Файл: Бушмелев, В. А. Процессы и аппараты целлюлозно-бумажного производства учебник.pdf

Расход тепла:

GiA kGk — с первоіі жидкостью; G2c2k^2k — со второй жидкостью;

<3п — тепловые потери в окружающую среду.

Приход тепла равен его расходу. После подстановки слагаемых и некоторых преобразований получим уравнение теплового баланса

(^ін^іи Пк^ік) = @2 (^гк^ек '^2іі^2н) Qrp

В расчетной практике тепловые потери часто учитывают прибли­ женно с помощью теплового коэффициента полезного действия аппа­ рата е, под которым понимают отношение полезно затраченного тепла к общему его расходу. В нашем случае полезно затраченное тепло по­ шло на подогрев второй жидкости в количестве G3 (с2к/2к — c2nt2u), а общие затраты тепла равны количеству тепла, которое отдала первая

и (9-2), обычно берут из справочников. Для приближенного расчета удельной массовой теплоемкости твердых веществ также пригодна формула

„ ___ п і А + п 2& + • • • + n i{N / а о \

где М — молекулярная масса вещества; п х, п 2 и пк — количества атомов отдельных элементов в молекуле; А, В и N — атомные тепло­ емкости элементов.

где blt b2, Ьп и сх, с2, сп — массовые доли компонентов и их удельные теплоемкости.

Удельная массовая теплоемкость растворов определяется по фор­ муле

где X — концентрация раствора в массовых %;

170

А и а — постоянные, зависящие от природы раствора:

Величина с для растворов может быть определена также и по формуле (9-4) после предварительного расчета теплоемкости растворенного ве- 'щества по формуле (9-3).

Нагревание водяным паром

Водяной пар, как теплоноситель, является незаменимым в боль" шинстве технологических процессов. Основными его достоинствами являются возможность удобного и точного регулирования темпера­ туры нагрева, высокие теплосодержание и коэффициент теплопере­ дачи, компактность и малогабаритность применяемой аппаратуры и т. п.

Нагрев водяным паром применяется при варке целлюлозы, выпа­ ривании щелоков, сушке целлюлозы, бумаги и картона, ректификации и других процессах.

Расход пара D на нагревание определяется из уравнения теплового баланса подогревателя.

Обозначим: G — расход нагреваемой жидкости; clt с2, і1г t2 — ее начальные и конечные теплоемкости и температуры; / — теплосодер­ жание пара (с учетом его влажности); ск и tK— теплоемкость и темпе­ ратура конденсата на выходе из подогревателя.

Составим уравнение теплового баланса подогревателя. Составляю­ щие прихода тепла равны:

DI — с паром;

Gcxtt — с нагреваемой жидкостью.

Составляющие расхода:

DcKtK — с конденсатом;

Gc2t2 — с нагретой жидкостью;

Qn — потери на излучение.

Приход тепла равен его расходу. После подстановок и преобразо­ ваний получаем уравнение

D (I — cJK) = G {c2t2— cxtx) + Qn.

Введя тепловой коэффициент полезного действия е, получим

При нагревании жидкости по-прежнему можно принять с± = с2 —с. Уравнение (9-6) одновременно является и уравнением теплового баланса конденсации пара. Образующийся конденсат должен непре­ рывно отводиться из подогревателя. Потери пара при этом должны быть исключены. Приспособления, применяемые для отвода конден­ сата, называются конденсатоотводчиками. По принципу работы они

171

делятся на непрерывнодействующие и аппараты периодического дейст­ вия, а по конструктивному выполнению — на поплавковые и лаби­ ринтовые. Подбирают их для данного подогревателя в зависимости от давления пара и расхода конденсата.

На рис. 9-1 схематически показан поплавковый конденсатоотводчик периодического действия. При поступлении в него конденсата сначала заполняется объем между корпусом и открытым поплавком, после чего конденсат переливается в поплавок. В течение этого времени кла­ пан закрыт и конденсат не может выйти из конденсатоотводчика. По­ сле заполнения поплавка он опускается на дно, клапан открывается и давлением пара конденсат выталкивается наружу. Затем облегчен­

направления теплоперехода можно выделить теплообменники паро­ жидкостные, парогазовые, жидкостно-жидкостные, жидкостно-газо­ вые, газо-жидкостные и т. п. По конфигурации поверхности их можно разделить на рубашечные, змеевиковые, трубчатые, спиральные, пла­ стинчатые и т. п. По расположению элементов поверхности теплооб­ мена (трубок, спиралей, пластин) теплообменники классифицируют на вертикальные и..горизонтальные. По жесткости конструкции, до­ пускающей или не допускающей компенсации температурных дефор­ маций трубок и корпуса, различают аппараты жесткой конструкции

роду используемого в теплообменниках теплоносителя их можно под­ разделить на нагревательные аппараты, использующие первичное тепло, и теплоутилизаторы, в которых подогревается свежая вода или воздух за счет отбросного (вторичного) тепла предприятия.

, Аппараты с паровой рубашкой

Аппарат (рис. 9-2) состоит из корпуса и рубашки. В пространство мещду рубашкой и корпусом подается пар. При диаметре аппарата

172

более метра для равномерного распределения пара по всему объему аппарата его вводят с двух сторон. Поверхность нагрева аппаратов с паровой рубашкой обычно не превышает 10 м2. Применяют их глав­ ным образом как реакционные аппараты, например для варки кани­ фольного клея и т. п. Достоинством аппарата является легкая чистка

ляет собой или изогнутую по спирали трубу с расположением витков

5

Конденсат

Рис. 9-3. Схемы змеевиковых теплообменников

по винтовой линии (рис. 9-3, а), или отрезки прямых труб, располо­ женных в ряд по высоте или горизонтали и соединенных между собой коленами (рис. 9-3, б). В том и другом случае трубы располагают вблизи стенок аппаратов. При необходимости в аппаратах могут быть установлены мешалки (например, в каустизаторах, в баках черного щелока и т. д.).

Кожухотрубные теплообменники

Кожухотрубные теплообменники могут иметь большие поверхно­ сти теплообмена. Их используют в качестве подогревателей, холодиль­ ников и конденсаторов.

173

Одноходовые теплообменники. Простейшим является одноходовый теплообменник (рис. 9-4), состоящий из кожуха (корпуса), к которому

Рис. 9-5. Схемы многоходовых теплообменников:

а — с продольными перегородками; б — с поперечными перегородками

теплообменник, выбран и приняты толщины стенок и накипи, то об­ щий коэффициент теплопередачи зависит только от коэффициентов теплоотдачи а , и а 2. При постоянстве физических характеристик теп­ лоносителей величины и а 2 зависят от числа Рейнольдса (см., на­ пример, формулу 8-17). Величина последнего определяется только

174