуум-насосов типа ВВН приведена в табл. 12 и показана на рис. 56.

При эксплуатации водокольцевьтх вакуум-насосов необходимо наблюдать за показаниями контрольно-измерительных приборов II периодически подтягивать сальниковые уплотнения. Наиболее рационально менять уплотнения 2 раза в месяц. Для обеспечения нормальной работы вакуум-насосов необходимо следить за подачей воды для образования жидкостного кольца. Рекомендуемая температура воды — не выше 15℃. В противном

Рис. 55. Двусторонний конденсатор смешения конструкции УкрНИИХИММАШаРис. 55. Двусторонний конденсатор смешения конструкции УкрНИИХИММАШаслучае снижается производительность вакуум-насоса. На работу вакуум-насоса существенно влияет и давление воды, подаваемой для создания жндко-

Рис. 55. Двусторонний конденсатор смешения конструкции УкрНИИХИММАШа

Рис. 55. Двусторонний конденсатор смешения конструкции УкрНИИХИММАШа

стного поршня. Отклонение давления от 202 кПа приводит к снижению производительности вакуум-насоса.стного поршня. Отклонение давления от 202 кПа приводит к снижению производительности вакуум-насоса.При откачке из конденсаторов агрессивных газов для защиты вакуум-насоса от коррозии его либо изготовляют из кислотостойкого материала, либо защищают кислотостойкими материалами. Кроме того, перед насосами необходимо устанавливать уловители газов.

стного поршня. Отклонение давления от 202 кПа приводит к снижению производительности вакуум-насоса.

стного поршня. Отклонение давления от 202 кПа приводит к снижению производительности вакуум-насоса.

Кроме водокольцевых вакуум-насосов для откачки инертных 「азов II паров из конденсаторов широко применяют пароэжектор- нне вакуум-насосы. Они отличаются простотой конструкции и эк-

Марка насосаНоминальная производи гель- иость, м3 'мииМаксимальный вакуум, %Удельный расход волы при нормальных условиях, М3/М3Мощное гь электрошигателя, кВгВВН-1,52,3900,0064,0ВВН-33,0—0,0117.5ВВН-66,0950,01818,5ВВН-1212,00,0322ВВН-2525,0960,0538ВВН-5050,0950,084110Марка насосаНоминальная производи гель- иость, м3 'мииМаксимальный вакуум, %Удельный расход волы при нормальных условиях, М3/М3Мощное гь электрошигателя, кВгВВН-1,52,3900,0064,0ВВН-33,0—0,0117.5ВВН-66,0950,01818,5ВВН-1212,00,0322ВВН-2525,0960,0538ВВН-5050,0950,084110Примечание. При номинальной производительности вакуум 70%.Примечание. При номинальной производительности вакуум 70%.от 10газо-от 10газо-ПарПарСпесьСпесьВодаВодаВыхлопВыхлоп57. Схема вакуумной установки:57. Схема вакуумной установки:/ и 2—сопло первой н второй ступени： 3— конденсатор; 4—барометрическая емкость/ и 2—сопло первой н второй ступени： 3— конденсатор; 4—барометрическая емкость、、Рис.Рис.чача—мощность; Л — вакуум в %)—мощность; Л — вакуум в %)ПараметрыВеличина параметраноминальнаяминимальнаямаксимальнаяДавление рабочего пара, МПа1,0 0,60,980,581」 0,7Температура рабочего пара, К, при абсолютном давлении, МПа:1.00,6452431451430523483Гемпература охлаждающей воды, К301Не ограничена301Давление на выходе эжектора ступени (абсолютное), МПа, при остаточном давлении на входе, кПа: 0,13—10,4 2100,110,130』0,12Средняя молекулярная масса некон- денспрующнхся газов в откачиваемой смеси302050Содержание водяного пара в отсасываемой смеси по массе, %, прн абсолютном давлении рабочего пара, МПа: 1,0 0,620 ил» 400 или 2010 или 300 или 2030 или 5020 или 40ПараметрыВеличина параметраноминальнаяминимальнаямаксимальнаяДавление рабочего пара, МПа1,0 0,60,980,581」 0,7Температура рабочего пара, К, при абсолютном давлении, МПа:1.00,6452431451430523483Гемпература охлаждающей воды, К301Не ограничена301Давление на выходе эжектора ступени (абсолютное), МПа, при остаточном давлении на входе, кПа: 0,13—10,4 2100,110,130』0,12Средняя молекулярная масса некон- денспрующнхся газов в откачиваемой смеси302050Содержание водяного пара в отсасываемой смеси по массе, %, прн абсолютном давлении рабочего пара, МПа: 1,0 0,620 ил» 400 или 2010 или 300 или 2030 или 5020 или 40

Марка насоса

Номинальная производи гель- иость, м3 'мии

Максимальный вакуум, %

Удельный расход волы при нормальных условиях, М3/М3

Мощное гь электрошигателя, кВг

ВВН-1,5

2,3

90

0,006

4,0

ВВН-3

3,0

—

0,011

7.5

ВВН-6

6,0

95

0,018

18,5

ВВН-12

12,0

0,03

22

ВВН-25

25,0

96

0,05

38

ВВН-50

50,0

95

0,084

110

Марка насоса

Номинальная производи гель- иость, м3 'мии

Максимальный вакуум, %

Удельный расход волы при нормальных условиях, М3/М3

Мощное гь электрошигателя, кВг

ВВН-1,5

2,3

90

0,006

4,0

ВВН-3

3,0

—

0,011

7.5

ВВН-6

6,0

95

0,018

18,5

ВВН-12

12,0

0,03

22

ВВН-25

25,0

96

0,05

38

ВВН-50

50,0

95

0,084

110

Примечание. При номинальной производительности вакуум 70%.

Примечание. При номинальной производительности вакуум 70%.

от 10газо-

от 10газо-

Пар

Пар

Спесь

Спесь

Вода

Вода

Выхлоп

Выхлоп

57. Схема вакуумной установки:

57. Схема вакуумной установки:

/ и 2—сопло первой н второй ступени： 3— конденсатор; 4—барометрическая емкость

/ и 2—сопло первой н второй ступени： 3— конденсатор; 4—барометрическая емкость

、

、

Рис.

Рис.

ча

ча

—мощность; Л — вакуум в %)

—мощность; Л — вакуум в %)

Параметры

Величина параметра

номинальная

минимальная

максимальная

Давление рабочего пара, МПа

1,0 0,6

0,98

0,58

1」 0,7

Температура рабочего пара, К, при абсолютном давлении, МПа:

1.0

0,6

452

431

451

430

523

483

Гемпература охлаждающей воды, К

301

Не ограничена

301

Давление на выходе эжектора ступени (абсолютное), МПа, при остаточном давлении на входе, кПа: 0,13—10,4 210

0,11

0,13

0』

0,12

Средняя молекулярная масса некон- денспрующнхся газов в откачиваемой смеси

30

20

50

Содержание водяного пара в отсасываемой смеси по массе, %, прн абсолютном давлении рабочего пара, МПа: 1,0 0,6

20 ил» 40

0 или 20

10 или 30

0 или 20

30 или 50

20 или 40

Параметры

Величина параметра

номинальная

минимальная

максимальная

Давление рабочего пара, МПа

1,0 0,6

0,98

0,58

1」 0,7

Температура рабочего пара, К, при абсолютном давлении, МПа:

1.0

0,6

452

431

451

430

523

483

Гемпература охлаждающей воды, К

301

Не ограничена

301

Давление на выходе эжектора ступени (абсолютное), МПа, при остаточном давлении на входе, кПа: 0,13—10,4 210

0,11

0,13

0』

0,12

Средняя молекулярная масса некон- денспрующнхся газов в откачиваемой смеси

30

20

50

Содержание водяного пара в отсасываемой смеси по массе, %, прн абсолютном давлении рабочего пара, МПа: 1,0 0,6

20 ил» 40

0 или 20

10 или 30

0 или 20

30 или 50

20 или 40

сплуатации (в связи с отсутствием движущихся частей), долговечностью, незначительными размерами и невысокой стоимостью. Кро-

ме того, пароэжекторные вакуум-насосы позволяют получать более глубокий вакуум (до 99%).

Схема простейшего двухступенчатого пароэжекторного вакуум-

насоса приведена на рис. 57.

Для оснащения выпарных установок согласно ТУ 26-04-598— 78 применяют типовые конструкции пароэжекторных вакуум-на

сосов производительностью до 1250 кг/ч отсасываемой вой смеси.

Расчетные параметры пароэжекторных в а ку ум - н асосов, регламентируемые техническими условиями, приведены в табл. 13.

Значения производительности и нормы расхода пара и воды типовых пароэжекторных ваку-

ум-насосов, применяемых для комплектации выпарных установок, приведены в табл. 14.

Как видно из таблицы, в зависимости от давления рабочего пара и содержания пара в откачиваемой смеси вып}гскают четыре типа пароэжекторных вакуум-насосов:

1—на давление рабочего пара 1,0 МПа и номинальное содержание водяного пара в смеси 20% по массе;

II—на давление рабочего пара 1,0 МПа и номинальное содер' жанпе водяного пара в смеси 40% по массе;

— на давление рабочего пара 0,6 МПа и при отсутствии водяного пара в смеси;

— на давление рабочего пара 0,6 МПа и номинальное содержание пара в смеси 20% по массе.

Для обеспечения нормальной работы многоступенчатых паро- 0》кекторных вакуум-насосов между ступенями сжатия устанавлн-

Абсолютное давление у вхспа, кПа

чес гво смеси, кг/ч

Pacxo.i “ара, кг/ч (не 6олее)/расхо1 во им. м3/ч (не более) чля вакуум-насоса тина

1

и

111

10

56 2,5

47 2

80 3

70 3

16

90 3,5

75 3

130 4

ПО 4

25

140 3

115 4

200 6

170 6

40

225 8

185 7

320 9

270 9

5,3

64

360 13

300 10

510 14

440 14

100

560 20

460 16

800 22

680 22

160

900 32

740 26

1280 35

1100 35

250

1400 50

1150 40

2000 55

1700 55

400

2250 80

1850 64

3200 90

2700 90

640

3600 130

3000 !00

5100 140

4400 140

1000

5600 200

4600 160

8000 220

6800 220

20

90 2

80 2

120 263

10,6

32

145 3

130 3,2

210 3,2

185 3,5

50

225 4,5

200 5

290 5,5

80

360 7,5

320 8

530 8

470 9

123

560 12

500 13

820 13

730-14

200

800 18

800 20

1320 20

1160/22

320

1450 29

1280 32

2100 32

1863,58j

500

2250 45

2000 50

3300 50

2900/551

800

3600 72

3200 80

5300 80

470W 88

1250

5600 ИЗ

5000 125

8200 125

7300 138

40

140 2

120 2,5

220 2

185 2,5

21,2

64

230 3

350 3

300.4

100

350 4,5

300.5,5

540 4,5

460 5,5

160

560 8

870 8

740 9

250

880 12

1350 12

1150 14

400

1400 19

1200 22

2200 19

1850 22

640

2250 30

1900 35

3500 30

2950 35

1000

3500 45

3000 55

5400 45

4600 55

вают промежуточные конденсаторы, в которых конденсируется рабочий пар предыдущей степени; в результате в последующую ступень поступают только неконденсирующиеся газы с незначительным содержанием водяного пара.

Для быстрого достижения вакуума при пуске выпарной установки применяют пароэжекторные вакуум-насосы, совмещенные с водокольцевым вакуум-насосом.

Как отмечено, вакуумные насосы необходимы для удаления из системы неконденсирующейся парогазовой смеси, образующейся вследствие: выделения воздуха и других неконденсирующпхся газов из раствора при выпаривании; подсоса воздуха снаружи из- за негерметичности разъемных соединений, смотровых стекол и т. д.; выделения воздуха из охлаждающей воды в конденсатора, смешения.

Общее количество парогазовой смеси, которую необходимо удалить из системы,

GCm= G1+G2+G3+ G4,

где Gi — количество неконденсир}тющпхся газов в парогазовой смеси; G2——количество водяного пара; G3 ——количество воздуха, попадающего через неплотности разъемных соединений, смотровых стекол и т. д.; G4 — количество воздуха, выделяющегося из воды в конденсаторах смешения.

По данным Э. Гаусбранда вторичный пар содержит от 2 до 2,5% (по объему) воздуха и других газов (аммиак, СО2 и т. д.), т. е. количество неконденсирующихся газов (кг/ч) Gi= (0,000025. ... 0,00003125) W. Меньшие значения коэффициента соответствуют условиям выпаривания без выделения неконденсирующихся газов.

Количество воздуха, поступающего через неплотности разъемных соединений, смотровых стекол и т. д., составляет в среднем 0,01 кг на 1 кг выпаренной воды, т. е. G3 = 0,01 W.

Количество воздуха, поступающего с охлаждающей водой при использовании конденсаторов смешения, можно определить по зависимости G4=0,000025 GB.

Содержание (кг/ч) водяного пара в откачиваемой смеси на основании закона парциального давления и средней молекулярной массы неконденсируюшихся газов определяют по формуле

G?= 18件 +■一■)"一,\Afcp 28,86 ) Pk—QPh

где ТИср=2^Л—средняя молекулярная масса откачиваемых / 1

неконденсирующихся газов (М» — молекулярная масса входящего в смесь газа; %»——содержание входящего в смесь газа); (р= =Рн/Рк — относительная влажность смеси; рн ——давление насыщения водяного пара, соответствующее температуре откачиваемой смеси; рк»—давление смеси на выходе из конденсатора.

Температуру откачиваемого воздуха определяют в зависимости от типа конденсатора.

Для конденсаторов смешения

£во3= £н + 4 +。』《н—£月)，

где ZH и ZK——начальная и конечная температуры воды.

»н = Gar (2 ... 3)；

здесь /“ас — температура насыщения пара при давлении в конденсаторе.

Для поверхностных конденсаторов /n(M = Giac-

Подогреватели

Для обеспечения эффективной работы выпарных установок раствор перед поступлением его в выпарной аппарат необходимо подогревать до температ)тры, близкой к температуре кипения его в данном аппарате. Раствор подогревают в теплообменных аппаратах различных типов. В промышленности для подогревания раствора применяют кожухотрубчатые, пластинчатые и спиральные теплообменники.

При выборе типа и конструкции теплообменника учитывают: физико-химические свойства раствора (вязкость, плотность); содержание растворимых солей в растворе н характер образуемого ими осадка; содержание механических примесей в растворе; агрегатное состояние теплоносителя (пар, конденсат); требуемую поверхность нагрева; перепад давлений; конструкционный материал.

Наиболее широко в качестве подогревателей применяют кожухотрубчатые теплообменники (рис. 58). Преимущества их по сравнению с другими конструкциями: простота обслуживания, долговечность и надежность в эксплуатации, возможность работы при высоких давлениях и температурах.

Согласно ГОСТ 15122—79 и ОСТ 26-716—73 кожухотрубчатые теплообменники изготовляют с неподвижными трубными решетками и с температурным компенсатором на кожухе. В зависимости от условий эксплуатации и размещения выпарной установки ко-

Рис. 58. Кожухотрубчатый теплообменникРис. 58. Кожухотрубчатый теплообменникРис. 59. Пластинчатый подогреватель исполнения IРис. 59. Пластинчатый подогреватель исполнения I660660

Рис. 58. Кожухотрубчатый теплообменник

Рис. 58. Кожухотрубчатый теплообменник

Рис. 59. Пластинчатый подогреватель исполнения I

Рис. 59. Пластинчатый подогреватель исполнения I

660

660

жухотрубчатые теплообменники можно устанавливать как горизонтально, так и вертикально.

Основные параметры и размеры типовых кожухотрубчатых теплообменников приведены в табл. 15.

Таблица 15

Основные параметры и размеры

Значения

Диаметр кожуха РВн, мм、

Температура теплообмениваюшихся сред, ℃

Условное давление в трубном пространстве и кожухе, МПа

159—1200

(—30) —(+350)

0,6; 1,0; 1,6

Размер труб, мм: диаметр X толщина длина

20 ＞、2; 25 乂 2 1000, 1500, 2000 3000, 4000, 6000 9000

Поверхность теплообмена, м2

До 964

В последние годы начали для подогревания растворов применять пластинчатые теплообменники, характеризующиеся интенсивностью теплообмена, простотой изготовления, компактностью, удобством монтажа и очистки поверхностей нагрева от отложений.

В зависимости от свойств раствора и режима работы пластинчатые теплообменники могут быть разборными, полуразборными, сварными. Разборные н полуразборные теплообменники применяют при давлении до 1,6 МПа и температуре до 180℃, а сварные — при давлении до 4,0 МПа и температуре до 400℃.

Согласно ГОСТ 15518—78 пластинчатые теплообменники изготовляют в четырех исполнениях: I — на консольной раме (рис.

Рис. 60. Пластинчатый подогреватель исполнения II

300

1—一也、,二二 £5。

4omo.C25

1

Рис. 61. Пластинчатый подогреватель исполнения Ш

@〃6 /

СредаП

Сре dal

Рис. 63. Спиральный подогреватель

59); II — на двухопорной раме (рис. 60); III——на трехопорной раме (рис. 61); IV ——на двухопорной раме с промежуточной плитой (рис. 62).

В некоторых отраслях промышленности для подогрева растворов применяют спиральные теплообменники (рис. 63) из двух спирально изогнутых листов, закрытых с торцов специальными крышками. Спиральные теплообменники компактны, имеют малый расход металла на единицу поверхности теплообмена, малый удельный объем (на 1 м2) теплообменной поверхности. Недостатки спиральных теплообменников: сложность изготовления, трудность чистки, ненадежность торцового уплотнения листов. Основные параметры спиральных теплообменников — см. ГОСТ 12067——80.

Для экономии греющего пара раствор, как правило, подогревают конденсатом греющего и вторичного паров, экстрапаром, отбираемым из соответствующих корпусов. Теплоноситель выбирают в зависимости от температурного режима работы выпарной установки, температуры исходного раствора, схемы выпарной установки.

При этом необходимо учитывать следующее: температура по・ ступающего раствора должна быть близка к температуре кипения раствора в соответствующем корпусе; температура конденсата греющего пара, направляемого в сборники конденсата котельных установок, должна быть 85—90℃; температура конденсата вторичного пара должна быть не выше 40℃.

Насосы, трубопроводы, арматура

Нормальную работу выпарной установки обеспечивают комплектующие ее насосы (перекачивание исходного и выпаренного растворов, солевой пульпы и отфильтрованного маточного раствора, конденсатов греющего и вторичного пара), система технологических трубопроводов и необходимая для поддержания заданного режима запорная и регулирующая арматура.

Насосы. Для питания выпарных аппаратов установки исходным раствором и откачки выпаренного раствора, солевой суспензии, конденсатов греющего и вторичного пара применяют центробежные насосы.

Для оснащения выпарных установок широко используют центробежные насосы следующих типов: X ——химический консольный на отдельной стойке; АХ ——химический консольный на отдельной стойке для перекачивания растворов, содержащих до 4% по массе твердых частиц размером до 1 мм; ХП ——химической погружной; ХПА—химический погружной для перекачивания растворов, содержащих до 4% по массе твердых частиц размером до 1 мм; ПХП ——химический погружной с выносными опорами для пере- качпвания суспензий, содержащих до 30% по массе твердых ча- EiU размером до 1 мм.

Насосы типа X, ХП, ХПА выполняют как без обогрева, так и с обогревом корпуса. В последнем случае к обозначению типа насоса прибавляют букву О (ХО, ХПО, ХПАО).

Согласно ГОСТ 10168——75 центробежные насосы изготовляют с мягким сальником, торцовым уплотнением, а насос ПХП с манжетом. Промышленностью выпускаются центробежные насосы с подачей от 2 до 530 м3/ч при напоре от 18 до 143 м. Допускаемый кавитационный запас в этих насосах колеблется от 3,5 до 10 м.

Для откачки конденсата из выпарных аппаратов, работающих под вакуумом, используют конденсатные насосы отличительной чертой которых является минимальный кавитационный запас. Согласно ГОСТ 6000——79 промышленностью освоен выпуск конденсатных насосов типа Кс с подачей от 12 до 1600 м3/ч при допускаемом кавитационном запасе 1,6—2,8 м.

Необходимые для комплектации выпарной установки насосы выбирают по каталогам в соответствии с заданной подачей и расчетным значением напора.

Напор рассчитывают по зависимости

Н—Рн— РнсН—Рн— РнсН "вс + "наг+£ 力тр+ Wm，Н "вс + "наг+£ 力тр+ Wm，

Н—Рн— Рнс

Н—Рн— Рнс

Н "вс + "наг+£ 力тр+ Wm，

Н "вс + "наг+£ 力тр+ Wm，

где Рн, рвс — абсолютное давление на свободную поверхность емкостей всасывания и нагнетания, МПа; 。口一 плотность перекачиваемого раствора (суспензии), кг/м3; Нвс — геометрическая высота всасывания, м; HURT ——геометрическая высота нагнетания, м; 1Лтр, SftM ——потери напора на трение и местные сопротивления, м; плюс — при установке насоса выше уровня раствора во всасывающей емкости, минус — при установке насоса ниже уровня раствора во всасывающей емкости.

Для обеспечения бескавитационной работы насоса при выборе его необходимо обеспечивать условие соответствия допускаемого кавитационного запаса AhJOn насоса кавитационному запасу Атеист системы, в которую устанавливают насос, т. е.力доп〈△九сш?т, причем ДЛдоп определяют по характеристике насоса.

Кавитационный запас системы, м

'"снст'"снстер Рнп ——давлениеер Рнп ——давление：皿*1 _ (工 ”вс) — £ hp.BC — £ 九М.вс， анасыщенных паров перекачиваемого раствора：皿*1 _ (工 ”вс) — £ hp.BC — £ 九М.вс， анасыщенных паров перекачиваемого растворапри рабочей температуре,при рабочей температуре,МПа； 5Лтр.вс, 2Лм.вс —потери напора наМПа； 5Лтр.вс, 2Лм.вс —потери напора натрение и местные сопротивлениятрение и местные сопротивленияна всасывающей линии, м.на всасывающей линии, м.Потребляемая перекачивающимПотребляемая перекачивающимнасосом мощность, кВтнасосом мощность, кВт

'"снст

'"снст

ер Рнп ——давление

ер Рнп ——давление

：皿*1 _ (工 ”вс) — £ hp.BC — £ 九М.вс， а

насыщенных паров перекачиваемого раствора

：皿*1 _ (工 ”вс) — £ hp.BC — £ 九М.вс， а

насыщенных паров перекачиваемого раствора

при рабочей температуре,

при рабочей температуре,

МПа； 5Лтр.вс, 2Лм.вс —потери напора на

МПа； 5Лтр.вс, 2Лм.вс —потери напора на

трение и местные сопротивления

трение и местные сопротивления

на всасывающей линии, м.

на всасывающей линии, м.

Потребляемая перекачивающим

Потребляемая перекачивающим

насосом мощность, кВт

насосом мощность, кВт

и 3600-102^

где Gt — подача насоса, м3/ч; т] — КПД насоса.

Так как большая часть солевых растворов агрессивна и может содержать до 50% по массе твердой фазы, то насосы для перекачивания таких растворов (суспензий) изготовляют из коррозион

но- и эрозионностойких металлов (сталей 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М&Т, 08Х22Н6Т, титана и др.).

Трубопроводы. Для подвода к выпарным аппаратам греющего и вторичного пара, транспортирования раствора (суспензии) и поддержания заданного технологического режима элементы оборудования выпарной установки соединяют между собой системой трубопроводов. В зависимости от коррозионного и эрозионного воздействия транспортируемого продукта (пар раствор, суспензия, конденсат и т. д.) трубопроводы изготовляют из углеродистых и легированных сталей, титана, свинца, стеклопластика, резины н т. д.

При определении диаметра трубопроводов исходят из условия обеспечения минимального расхода металла и минимального сопротивления (потерь напора в трубопроводе).

Согласно рекомендации Н. И. Гельперина, с учетом найденной авторами поправки диаметр трубопроводов для пара можно определить по зависимости

4,=0.0038/取；//.

При определении диаметра трубопроводов для транспортирования конденсата, воды, раствора и суспензий исходят из допускаемой потери напора на пути их движения. Обычно принимают следующие значения скорости движения жидкости по трубопроводу: при принудительной подаче о)=1,5 …3,0 м/с; при движении самотеком за счет перепада давления со=0,5... 0,75 м/с.

Диаметр трубопровода для жидкостей можно определить по формуле d=0,0188 VOz/(ojq), где d — в м.

Многолетняя эксплуатация выпарных установок позволила выявить ряд требований, которые необходимо выполнять при монтаже для обеспечения надежной работы установки:

необходимо обеспечиватьнеобходимо обеспечиватьпаровые трубопроводы необходимо укладывать с минимально возможным числом поворотов, застойных зон, в которых может накапливаться жидкость;

необходимо обеспечивать

необходимо обеспечивать

для чего в этих местах турой;для чего в этих местах турой;слнв жидкости из мест ее скопления.

для чего в этих местах турой;

для чего в этих местах турой;

устанавливают сливные штуцера с арма-

следует рассчитывать паропроводы на самокомпенсацию н устанавливать компенсаторы;

трубопроводы для конденсата, воды и раствора, не содержащего твердой фазы, необходимо укладывать с уклоном 3——5°, а трубопроводы для солевых суспензий ——с уклоном более 30°.

от 1 до 75от 1 до 75мм.мм.Арматура. ДляАрматура. ДляПромышленностью освоен выпуск труб стальных бесшовных горячедеформированных, холодно- и теплодеформированных из коррозионностойкой стали, стальных электросварных прямошовных. Диаметр этих труб колеблется от 8 до 1620 мм, а толщина Cf 1 — - ■ . L\ ■ - — »

от 1 до 75

от 1 до 75

мм.

мм.

Арматура. Для

Арматура. Для

ЖеЖевключения л выключения оборудования, а так- регулнровання количества подаваемого или отводимого пото-

Же

Же

Рис. 64. Пруток для очистки отверстия в арматуре

ка на трубопроводах устанавливают запорную и регулирующую арматуру. Запорная арматура служит для полного или частичного перекрытия трубопровода; ее подразделяют на приводную и автоматическую.

Открытие н закрытие запорной арматуры происходит под действием внешних сил (вручную, электродвигателем, соленоидом, гидро- или пневмоприводом). В автоматической арматуре это происходит под действием транспортируемой среды.

Для оснащения выпарных установок применяют краны, вентили, задвижки, затворы.

При выборе той или иной конструкции запорного устройства необходимо исходить из температурных условий протекающей среды, давления, коррозионной и эрозионной способности средыг наличия суспензий; при этом предъявляют следующие требования: арматура должна быть цельнометаллической, не иметь «застойных зон» (где могут задерживаться кристаллы), т. е. должна быть прямоточной. При этом необходимо предусмотреть возможность промывки, пропарки или прочистки металлическим прутком (рис. 64).

Если позволяют температурные и другие условия, то можно применять резиновую шланговую арматуру.

Отстойник-сгустител ь

Выходящая из выпарного аппарата пульпа поступает в отстойник-сгуститель (рис. 65), из которого сконцентрированная до 50% по массе суспензия поступает на дальнейшую переработку (цент' рифугирование, фильтрация), а осветленный раствор ——на выпари-! ванне.

Размеры отстойника-сгустителя рассчитывают в следующем порядке.

Сначала по методике расчета гидроклассификаторов (см. гл, 5, п. 2) определяют количество /Кл выводимой из отстойнпка-сгу| стителя соли. Затем находят диаметр (м) отстойной части:

―旦

У збоояег/кл 丁

где 厶一диаметр внутреннего патрубка, м.I

124

При этом диаметр отстойника doT = d(・，+2〃 где Ь — ширина сливного канала.

Для обеспечения равномерного слива раствора в верхней части сливного кармана выполняют прорези треугольной формы с углом при вершине 屮=60 или 90°.

Высота прорези

%=%=So, )2.5 3600qGj2‘) '

%=

%=

где Soc = S3 + GyH, кг/ч (S3 — количество жидкой фазы в осветленной суспензии) ;бун — количество соли, содержащейся в осветленной суспензии); с” 一 постоянная; 2’一число прорезей по периметру сливного кармана.

Рнс. 65 Отстойник-сгустительРнс. 65 Отстойник-сгустительТак как в процессе эксплуатации отстойника поверхность прорезей покрывается солью, то расчетную высоту прорези увеличивают на 20—30%.

Рнс. 65 Отстойник-сгуститель

Рнс. 65 Отстойник-сгуститель

Высота залива сливного штуцера, м

力Soc J

3 (15 946q咻A丿’

где Soc — в кг/ч;叫一коэффициент расхода; /к — площадь сече- ния сливного кармана, м2.

Для обеспечения полного слива раствора из кармана он должен быть выполнен под углом. Угол наклона

'=2% а%,

где “3=0,0188「亨1而w

раствора в сливномраствора в сливномштуцере м/с. ℃ ' &"' м' 侬с” — скорость

раствора в сливном

раствора в сливном

%л= 0,139- 10-з $сВ，А%л= 0,139- 10-з $сВ，Ау- 0,3 м с.у- 0,3 м с.мане необхК；嘗黑。寛；謁0黑сталпов comi в сливном кар-

%л= 0,139- 10-з $с

В，А

%л= 0,139- 10-з $с

В，А

у- 0,3 м с.

у- 0,3 м с.

Глава 8

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ВЫПАРНОЙ ТЕХНИКИ ДЛЯ СОЛЕОБРАЗУЮЩИХ РАСТВОРОВ

К выпарным аппаратам для солеобразующих растворов, как II для всей выпарной техники, предъявляют одинаковые требования——уменьшение металлоемкости, снижение стоимости и удельного расхода металла оборудования (на 1 т выпаренной воды или 1 т получаемой соли). Однако способы ведения процесса выпаривания и различные конструктивные решения следует выбирать с учетом особенностей процесса выпаривания с одновременной кристаллизацией.

Основными и оптимальными типами выпарных аппаратов, используемых для обработки растворов с выделением кристаллической фазы, являются аппараты с вынесенной из греющей поверхности зоной кипения, с принудительной или естественной циркуляцией раствора. В этих аппаратах теплообмен имеет конвективный характер, характеризующийся при небольших скоростях движения раствора (> 1 —1,5 м/с) сравнительно невысоким коэффициентом теплоотдачи от поверхности нагрева к раствору. С другой стороны, при выпаривании солеобразующих растворов высокая полезная разность температур (более 10——15 град) нежелательна по многим причинам, в том числе из-за более интенсивной инкрустации поверхности нагрева и, следовательно, необходимости более частых остановок оборудования для промывки (уменьшение времени полезной работы). Увеличение скорости циркуляции раствора в трубках в аппаратах естественной циркуляции требует повышения температурного напора, что, как указано выше, нежелательно, или увеличения затрат энергии в аппаратах с принудительной циркуляцией. Но повышение скорости циркуляции увеличением расхода энергии (в аппаратах с принудительной циркуляцией) вызывает при выпаривании кристаллизующихся растворов повышенное изнашивание, а следовательно, и снижение долговечности греющей поверхности (греющих трубок). В связи с этим наиболее важна интенсификация процесса выпаривания1— увеличение коэффициента теплопередачи при сравнительно небольших температурных напорах, а в случае принудительной циркуляции при сравнительно невысоких скоростях вынужденного движения.

Как известно, выпарные аппараты с вынесенной зоной кипения имеют определенные недостатки, в частности слишком большую высоту (за счет трубы вскипания) при избыточном давлении и большую металлоемкость (для аппаратов большой единичной мощности) н др.; поэтому очевидна необходимость разработки модификаций этих аппаратов без указанных недостатков.

Очевидна необходимость применения в конструкциях аппаратов для солеобразующих растворов материалов, обладающих ан- тиадгезионными свойствами, а также устройств, интенснфицирую-

ших процесс снятия пересыщения раствора при удалении части растворителя. Рассмотрим каждое из указанных направлений.

Одним из способов интенсификации теплопередачи для аппаратов и естественной, и принудительной циркуляции является применение для создания поверхности нагрева греющих трубок с продольным наружным рифлением (рис. 66,Q). В этом случае образующаяся на поверхности трубок пленка конденсата греющего пара втягивается во впадины между выступами, причем последние оголяются. Таким образом, на значительной части наружной поверхности трубок происходит капельная конденсация, характеризующаяся, как известно, более высоким коэффициентом теплоотдачи [порядка 10—50 кВт/(м2-К)] по сравнению с его значением [5—6 кВт/(м2• К)] прн пленочной конденсации на гладких трубах. При увеличении коэффициента теплоотдачи от греющего пара возрастает общий коэффициент теплопередачи примерно на 20—— 30%. При этом максимальное увеличение отмечено при достаточно высоком коэффициенте теплоотдачи от стенки к раствору (принудительная циркуляция); меньшие значения характерны для естественной циркуляции.

Для аппаратов с естественной циркуляцией и вынесенной зоной кипения способом интенсификации

может быть поддувка воздуха (пара) в трубу вскипания (рис. 67). В этом случае уменьшается масса столба раствора над греющей поверхностью и стимулируется начало кипения перегретого раствора, поступающего из греющих трубок. При поддувке можно увеличить высоту и уменьшить массу образующегося в трубе вскипания столба парорастворной эмульсии, увеличить напор в циркуляционном кон-

[Вторичный.J пар[Вторичный.J парa)a)。）。）Рис. 66. Г реющие трубки с продольным наружным рифлением (q) и спиральными проволочными вставками (6)Рис. 66. Г реющие трубки с продольным наружным рифлением (q) и спиральными проволочными вставками (6)A-AA-A8 оз 匈 а (пар)8 оз 匈 а (пар)女竺е"女竺е"丿 WMoc^t ^biii-Jpacm6cp丿 WMoc^t ^biii-Jpacm6cpз0徐" раструз0徐" раструPiic. 67. Выпарной аппарат с поддувкойвоздуха (пара) в трубу вскипания

[Вторичный.

J пар

[Вторичный.

J пар

a)

a)

。）

。）

Рис. 66. Г реющие трубки с продольным наружным рифлением (q) и спиральными проволочными вставками (6)

Рис. 66. Г реющие трубки с продольным наружным рифлением (q) и спиральными проволочными вставками (6)

A-A

A-A

8 оз 匈 а (пар)

8 оз 匈 а (пар)

女竺е"

女竺е"

丿 WMoc^t ^biii

-Jpacm6cp

丿 WMoc^t ^biii

-Jpacm6cp

з0徐" растру

з0徐" растру

туре, а следовательно, и скорость циркуляции в трубках, что увеличивает коэффициент теплопередачи. Особенно эффективна под- дувка при вакуумных режимах, что естественно, так как воздух занимает при этом большой объем. Этим способом, как показывают эксперименты, можно увеличить теплопроизводительность агь парата на 50—100% (последнее — к вакуумным режимам); расход воздуха при этом составляет 3—5% по массе от количества потребляемого греющего пара. Недостаток данного способа — загрязнение воздухом вторичного пара, что усложняет его использование в многокорпусных установках; это препятствие преодолимо при эффективной дегазации греющих камер. В общем случае указанный способ следует применять в однокорпусных выпарных установках или в последних корпусах (по ходу пара) многокорпусных выпарных установок.

Заслуживает внимания интенсификация теплообмена способом турбулизации пограничного слоя жидкости установкой в грубках спиральных проволочных вставок (рис. 66, б). Коэффициент теплопередачи увеличивается примерно на 15——20% при приемлемой величине потерь движущего напора (порядка 0：2—0,3 м, что не выходит за пределы значений напора, развиваемого типовыми осевыми насосами, — 3—8 м). Преимуществами применения вставок являются также простота конструкции и изготовления (проволока, навитая по спирали), возможность легкого монтажа на существующих аппаратах, удобство извлечения при необходимости механической чистки. Наличие подобных вставок не вызывает дополнительной инкрустации; применять их следует при выпаривании растворов, выделяющиеся соли которых удаляют промывкой.

Сочетание указанных способов интенсификации (вставки, под- дувка воздухом) с использованием греющих трубок с наружным продольным рифлением позволит увеличить общий коэффициент теплопередачи на 50——100% и тем самым значительно уменьшить поверхность нагрева (снизить металлоемкость и удельный расход металла).

Выпарные аппараты с вынесенной зоной кипения при всех своих несомненных преимуществах (отсутствие кипения на поверхности нагрева, высокие коэффициенты теплопередачи) имеют и существенные недостатки. При избыточном давлении в сепараторе необходимая высота трубы вскипания 5—7 м, что приводит к }гве- личению высоты аппарата; при создании аппаратов большой единичной мощности значительно возрастают размеры циркуляционных труб, что приводит к увеличению размеров и металлоемкости аппарата. Для обеспечения необходимой скорости принудительной циркуляции в аппаратах большой единичной мощности требуются насосы очень большой производительности.

В связи с указанным перспективны выпарные аппараты с так называемой обращенной циркуляцией и аппараты со смешанной циркуляцией раствора, представляющие собой модификации выпарных аппаратов с вынесенной зоной кипения. Раствор в этих аппаратах циркулирует как под действием теплового напора, так и

от циркуляционного насоса: последнее предпочтительнее, так как гарантирует циркуляцию при любых возможных нарушениях технологического режима.

Принципиальная конструкция аппаратов со смешанной циркуляцией приведена на рис. 68. Аппарат имеет меньшую высоту, чем обычный аппарат, примерно на половину длины / греющих труб; у аппарата нет опускных циркуляционных труб, их функцию выполняют периферийные греющие трубы; благодаря двухходовому движению раствора производитель ность циркуляционного насоса может быть уменьшена вдвое.

Рис. 68. Выпарные аппараты с вынесенной зоной кипения, со смешанной и обращенной циркуляцией (九丁 и Лс ——высота соответственно зоны кипения и парового пространства)Рис. 68. Выпарные аппараты с вынесенной зоной кипения, со смешанной и обращенной циркуляцией (九丁 и Лс ——высота соответственно зоны кипения и парового пространства)В аппарате с обращенной циркуляцией перегретый раствор выходит из нижней части греющей поверхности, где начинается труба вскипания, расположенная параллельно греющей поверхности. Благодаря этому резко уменьшается высота аппарата.

Рис. 68. Выпарные аппараты с вынесенной зоной кипения, со смешанной и обращенной циркуляцией (九丁 и Лс ——высота соответственно зоны кипения и парового пространства)

Рис. 68. Выпарные аппараты с вынесенной зоной кипения, со смешанной и обращенной циркуляцией (九丁 и Лс ——высота соответственно зоны кипения и парового пространства)

Применение аппаратов со смешанной циркуляцией особенно перспективно при создании аппаратов большой единичной мощности вследствие их меньшей высоты, отсутствия опускных циркуляционных труб, меньшей производительности (следовательно, и габаритных размеров) циркуляционного насоса. Применение аппаратов с обращенной циркуляцией перспективно в условиях избыточного давления в сепараторе выпарного аппарата, когда в обычном аппарате требуется труба вскипания очень большой высоты.

Недостатком аппаратов с обращенной и смешанной циркуляцией является возможность осаждения крупных кристаллов соли на верхней трубной решетке, поэтому, как правило, такие аппараты следует разрабатывать с учетом предотвращения этого явления, т. е. с предварительным осветлением раствора в аппарате До поступления в опускную часть поверхности теплообмена. Принципиально конструктивное оформление аппаратов такого типа, при условии применения их для выпаривания кристаллизующихся растворов, показано на рис. 69, 70.

Для растворов, агрессивных или содержащих различные по физико-химическим свойствам соли (многокомпонентные), пер-

рнр69 вьтарно〉аппарат с обра， нгеядо» РК^Л^арй»

рнр7L выпарное аппарат по—гружного ropeHsa

рир70 Конструктивное оформление верхнее трубной РСЕеткн- мск-люиаю— Шее осаждение кристаллов сонм

спектнвно применение BLPHblx аппаратов погружного горення》 где необходнмую теплоту подводят барботированием продуктов сгораннн жидкого млн газового топлива серез внпармваемы" Раст— вор (рнс・ 7一)・ благодаря простоте конструкинм (емкость) н отсут— ствню поверхности нагрева вь-деляЮЕНеся кристалла солей нахо— днтся в объеме жидкости》откуда нх можно нзвлеиь ПослепуюЕ? MSоперациями (отстанванне- иентрнфузрованме- крнсталлнза; иня = т・ т)・

Зиачеикя 匕厶 при температуре, К (°C)

313

(40)

323

(50)

333

(60)

343

(70)

353

(80)

363 W0)

373

(юо)

383

(110)

303 (120)

403 (130)

413 (U0)

423

(150)

433 (160)

443 (170)

453 (180)

0,75

56,5

55,5

54,9

54,3

53,7

52,3

51,9

51,3

50,7

50 J

49,5

48,8

48,3

47,7

32

31,6

31,3

31

30,8

30,4

30,2

29,8

29,6

29,4

29,2

29,0

28,8

23,3

23,2

23

22,8

22,7

22,4

22,3

22,2

22

21,9

21,7

21,6

21,5

21,3

!7,?

17,6

17,5

17,4

17,3

17,1

17

16,9

16,8

16,7

16,7

16,6

16,5

16,4

14,2

14,15

14/

14,05

13,85

13,8

13,75

13,7

13,65

13,6

13,55

13,45

13,4

11,86

11,83

11,8

11,76

11,72

11,63

11,6

11,56

11,52

11 ,48

11,45

11,4

11,35

11,3

10,2

10,18

10,14

10,1

10,06

10

10

10

10

10

10

10

10

Т а б л и

ца П2

от концентрации 儿

и температуры

Значения

炉"% - при leMiicpaiypc, К (℃)

勿%

313

323

333

343

353

363

373

883

393

403

413

423

433

44?

453

(40)

(50)

(60)

(70)

(8П)

(()о)

(W0)

(110)

(120)

(130)

(140)

(150)

(160)

(170)

(180)

10

18,3

18,5

18,7

18,9

19,3

19,6

19,96

20,4

20,85

21,35

21,9

22,45

23,0

23,6

24,3

18

12,15

12,3

12,6

12,9

13,25

13,6

13,90

14,33

14,8

15,3

15,9

16,45

17,0

17,6

18,2

26

6,7

6,95

7,20

7,5

8,15

8,54

9,0

10,1

10,6

11,2

11,8

12,4

13」

34

2,9

3,1

3,37

3,7

4,5

4,76

5,25

7,5

8,0

8,65

9,25

42

1 ,52

1,75

1 ,93

2,37

2,98

3,41

3,85

4,35

4,85

3,95

6,55

7,23

7,92

50

1 ,1

1,35

1 ,64

1,95

2,68

3,12

3,5

4,5

5,05

5,6

6,2

6,9

7,7

13~

Таблица ПЗ

Таблица П4

Температурная депрессия： хлорид натрия (NaCl)

Зависимость коэффициента В от температуры пленки /Пл t

Зависимость температурной депрессии vti электролитического щелока от температуры вторичного пара /Вп i

Ьг %

20

25

28

30

哈，град

7,6

7,8

8,0

8,2

%，%

5

10

15

20

25

30

35

40

45

叫，град

0,35

1,375

2,3

4,82

5,2

5,6

7,0

8,25

9,5

хлорид калия (КС!)

” %

Значения %广 rpai, при температуре, К (℃)

313

(40)

333

(60)

353

(80)

373 (100)

393 (120)

413 (140)

433

(160)

9,38

9,0

7,0

9

10

11,5

13,6

15,65

21,3

16

12

14,5

15,5

If ,27

20,7

23,5

28,93

19,5

18

19,8

20,2

25,1

28,5

32,7

39,68

26

30

33

31,8

43,1

43,1

43,1

50,2

44

44

45,5

46,5

46,5

46,5

46,5

Физические свойства раствора электролитического щелока

%，%

Свойства при температуре кипения, к (℃)

313

(40)

ззз

(ьи>

353

(80)

373

(1U0)

3— (12")

413

(140)

433

(160)

Теплопроводность 入】Вт/(м

•К)

10

0,582

0,613

0,619

0,629

0,640

0,651

0,631

20

0,602

0,642

0,652

0,665

0,677

6,688

0,691

30

0,616

0,658

0,670

0,686

0,695

0,702

0,704

40

0,628

0,666

0,678

0,693

0,704

0,707

0,708

50

0,636

0,673

0,682

0,697

0,705

0,708

0,708

Теплоемкость с,

кДж/(кг

К)

3,42

3,46

3,50

3,53

3,57

3,65

3,68

3,38

3,41

3,45

3,48

3,51

3,58

3,62

3,34

3,37

3,40

3,43

3,46

3,52

3,55

3,30

3,32

3,36

3,38

3,41

ЗЛ6

3,48

3,26

3,28

3,31

3,33

3,35

3,39

3,42

Кинематическая вязкость Vi •

106, м2/с

20

3：5

0,7

0,5

0,4

0,3

0,3

20

2,0

1,3

0,8

0,7

0,55

0,5

30

6,7

3,3

1,8

1,2

0,8

0,8

0,8

40

10,6

4,9

2,5

1,5

1」

1,0

0,9

50

14,9

6,9

3,2

1,8

1,4

1,2

1,3

Плотность

Qi, КГ/М3

10

1231

1222

1208

1204

1175

20

1277

1268

1246

1250

1226

30

1337

1328

1306

1310

128)

40

1412

1403

1380

1385

1359

50

1505

1496

1474

1478

1461

Таблица П6

Таблица П5

Таблица П7

，"/ k (℃)

313

(40)

333 (60)

35о

(80)

373 (КЮ)

ЗСЗ (120)

413 (ИО)

433

(160)

453

(180)

в

139

155

169

179

188

194

197

199

4Hm к「с)

323(50)

333(60)

353(80)

373(luu)

3*<3( I2«j)

Ш( I )

^Hi» %

26,9

27,1

27,5

28,13

28,9

29,3

Концентрация насыщения хлористого натрия

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Бунин Л. В., Берлин Б. М., Рудько Л. М. Трубчатые теплообменники. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМДШ, 1975. 30 с. (Серия XM-I).

Бэмфорт А. В. Промышленная кристаллизация. М.: Химия, 1969. 240 с.

Гельперин Н. И. Выпарные аппараты. М.: Госхимиздат, 1947. 380 с.

Гухман А. А. Введение в теорию подобия. М.: Высшая школа, 1973, 296 с.

Касьяненко М. К. Теплоотдача м гидравлическое сопротивление при течении двухфазных потоков. Черкассы: РЖ ВИНИТИ. Механика, 1973, № 12, с. 104.

Каретников Ю. П., Тарасов В. Н. Влияние движения среды на инкрустацию при кристаллизации солей. ЖПХ, т. 34, 1961, № 2, с. 282—287.

Каталог-справочник. Промышленная трубопроводная арматура. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1970. 126 с.

Каталог-справочник. Центробежные насосы типа АХ. М.: ЦИНТИХИМ- НЕФТЕМАШ, 1976. 16 с.

Ковалев Е. М., Фокин В. С, Коваль И. М. Выпаривание растворов соли с кристаллообразованием в аппаратах с естественной циркуляцией и вынесенном зоной кипения.——Химическое и нефтяное машиностроение, 1965, № 10, с. 19——21.

Ковалев Е. М., Фокин В. С, Коваль И. М. Испытание выпарного аппарата с вынесенной зоной кипения. Химическое и нефтяное машиностроение^ 1967. № 5, с. 13—15.

Ковалев Е. М. Повышение допустимой скорости в сепараторе и выбор типа ловушки. — Химическое и нефтяное машиностроение, 1967, № 6, с. 12—15.

Ковалев Е. М., Костенко 3. Ф. Тепловой расчет выпарных аппаратов с обращенной и смешанной циркуляцией.——Химическое и нефтяное машиностроение, 1975, № 6, с. 19—21.

Коваленко Е. М.. Никитин О. М. Новые конструкции теплообменного оборудования из листовых материалов. М.: ЦИНТИХПМНЕФТЕМАШ, 1971. 30 с (Серия ХМ-1).

Кутателадзе С. С., Стырикович М. А. Гидравлика газожидкостных систем. М.: Госэнергоиздат, 1958. 232 с.

Ландау Л. Д., Лившиц Е. М. Статистическая физика. М.: Наука, 1964. 567 с.

Матусевич Л. Н. Кристаллизация из растворов в химической промышленности. М.: Химия, 1968. 304 с.

Пономаренко В. Г., Свердлин Ю. Г. Уравнение для расчета сгущення суспензий — В кн.: Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств (тезисы докладов). Харьков: ХПИ, 1976. 132 с.

Сенеш Э„ Надабан П. Процессы выпаривания в пищевых производ- ствах/Пер. с венгерского Под ред. П. В. Серегина. М.: Пищевая промышленность, 1969. 3*10 с.

Свердлин Ю. Г. Исследование процесса кристаллизации из растворов в кристаллизаторах с накоплением твердой фазы в контуре циркуляции суспензии. Автореф. дис. на соиск. учен, стелени канд. техн. наук. Харьков: ХПИ» 1978, 25 с.

Тищенко И. А. Теория и расчет многокорпусного выпарного аппарата. М.: МЙХМ, 1935. 38 с.

Уравнение одномерного движения многофазной смеси в циркуляционном контуре выпарного аппарата/Л. П. Перцев, В. С. Фокпн, Е. М. Ковалев, А. Е. Щербаков. — В кн.: Химическое машиностроение. М.: НИИХИММАШ, 1677, № 7, с. 18—23. 一

Успенский В. А.. Кузнецов Ю. М Струйные вакуумные насосы. М.: Ма* шиностроение, 1973. 320 с.

Удыма П. Г. Аппараты с погружными горелками. М.: Машиностроение, 1973. 270.

Фокин В С, Петрухина Л. Е. Получение кристаллического сернокислого марганца в аппарате с вынесенной зоной кипения н естественной циркуляцией. Химическое и нефтяное машиностроение, 1969, № 8, с. 15—16.

Фокин В. С, Жукова 3. А. Касьяненко М. К. Исследование естестве， ной циркуляции в выпарных аппаратах с соосной греющей камерой и трубой вскипания.——В кн.: Процессы н аппараты в содовой промышленности. Харьков: НИОХИМ, 1972, с. 42—46.

Фокин В. С, Саакянц И. С., Касьяненко М. К. Исследование процесса упаривания содопоташного раствора. — В кн.: Процессы и аппараты в содовой промышлености. Харьков : НИОХИМ, 1972, с. 38—41.

Фокин В. С, Лебедев К. Н., Перцев Л. П. Исследование процесса выпаривания кристаллизующихся растворов. М.: МИХМ, 1972, № 42, с. 57—60.

Фокин В. С., Перцев Л. П., Лебедев К. И. О влиянии давления на работу выпарного аппарата с трубой вскипания. — В кн.: Химическое маш иностро~ еиие, Киев: Техника, 1972, № 16, с. 59—61.

Фокин В. С, Лебедев К. И., Петрухина Л. Е. Обобщенный метод расчета скорости циркуляции в выпарных аппаратах с трубой вскипания. -— В кн.: Химическое машиностроение. Киев: Техника, 1971, № 14, с. 55—57.

Фокин В. С., Аносов Ю. Н., Жукова 3. А. Исследование теплообмена в выпарных аппаратах с трубой вскипания прн естественной циркуляции.——В кн.: Химическое машиностроение. М.: НИИХИММАШ, 1973, № 62, с. 60—71.

Фокин В. С., Лебедев К. И., Головченко О. А. К расчету гидравлического контура выпарного аппарата с трубой вскипания. — Теоретические основы химической технологии, 1973, № 5, с. 778—781.

Фокин В. С. Расчет многокорпусной выпарной установки для упаривания насыщенных растворов. — Химическая технология. Киев: Наукова думка, 1974, № 1, с. 40—42.

Фокин В. С., Перцев Л. П., Лебедев К- И. Плотность трехфазной смеси в трубе вскипания выпарного аппарата. — Теоретические основы химической технологии, 1976, № 6, с. 143—145.

Чернобыльский И И. Выпарные установки. Киев: Впща школа, 1970. 240 с.

Хамский Е. В. Кристаллизация в химической промышленности. М.: Химия, 1979. 342 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие.•3

Основные обозначения4

Глгва I. Особенности выпаривания солесодержащпх растворов

Механизм образования и отложения солей в процессе выпаривания. 8

Методы снижения интенсивности отложения солей на поверхностях выпарного аппарата 14

Требования, предъявляемые к конструкциям выпарных аппаратов для выпаривания растворов с выделением твердой фазы18

Глава 2 Наиболее распространенные конструкции выпарных аппаратов20

Выпарные аппараты с естественной циркуляцией .20

. Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией27

Глава 3. Гидродииамическпе процессы в выпарных аппаратах с трубой вскипания. 一 一 32

Плотность многофазной смеси .33

Высота зоны кипения раствора в трубе вскипания.36

Уравнение одномерного движения грехфазной смеси38

Скорость движения раствора по трубкам греющей камеры4】

Глава 4. Теплообмен в выпарных аппаратах с трубой вскипания.47

Теплоотдача при конденсации пара48

Теплоотдача со стороны раствора пр» принудительной циркуляции 49

Теплоотдача со сгороны раствора при естественной циркуляции 51

Теплоотдача со стороны раствора при смешанной циркуляции 51

Глава 5. Принципы конструирования выпарных аппаратов52

Питание аппарата исходным раствором ....52

Вывод солевой суспензии.53

Удаление неконденсирующихся газов58

Ввод пара, вывод и использование конденсата.60

Паровое пространство. Сепарирующие устройства...65

Растворный объем...69

Глава 6. Многокорпусные выпарные установки^^^70

Типовые схемы многокорпусных выпарных установок.70

Число корпусов выпарной установки 75

Материальные расчеты многокорпусной выпарной установки 76

Тепловые расчеты многокорпусных выпарных установок78

Расчет температурного режима работы выпарной установки .86

Алгоритм теплового расчета многокорпусной выпарной установки на ЭВМ ЕС-1022.89

Глава 7. Вспомогательноеоборудованиевыпарных установок108

Конденсаторы 108

Вакуум-насосы113

Подогреватели118

Насосы, трубопроводы,арматура 121

Отстойник-сгуститель... 124

Глава 8. Перспективы развития выпарной техники для солеобразующих растворов ・126

Приложения 131

Список литературы ・・・134

Для достижения эффективной работы выпарного аппарата необходимо вводить пар в греющую камеру таким образом, чтобы обеспечить его равномерное распределение по трубкам камеры и турбулизацию стекающей пленки конденсата.

Для равномерного распределения пара в межтрубном пространстве греющую камеру снабжают расширителем пара, который, кроме того, служит для компенсации разности температурных удлинений кожуха и трубок. Для предотвращения эрозионного износа греющих трубок расширитель выполняют с отбойником.

Л. П. ПЕРЦЕВ, Е М. КОВАЛЕВ, В. С.ФОКИН