Главная Обратная связь

Дисциплины:






Тепловий баланс випарного апарату



Складемо рівняння теплового балансу випарного апарату для розчину, що випарюється:

1. Прихід тепла.

- віддається нагріваючим агентом – Q.

- з розчином, що потрапляє – G1 · C1 · tо.

Витрата тепла.

- з вторинною парою – W · i

- з розчином, що уходить – G2 · C2 · t

- на дегідратацію – Qдег.

- втрати в довкілля – Qвтр.

Таким чином:

 

Q + G1 · C1· to = W · i + G2 · C2 · t +

Qдег. + Qв. (4)

 

де С1 та С2– питомі теплоємності розчинів, що потрапляють та уходять.

tо і t - температури розчинів, що поступають та уходять, град.

i – ентальпія вторинної пари, Дж/ кг.

Теплота дегідратації представляє собою витрату тепла на підвищення концентрації розчину; вона дорівнює за величиною і обернена за знаком теплоті розбавлення розчину. Таким чином, якщо при розбавленні розчину водою виділяється тепло, то при його концентровані тепло поглинається. Зазвичай теплота дегідратації невелика і тому не враховується.

Розглядаючи розчин, що поступає як суміш упареного розчину і випареною води, можна написати:

 

G1 · C1 · t = G2 · C2 · t + W · Cв. · t

 

Звідки:

 

G2 · C2 = G1 · C1 - W · Cв.

 

де Св – питома теплоємність води, Дж/ кг · град.

Підставляючи значення G2 · C2 в рівняння (4), отримаємо:

 

Q = G1 · C1(t – tо) + W(i – Cв. · t) +

Qдег. + Qвтр. (5)

 

Якщо не врахувати теплоту дегідратації і втрати тепла, то рівняння (5) запишеться так:

Q = G1 · C1(t – tо) + W(i – Cв. · t) (6)

 

В цьому рівнянні член G1 · C1(t – tо)представляє собою витрати тепла на підігрівання розчину, який поступає, до температури кипіння, а член W(i – Cв. · t) – витрата тепла на випаровування води.

Питома теплоємність розчину, що входить до рівняння теплового балансу, могла бути підрахована в залежності від його концентрації а за приближеною формулою:

 

С = Ств ·а + Св.(1 – а),

де Ств. – питома теплоємність безводної твердої розчиненої речовини.

 

Визначення поверхні теплообмінника

Необхідна поверхня теплообміну випарного апарату визначається за загальним рівнянням: в залежності від теплового навантаження Q. Температурний напір Δt дорівнює різниці температури насичення гріючої пари Т і температури кипіння розчину , тобто:

Δt = T - t

Коефіцієнт теплопередачі розраховується звичайним засобом

, він залежить головним чином від питомого теплового навантаження, від температури та концентрації розчину. З підвищенням концентрації розчину, а також зі зниженням температури збільшується в’язкість, що призводить до зменшення коефіцієнта теплопередачі.



 

Контрольні запитання

1.Надайте матеріальний баланс випарного апарату за усією кількістю речовини.

2.Охарактеризуйте складові матеріального балансу випарного апарату за розчиненою речовиною.

3.Як розраховують початкову та кінцеву концентрації розчинів?

4.Як поступає тепло до випарного апарату?

5.На що витрачається тепло у випарному апараті?

6.Як виглядає рівняння теплового балансу випарного апарату?

7.Як визначається поверхня теплообміну випарного апарату?

8.Від чого залежить коефіцієнт теплопередачі випарювання?


Випарювання

(лекція)

Мета:ознайомитися з багатокорпусними випарними установками, вивчити корисну різницю температур та ії розділення по корпусам.

 

План

1.Загальні відомості про принцип дії багатокорпусних установок.

2.Основні схеми багатокорпусних випарних установок.

3.Корисна різниця температур та ії розподілення за корпусами.

Багатокорпусні випарні установки

В багатокорпусній випарній установці вторинна пара кожного корпусу (крім останнього) використовується для обігрівання наступного корпусу. Тиск від корпусу до корпусу зменшується так, щоб температура кипіння розчину в кожному корпусі була нижче температури насичення пари, що обігріває цей корпус.

Застосування багатокорпусних випарних установок дає значну економію пари. Так, в двохкорпусній випарній установці одним кілограмом гріючої пари, що поступає в перший корпус, випарюється в ньому 1 кг води, а 1 кілограмом вторинної пари, яка утворилася при цьому, випарюється в другому корпусі ще 1кг води; т. ч., усього на 1кг гріючої пари випарюється 2 кг води, а розхід пари на 1 кг води, що випарюється, складає 0,5кг.

Вторинна пара, що утворюється в кожному корпусі, може не цілком направлятися на обігрівання наступного корпусу, а частково відводитися у бік і використовуватися для попереднього підігрівання розчину, який поступає на випарювання, або для інших технологічних цілей, що не пов’язані з випарюванням. Вторинна пара, що відводиться у бік, називається екстра-парою. Екстра-пара може бути відібрана з будь-якого корпусу, крім останнього. В багатокорпусних випарних установках економія пари досягається за рахунок збільшення поверхні теплообміну. Температури в окремих корпусах при роботі установок не регулюються. Єдиною можливістю регулювання цих температур є зміна відбирання екстра-пари. При збільшенні відбору екстра-пари з будь-якого корпусу кількість пари, що поступає на обігрівання наступного корпусу, зменшиться і температура в ньому знизиться.

В залежності від засобу подавання розчину розрізняють наступні основні схеми багатокорпусних випарних установок:

1. Схема з прямоточним живленням – має найбільше розповсюдження. Розчин та вторинна пара рухаються в одному напрямку. Недоліком цієї схеми є те, що в останньому корпусі, де температура кипіння найнижча, випарюється найбільш концентрований розчин. Одночасне зниження температури та підвищення концентрації розчину призводить до збільшення в’язкості та зниження коефіцієнтів теплопередачі.

2. Схема з протиточним живленням – слабий розчин подається в останній корпус, з нього в передостанній, тобто, розчин та вторинна пара рухаються з корпусу в корпус в протилежних напрямках. При цій схемі найбільша різниця температур, внаслідок цього коефіцієнти теплопередачі мало змінюються за корпусами, що пов’язано з витратами електроенергії

3. Схема з паралельним живленням – слабий розчин подається одночасно в усі корпуси, а упарений розчин відбирається з усіх корпусів. Ця схема застосовується рідко.

 

Корисна різниця температур і ії розподілення за корпусами

В багатокорпусній випарній установці сума температурних напорів для усіх корпусів дорівнює так званій загальній корисній різниці температур, тобто різниці температури гріючої пари, що поступає в першій корпус (Т1), та температури насичення вторинної пари з останнього корпусу tост,,не враховуючи суму температурних втрат за корпусами (ΣΔ):

 

Δtкор.заг. = T1 – tост. – ΣΔ,

 

ΣΔ = Δ1 + Δ2 ... + Δп ,

 

Δ1 , Δ2, ..., + Δптемпературні втрати в І, ІІ,…, п-му корпусах.

Зі збільшенням числа корпусів підвищується економічність установки. Але число корпусів не можна збільшувати безмежно, тому що при цьому зменшується корисна різниця температур в кожному корпусі. Зі збільшенням температурних втрат та зниженням різниці температур можливе число корпусів зменшується. Для апаратів з вимушеною циркуляцією воно вище, ніж для апаратів з природною циркуляцією.

В випарних установках з тепловим насосом вторинна пара зтискується до тиску гріючої пари та використовується для обігрівання того же апарату, в якому вона утворюється. Для зтискання пари застосовують компресори або паро струменеві інжектори. Т.ч., в теплових насосах або трансформаторах тепла енергія, що витрачається зовні, використовується для підвищення температури вторинної пари. Вакуум в випарних установках створюється в результаті конденсації вторинної пари в конденсаторах, що охолоджуються водою. Розрізняють поверхневі конденсатори та конденсатори змішення. В поверхневих конденсаторах пара відділена від охолоджуючої води стінкою. В конденсаторах змішення пара конденсується при безпосередньому зіткненні з водою, т.ч. конденсат, що утворився, змішується з водою та видаляється разом з нею.

 

Контрольні запитання

1.Охарактеризуйте принцип дії багатокорпусних випарних установок.

2.Що таке екстра-пара?

3.Які переваги дає використання таких установок?

4.Які основні схеми багатокорпусних випарних установок виділяють в залежності від засобу подавання розчину?

5.Які переваги та недоліки кожної схеми?

6.Як розраховують корисну різницю температур?

7.Як регулюється кількість корпусів?

8.Як створюють вакуум в випарних установках?


Випарювання

(самостійне вивчення)

Мета:- розвинути у студента навики самостійної роботи з спеціальною літературою, вміння вибирати головне, узагальнити і систематизувати знання;

- надати студентам загальні відомості про устрій випарювальних апаратів, їх принцип дії та класифікацію.

Завдання: прочитати текст в підручники А.Н. Плановський, В.М. Рамм, С.З. Каган «Процессы и аппараты химической технологии» стр.469-479. Скласти конспект згідно питань, приведених нижче. Відповісти на питання для самоконтролю.

 

Для випарювання розчинів використовують випарювальні апарати різних конструкцій як побудовані випарювальні апарати, як їх класифікують та як вони працюють? Відповісти на ці питання за наступним планом.

1. Як розділяють випарювальні апарати?

2. Як працюють випарювальні апарати з вільною циркуляцією?

3. Як працюють випарювальні апарати з природною циркуляцією?

4. Охарактеризувати принцип дії випарювальних апаратів з вимушеною циркуляцією.

5. Як працюють плівкові випарювальні апарати?

Склавши конспект, закрийте зошит та відповідайте на запитання.

 

Запитання для самоконтролю

 

1. Що таке випарювання?

2. Як здійснюють випарювання?

3. Як розділяють випарювальні апарати в залежності від характеру руху рідини?

4. Поясніть загальний принцип дії випарювального апарату кожного типу.

5. Обґрунтуйте переваги та недоліки кожного типу випарювального апарату.


Модуль ІІІ

МАСООБМІННІ ПРОЦЕСИ

3.1 Теорія процесів масопередачі

(лекція)

Мета:ознайомити студентів з загальними відомостями про масообміні процесі; вивчити засоби вираження складу фаз.

 

План

1.Визначення масообмін них процесів.

2.Ваговий склад суміші.

3.Молярна концентрація компоненту суміші.

4.Об’ємна концентрація компоненту суміші.

Загальні відомості про масообмінні процеси

В хімічній технології широко застосовують масообмінні процеси: абсорбцію, адсорбцію, екстракцію, ректифікацію і сушіння.

Абсорбція – вибіркове поглинання газів або пари рідким поглиначем (абсорбентом). Цей процес представляє собою перехід речовини з газової або парової фази в рідку.

Екстракція – вилучення розчиненої в одній рідині речовини іншою рідиною. Цей процес представляє собою перехід речовини із однієї рідкої фази в іншу.

Ректифікація – розділення рідкої суміші на компоненти шляхом проти точної взаємодії потоків пари і рідини. Цей процес включає переходи речовини з рідкої фази в парову та з парової в рідку.

Адсорбція – вибіркове поглинання газів, пари або розчинених в рідині речовин поверхнею пористого твердого поглинача (адсорбенту), який здатен поглинати одну або декілька речовин з їх суміші. Цей процес представляє собою перехід речовини з газової, парової або рідкої фаз в пористий твердий матеріал.

Сушіння – видалення вологи з твердих вологих матеріалів шляхом ії випаровування. Цей процес представляє собою перехід вологи з твердого вологого матеріалу в парову або газову фазу.

Швидкість перерахованих процесів визначається швидкістю переходу речовини з одної фази в іншу (швидкість масопередачі).

Як правило, в процесах масопередачі приймають участь 3 речовини:

1) Речовина, що складає першу фазу (речовина, яка розподіляє);

2) Речовина, що складає другу фазу (речовина, яка розподіляє);

3) Речовина, що переходить з одної фази в іншу (речовина, яку розподіляють).

Масообміні процеси обернені, тобто речовина може переходити з одної фази до іншої в залежності від концентрації цієї речовини в обох фазах і умови рівноваги.

 





sdamzavas.net - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...