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

Каждая пластина имеет периферийные штампованные пазы, в которые вставляются резиновые прокладки. Для прохода теплоносителей в уг­ лах пластин имеются четыре отверстия, два из которых также окру­ жены пазами с резиновыми прокладками. Толщина прокладок выби-' рается такой, чтобы расстояние между пластинами было 5—6 мм.

Всобранном виде пластины теплообменника плотно сжаты винтами. Прокладки выдерживают давление до 10,5 am и температуру до 150°.

Взависимости от числа пластин, из которых комплектуется теплооб­ менник, его поверхность достигает 300 м2. Теплообменники легко и

быстро разбираются для чистки поверхностей, благодаря чему их

можно использовать для утилизации тепла из загрязненных жидко­ стей.

Теплообменники типа «Де Лаваль» могут быть изготовлены много­ секционными. В этом случае они снабжены распределительными пли­ тами для входа и выхода теплоносителей (рис. 9-11). В таких тепло­ обменниках можно охлаждать две или три различные жидкости.

Рифленая поверхность пластин способствует дополнительной турбулизации потока, в связи с чем турбулентный режим наступает уже при Re SS 180. Коэффициенты теплоотдачи определяются по формуле

Nu — 0,189Rе0,65Рг"1,

где т = 0,3 ■— при охлаждении жидкости и т = 0,4 — при ее нагре­ вании.

Общий коэффициент теплопередачи при теплообмене жидкость— жидкость, по данным фирмы «Де Лаваль», 2000—4000 вт/м2-град.

Расчет теплообменников заключается в определении поверхностей теплопередачи. Сначала по уравнению теплового баланса рассчиты­ вается количество передаваемого тепла и средняя разность темпера­ тур. Затем по частным уравнениям теплоотдачи (см. гл. 8) опреде­ ляются коэффициенты теплоотдачи и общий коэффициент теплопере­ дачи. Искомую поверхность рассчитывают по общему уравнению теп­ лопередачи. Если теплообменники стандартизированы, по нормалям выбирают стандартный теплообменник.

180

Проверочный расчет теплообменника проводят для решения во­ проса о пригодности его в изменившихся условиях работы. Конечным результатом расчета является определение общей тепловой нагрузки, которая сравнивается с заданной.

НАГРЕВАНИЕ, ОХЛАЖДЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ ПРИ НЕПОСРЕДСТВЕННОМ КОНТАКТЕ СРЕД

Целлюлозно-бумажное производство характеризуется наличием больших количеств отбросного тепла. Для его утилизации из паровых и жидкостных выбросов успешно применяются поверхностные тепло­ обменные аппараты, которые были рассмотрены выше. Однако в том случае, когда имеют место так называемые «залповые» выбросы паров (например, при выдувке целлюлозной массы из котла периодического действия) или когда требуется утилизировать тепло из газовых выбро­ сов, поверхностные теплообменники получаются очень громоздкими. Это объясняется тем, что в первом случае велики тепловые нагрузки, во втором — мал общий коэффициент теплопередачи. В этих случаях целесообразно применять теплообменные аппараты непосредственного контакта теплоносителей, которые работают со значительно большей интенсивностью теплопередачи по сравнению с поверхностными ап­ паратами. Процесс проводят в разного рода аппаратах смешения, где в качестве второго теплоносителя обычно берут воду. Получающаяся горячая чистая вода непосредственно используется в производстве. Если вода загрязнена, что имеет место при охлаждении и одновремен­ ной очистке газов от пыли, она подается сначала на отстаивание, а за­ тем в поверхностные теплообменники для нагрева свежей воды или какой-либо другой жидкости. В аппарат смешения может быть подана также любая другая жидкость с последующим непосредственным ис­ пользованием ее в производстве (например, сульфатный черный ще­ лок и др.).

Основные свойства влажных газов

Сухой газ при данных температуре и давлении способен растворить вполне определенное количество водяных паров. В этом случае говорят, что газ полностью насыщен паром. Если полностью насыщен­ ный газ дополнительно содержит некоторое количество нерастворенных водяных паров, его называют п е р е с ы щ е н н ы м . Если газ еще способен растворить некоторое количество водяных паров, он на­ зывается н е н а с ы щ е н н ы м . Отношение количества водяных па­ ров в ненасыщенном газе при данных температуре и давлении к коли­ честву пара при полном насыщении при тех оке условиях называется

находится тх кг пара и т кг сухого газа. Тогда величина т1 численно равна плотности пара рх, a m — плотности сухого газа р. Если воздух насыщен (срх = 1), масса пара тя численно равна плотности рн. Из

181

уравнения состояния (стр. 11) для сухого газа получаем т = р = — .

RT

Числитель и знаменатель правой части умножим на молекулярную

в насыщенном газе т н = р„. = ^ - 1. В этих уравнениях р, р х и р „—

RyT

парциальные давления сухого газа и пара в ненасыщенном и насыщен­ ном газе. Разделив рх на р„ и учтя определение относительной влаж­ ности, получим

СР = ^ = ( Г - (S'7)

Pt! Рч

Таким образом, относительная влажность газа равна отношению плотности водяного пара при данных условиях к плотности пара при полном насыщении при тех же условиях или отношению парциального давления пара к давлению пара при полном насыщении газа. Величина рн численно равна давлению насыщенного водяного пара (ее берут из таблиц свойств насыщенного водяного пара в зависимости от темпера­ туры).

Массовое количество водяного пара во влажном газе, которое при­ ходится на 1 кг сухого газа, называется влагосодержанием х. В соот­

Рі = фр„ и р = Po — Pi = Ро — фрн, где р0 — общее давление па­ рогазовой смеси, получаем

Поскольку молекулярные массы пропорциональны плотностям, имеем

0,804 фРн

(9-9)

Р Ро-- фРн

где 0,804 и р — плотности водяного пара и сухого газа при нормаль­ ных условиях.

Количество тепла во влажном газе, приходящееся на 1 кг сухого газа, называется теплосодержанием влажного газа / г. Оно равно сумме теп­ лосодержаний сухого газа / сг и паров воды /:

где ссг и с — теплоемкости сухого газа и пара при температуре газа

іГ, кдж/кг-град;

X — влагосодержание, кг!кг сухого газа;

2493 — теплосодержание водяных паров при 0°, кдокікг су­ хого газа.

182

Способы охлаждения газа

Существует два идеальных способа охлаждения газа. Это охлажде­ ние при п о с т о я н н о м в л а г о с о д е р ж а н и и газа, которое наблюдается при ведении процесса преимущественно в поверхностных

цесса в аппаратах непосредственного контакта сред. В первом случае при отводе тепла от газа в условиях, когда ср<( 1, температура и тепло­ содержание газа уменьшаются, а относительная влажность возрастает. Влагосодержание газа при этом остается постоянным вплоть до до­ стижения ср = 1. Предельная температура газа, соответствующая относительной влажности ср = 1, при которой в условиях постоянства влагосодержания заканчивается охлаждение газа, называется точкой росы tp. При дальнейшем охлаждении газа его влагосодержание умень­ шается вследствие конденсации водяных паров. Точка росы опреде­ ляется по формулам (9-8) или (9-9). При этом для ср = 1 сначала вы­ числяют величину рн, а затем по ней из таблиц свойств насыщенных паров находят температуру, которая и будет точкой росы.

Охлаждение газа жидкостью в смесительных аппаратах при по­ стоянных теплосодержаниях газа и жидкости характеризуется тем, что тепло газовой фазы расходуется только на испарение жидкости. Количество тепла, передаваемого газом жидкости, равно количеству тепла, возвращаемого газу с паром. Процесс охлаоісдения газа, в кото­ ром нет расхода тепла на нагрев жидкости и понижение температуры газа, полностью компенсируется увеличением его влагосодержания,

врезультате чего теплосодержание газа остается постоянным, назы­ вается термодинамически равновесным охлаждением. Если при этом

виспаряющуюся жидкость поместить термометр, то он покажет не­ которую постоянную температуру, характерную для условий данного

г— теплота испарения, дж/кг, соответствующая темпера­ туре мокрого термометра ім;

кгікг сухого газа.

При этом предполагается, что газ вблизи жидкости полностью насыщен (ср = 1) и имеет температуру, равную температуре жидкости, т. е. tM. Предельная температура, до которой газ может охладиться в данных условиях, определяется по уравнению (9-11). Если газ пе­ рестает охлаждаться, то а (tr — tM) = 0. Но так как а =j= 0, следова­ тельно, tT— tK = 0 или tr = tu, т. е. пределом охлаждения газа в дан-

183

ном процессе является температура мокрого термометра. Величина ее для газа в каждом частном случае определяется совместным реше­ нием уравнений (9-10) и (9-9) при ср = 1. Решение дает значение рн, по которому в таблицах свойств насыщенных паров находят вели­ чину іы.

Действительный процесс охлаждения газа может отличаться от рассмотренного идеального процесса. Если при охлаждении газа на­ блюдается подогрев жидкости, то конечное теплосодержание газа бу­ дет меньше начального. Температура іж, до которой при этом может нагреться жидкость, зависит от интенсивностей теплопередачи и ис­ парения и температуры газа іг. Термодинамическое равновесие такого процесса представляют уравнением

Эти данные показывают, что равновесная температура испарения воды остается сравнительно невысокой даже при больших темпера­ турах газа. При испарении жидкостей с меньшей, чем у воды, теп­ лоемкостью характер зависимости t.Mот іГостается, а абсолютные зна­ чения температур испарения повышаются. Приближенно они могут быть определены по формуле

В некоторых случаях, например после предварительного перегрева жидкости, в результате которого начальная ее температура t будет больше равновесной температуры испарения іж, при контакте жид­ кости с газом произойдет охлаждение обеих фаз. Теплосодержание газа в этом случае повысится. К такому способу иногда прибегают при газоконтактной выпарке щелоков. Термодинамическое равнове­ сие такого процесса соответствует уравнению

184