Файл: Бушмелев, В. А. Процессы и аппараты целлюлозно-бумажного производства учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 180
Скачиваний: 0
Для предотвращения уноса капель скорость газа в нижней части аппарата нужно принять несколько меньше, чем 1,78 Шеек. Примем 1,75 м/сек, тогда при
объемном |
расходе |
газа ------------- = 11,65 м3/сек |
сечение аппарата должно |
||
11,65 |
г гк |
, |
0,266-3600 |
|
|
|
|
|
|||
быть------ = 6,65 М-. |
|
|
|
||
. 1,75 |
|
|
|
|
|
п |
|
|
11 150 + 0,8-5150 , |
м3/сек, |
|
Расход газа в верхней части аппарата равен — |
______ =7,25 |
||||
|
7,25 |
1 по |
, |
0,585-3600 |
|
|
|
|
|||
а скорость -----= 1,09 |
м/сек. |
|
|
||
|
6,65 |
|
|
|
|
Критерии Нуссельта по формуле (8-22):
^Nuj = 2 + 0,267 - 4,420,5- 0 ,7830,33 = 2,519; Nu2 = 2 + 0,267-78,80,5-0,667е’33 = 4,07.
Коэффициенты теплоотдачи (вт/ж2■град): |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
at = 2,519 —Р.’0694 |
= |
349; |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
500-10_6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а, = |
4,07 -°-’0421 |
= |
201. |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
850-10-® |
|
|
|
|
|
|
|
Удельная |
поверхность |
капель по формуле (9-18) |
равна |
|
|
|||||||||
|
/ |
і = |
- |
6-5,15 (1 — 0,8) |
: 0,295 |
ж2/ж3; |
|
|
||||||
|
11,65-500-10—6-3600 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
h = ______ 6ДД5______ |
= |
1,39 ж2/ж3. |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
7,25 - 850-10 6 - 3600 |
|
|
|
|
|
|
||||
Объемные |
коэффициенты теплопередачи |
(тп/м3■град)'. |
Кі = |
|
0,295-349 = |
|||||||||
= 102,5; К* = |
1,39-201 |
|
= |
280. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Среднелогарифмическое |
значение |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
К = |
280— 102,5 |
= 177 ет/мз.град' |
|
|
|
|||||||
|
|
2,31g |
280 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
102,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
At = |
|
(1300 — 72,7) — (300 — 70) = 59?0_ |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
■7)- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2,3 1g 1300 — 72,7 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
300 —70 |
|
|
|
|
|
|
|
Рабочий объем аппарата |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
„ |
11 150 (1300-1,005 — 300-0,92) 0,98 _ |
. |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
177-597-3,6 |
|
|
|
|
|
|
|||
При сечении аппарата |
6,65 ж2 |
его |
диаметр |
D = |
Г 4-6,65 _ |
2,9 ж, а рабо |
||||||||
| / |
3,14 |
|
||||||||||||
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
расстояние |
между верхним |
краем подво- |
||||||
чая высота h = -----= 4,52 ж — это |
||||||||||||||
|
6,65 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дящего газохода и спрысками. Общая высота аппарата в 1,5—2 раза больше его рабочей высоты.
194
Глава 10. ВЫПАРИВАНИЕ
При испарении растворителя из растворов твердых и некоторых других нелетучих веществ концентрация растворов повышается. При кипении растворов скорость испарения значительно возрастает. Про цесс концентрирования кипящих растворов вследствие испарения ра створителя называется выпариванием. Аппараты, в которых прово дится выпаривание, называются выпарными аппаратами. В качестве теплоносителей при выпаривании применяют главным образом водя ной пар, который передает тепло кипящему раствору через разделяю
щую их стенку. Этот пар называют |
п е р в и ч н ы м , или г р е ю |
|
щ и м паром, а |
пар, образующийся |
при испарении растворителя,— |
в т о р и ч н ы м , |
или с о к о в ы м . |
|
В некоторых случаях концентрирование растворов проводят их вскипанием. Делается это так. Сначала раствор нагревают при повы шенном давлении до некоторой температуры, а затем подают его в про странство с меньшим давлением и соответственно меньшей температу рой кипения. За счет избыточного тепла раствор вскипает и концен трируется.
Выпаривание может происходить и при непосредственном контакте перегретого пара с раствором. В этом случае пар передает раствору тепло перегрева, раствор начинает кипеть и упаривается. Образую щийся вторичный пар смешивается с первичным, и смесь удаляется
на дальнейшее теплоиспользование. |
простым испарением |
|
Концентрирование растворов |
проводят и |
|
при их контакте с газом, когда |
растворы до |
кипения не доводятся. |
В этом случае стремятся развить как можно большую поверхность испарения, что достигается распылением раствора на мельчайшие капли или распределением его объема на тонкие пленки. Аппараты, в которых концентрирование растворов производится путем простого испарения, называются испарителями. В качестве теплоносителей
вданном случае используют горячие дымовые газы. Тепло от газов
кжидкости передается при непосредственном их соприкосновении. Испаренная жидкость поглощается дымовым газом и удаляется на дальнейшее теплоиспользование.
Процессы испарения и особенно выпаривания широко применяются
вцеллюлозно-бумажном производстве для концентрирования суль фатных и сульфитных шелоков.
ОДНОКОРПУСНАЯ ВЫПАРКА
Установка, предназначенная для проведения процесса выпаривания, называется выпаркой
На рис. 10-1 показана схема выпаривания в одном аппарате. Та кая выпарка называется однокорпусной. В трубках аппарата и в объе мах под нижней и над верхней трубными решетками находится выпа риваемый раствор. Первичный пар подается в межтрубное простран ство, конденсат из этого пространства отводится снизу. При кипении раствора выделяется вторичный пар, который сверху аппарата уда ляется на конденсацию. Упаренный раствор отводится из нижней
195
части аппарата. Пространство в аппарате над раствором может нахо диться под атмосферным давлением, избыточным давлением или раз режением. Если при выпаривании внутри аппарата давление больше
атмосферного, |
выпарка называется в ы п а р к о й п о д д а в л е |
|
н и е м ; если |
выпаривание |
происходит под разрежением, выпарка |
называется в а к у у м н о й . |
Выпарка под атмосферным давлением |
|
является частным случаем выпарки под давлением и выпарки под раз режением. Выбор абсолютного давления при выпаривании опреде ляется характером выпариваемого раствора, Например, для выпари вания последрожжевой бражки в сульфитном производстве берут вы
парку |
под |
давлением и, следовательно, при высокой температуре. |
||||||||||||
|
|
|
|
|
Это делается для |
понижения |
рас |
|||||||
|
|
|
|
|
творимости |
сульфата |
кальция |
и |
||||||
|
|
|
|
|
эффективного перевода его из рас |
|||||||||
|
|
|
|
|
твора в осадок, что приводит к рез |
|||||||||
|
|
|
|
|
кому |
|
снижению |
образования |
||||||
|
|
|
|
|
накипи на поверхностях |
теплопе |
||||||||
|
|
|
|
|
редачи. Для высококипящих рас |
|||||||||
|
|
|
|
|
творов и растворов, не выдержи |
|||||||||
|
|
|
|
|
вающих |
высокой |
температуры, |
|||||||
|
|
|
|
|
применяют вакуумную выпарку. |
|
||||||||
|
|
|
|
|
Составим |
уравнения |
матери |
|||||||
|
|
|
|
|
ального |
и |
теплового |
балансов |
||||||
|
|
|
|
|
однокорпусной выпарки. Для этого |
|||||||||
Рис. 10-1. Схема однокорпусной вы |
примем обозначения: |
|
|
|
|
|||||||||
Xj и Хо — концентрация |
раствора |
|||||||||||||
|
|
парки: |
|
|||||||||||
1 — вы парной |
апп арат ; 2 — конденсатор |
|
|
до и после выпарива |
||||||||||
|
|
|
количество |
|
|
|
ния; |
|
|
|
|
|
||
G, D, |
W |
выпариваемого |
раствора, |
первичного |
||||||||||
t\, |
t2 v. |
|
пара и испаряемой воды; |
|
|
|
|
|
|
|
||||
tK— температура |
раствора |
до |
и |
после выпаривания |
и |
|||||||||
|
|
|
конденсата; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
си |
с2 и ск — их теплоемкости; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
/ и і — теплосодержание первичного |
и |
вторичного |
пара |
||||||||||
|
|
|
(с учетом их влажности); |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Qn — тепловые потери. |
|
|
|
|
веществу Gx1 — |
|||||||
Уравнение |
материального |
баланса |
по |
сухому |
||||||||||
— (G—W) х2. Его обычно решают относительно количества испаряе |
||||||||||||||
мой воды |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
W = G ( l - ^ . y |
|
|
|
|
|
( 10- 1) |
|||||
Уравнение теплового баланса
GC]ti-{- DI = (G— W) c2t2-f- Wi -|- DcKtK-j- Qn-
Отсюда получаем
D (/ — cJK) = G {c2t2 — CA) + W (i—c2t2) + Qn. |
(10-2) |
196
По уравнению (10-2) общее количество тепла D [I—cKtK\t которое при выпаривании передает пар, расходуется на подогрев раствора до температуры кипения в количестве G [c2t2—crtr ], на испарение воды
вколичестве W [і—c2t2] и на покрытие тепловых потерь. Следова тельно, выпарной аппарат работает не только как испаритель, но и как подогреватель. Поскольку выпарные аппараты сложнее и дороже, чем обычные подогреватели, нужно стремиться использовать их для чистого выпаривания, а подогрев растворов осуществлять предвари тельно в специальных подогревателях.
Величину тепловых потерь в расчетной практике выражают через тепловой коэффициент полезного действия е, который равен отноше нию полезно затраченного тепла к общему его расходу. Он составляет
в= 0,97 н- 0,98. С учетом вентиляции выпарных аппаратов его ве личина снижается до в = 0,9 -4- 0,92. Исходя из сказанного, расход греющего пара по уравнению (10-2) равен
G |
~~ |
I |
J |
(10-3) |
® |
|
|
’ I — CKtK |
|
|
|
|
Количество греющего пара, отнесенное к количеству испаряемой воды, есть удельный расход пара
^ D G (c2tа Сд7і) I |
* |
(10-4) |
|
~ ~ ¥ ~ г \Ѵ { І - с кікУ |
е (/ — cKtK) |
||
|
Если пренебречь тепловыми потерями и предположить, что раствор поступает на выпарку при температуре кипения, то c2t2 s сх/і и удель-
І _ Qf
ный расход пара d = -------— . Это отношение приближенно равно
I cKtк
единице. Следовательно, в однокорпусной выпарке при отсутствии расхода тепла на подогрев раствора-1 кг первичного пара можно вы парить примерно 1 кг воды и можно получить 1 кг вторичного пара. Если t±< ttг. удельный расход пара 1. При ігі> і2 раствор в аппа рате будет вскипать и получим d<< 1.
Уравнение (10-3) решим относительно количества испаряемой водьь
|
W = eD [ ~ Скік Q |
СзА |
Cé-2. |
(10-5) |
|
і — С%і2 |
І |
С2^2 |
|
Отношение - — |
= а называется |
коэффициентом |
испарения. |
|
Он показывает, |
какое количество воды можно выпарить за счет тепла |
|||
1 кг первичного пара. Коэффициент испарения приближенно равен еди нице.
Величина Cltl ~ Сз— = ß называется |
коэффициентом |
самоиспа- |
||
І--C2t2 |
какое количество воды можно выпарить за счет |
|||
рения. Он показывает, |
||||
теплоты перегрева 1 |
кг раствора. При |
ss c2t2, когда |
перегрева |
|
нет, коэффициент ß = |
0. |
Если c1tl <Cc2t2 и раствор доводится до ки |
||
пения в самом аппарате, |
величина ß < 0 . При c1t1'> c2t2 коэффициент |
|||
самоиспарения положителен и из раствора будет испарено наибольшее количество воды.
197