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

Материальный и тепловой балансы охлаждения газа

Сначала рассмотрим процесс охлаждения газа до температур ниже точки росы, сопровождающийся конденсацией водяных паров.

Подставив сюда L = G (xx—x 2) и выразив тепловые потери через тепловой коэффициент полезного действия &, получим

Далее рассмотрим процесс охлаждения газа, сопровождающийся испарением части охлаждающей жидкости. Обозначения физических характеристик процесса прежние. Исключение составляет L — мас­ совое количество испаренной в единицу времени жидкости. Уравне­ ние теплового баланса в этом случае будет иметь вид

G(СА + ЯіЛ) + WcHtH= G(с3^2+ xil2) + L I2-}- (W — L) cKtK-f- Qn.

По-прежнему, тепловые потери выразим через тепловой коэффициент полезного действия е. Кроме того, через ф обозначим отношение ко­ личества испаряемой воды к начальному расходу жидкости, т. е.

Уравнения (9-16) и (9-17) чаще всего используют для определения расхода Wохлаждающей жидкости. При этом влагосодержание х 2, подставляемое в уравнение (9-16), рассчитывается по формуле (9-9) для ср = 1 и заданной температуры газа t2, а величиной ф в уравнении (9-17) задаются.

Аппараты смешения для охлаждения газа

Аппараты непосредственного контакта газа и жидкости часто вы­ полняют две задачи — очищают газ от пыли и некоторых других за­ грязнений и охлаждают его. В основу классификации этих аппара­ тов положен способ создания межфазовой поверхности. К аппаратам,

185

в которых эта поверхность создается распылением жидкости в потоке газа, относятся полые аппараты и аппараты Вентури. Сплошной фа­ зой в них является газ, дисперсной — жидкость в виде струй и капель.

В барботажных аппаратах сплошной средой служит жидкость, в которой газ распределяется в виде пузырьков и струек. Аппараты, рабочий объем которых заполнен телами разной величины и формы (чаще всего — керамическими кольцами диаметром 25—100 мм), на­ зываются насадочными. Назначение насадки — создание межфазовой поверхности.

Аппараты Вентури и некоторые типы барботажных аппаратов (на­ пример, пенные) рассмотрены в главе 6. Другие типы барботажных

Рис. 9-13. Схема охлаждения газа в две ступени:

аппаратов будут рассмотрены в главах 13 и 16. На рис, 9-13 показана схема двухступенчатой установки, которая применяется в сульфитцеллюлозном производстве для охлаждения печного газа S 0 2. В пер­ вой ступени обычно устанавливается полый цилиндр, в верхней части которого расположены механические спрыски. Газ в аппарат подается снизу, а отводится сверху. В качестве орошающей жидкости обычно используют горячую подкисленную воду со второй ступени охлажде­ ния. Вследствие интенсивного ее испарения газ охлаждается от 1100— 1300 до 300 — 350°, обильно насыщаясь водяными парами. Теплосодержание газа в процессе такого охлаждения практически ос­ тается неизменным. Во второй ступени обычно устанавливают наса­ дочные аппараты. В качестве охлаждающей жидкости здесь исполь­ зуют оборотную подкисленную воду с температурой около 20° (под-

. кисление необходимо для предотвращения растворения S 0 2). Как и

186

в первой ступени, в насадочном аппарате газ и жидкость движутся противотоком. При контакте газа с холодной водой в объеме насадки происходит интенсивное охлаждение газа от 300—350 до 30—35° и эффективная конденсация водяных паров. Горячая вода с температу­ рой 70—80°, получаемая при этом, в основном используется для по­ догрева свежей воды в теплоутилизационном теплообменнике. Часть ее подается на спрыски полого скруббера. Последний может работать и по принципу прямотока.

Для охлаждения дымовых газов содо- и магнийрегенерационных агрегатов и известерегенерационных печей в основном используют скрубберы Вентури. Они отличаются высокой интенсивностью тепло­ обмена. При охлаждении влажных газов, сопровождающемся конден­ сацией водяных паров, коэффициенты теплопередачи равны 900—

— 1400 вт/м2-град. Им соответствуют объемные коэффициенты тепло­ передачи 23 000 — 41 000 вт/м3-град (отнесены к объемам горловины и диффузора). Орошающая вода нагревается от 10—20 до 65—70° при спаде температуры газа от 200—500 до 67—72°. При использова­ нии орошающей жидкости с повышенной начальной температурой, например сульфатного черного щелока с t — 80 -н 90°, температура газа на выходе будет 90— 100°. Характерно, что начальная темпера­ тура газа, даже очень высокая, не оказывает существенного влияния на его конечную температуру. Это говорит о сверхвысокой интенсив­ ности теплопередачи, в результате которой процесс всегда заканчива­ ется в условиях, близких к термодинамическому равновесию системы.

Расчет теплообменных аппаратов смешения

Расчет теплообменных аппаратов непосредственного контакта газа

ижидкости заключается в определении их рабочих объемов. При рас­ чете полых аппаратов допускается, что после спрысков образующиеся капли жидкости быстро теряют скорость и переходят к режиму сво­ бодного осаждения. Тогда по известному начальному диаметру капель

иформулам отстаивания (см. главу 5, стр. 95) может быть определен

критерий Рейнольдса относительного движения газа и капель, а по нему — коэффициент теплоотдачи а [формула (8-22)].

Для того чтобы вычислить объемный коэффициент теплопередачи, нужно знать удельную поверхность капель /, которую находят, руко­ водствуясь следующими соображениями. Если W — расход орошаю­ щей жидкости (м3/сек) и d — диаметр капли (м), то число образую-

Определив объемный коэффициент теплопередачи К — fa и вычис­ лив среднюю разность температур, по общему уравнению теплопере­ дачи находят рабочий объем аппарата. Далее, определив по формуле

187

(5-5) относительную скорость газа и капель, задаются абсолютной скоростью газа в аппарате и находят его диаметр, а затем рабочую вы­ соту. Если унос капель из аппарата недопустим, скорость газа в нем принимают меньше относительной скорости.

Аналогично рассчитывают насадочные скрубберы. Разница лишь в том, что величину удельной поверхности берут из справочников. Скруббер Вентури рассчитывают по экспериментально определенным коэффициентам теплопередачи.

Конденсаторы смешения

Если конденсирующиеся пары не являются ценными веществами и если конденсат может быть смешан с охлаждающей водой, для про­ ведения процесса конденсации при­ меняют конденсаторы смешения.

Преимущественно они предназна­ чены для конденсации паров сдувок

и выдувок и вторичного пара выпарки. Наибольшее распространение получили струйные и полочные конденсаторы.

В струйном конденсаторе (рис. 9-14) смешение пара с водой проис­ ходит в ограниченном объеме трубок небольшого диаметра. Воду в трубки подают под напором, и конденсация проходит очень интен-

188