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

Температурные потери при выпаривании

В отличие от простого нагревания при выпаривании существуют не только потери тепла на излучение, но и температурные потери. Они являются причиной существенного уменьшения движущей силы

Рис. 10-6. Схема выпарного аппарата Розенблада с пластинчатым кипя­ тильником:

а — выпарка с прямым ходом; б — выпарка с измененным ходом пара и щелока; / — кипятильник; 2 — сепараторы; 3 — насосы; 4 — циркуляционные трубы; 5 — подача конденсата для орошения поверхностей нагрева

процесса — разности температур между греющим паром и кипящим раствором, что приводит к значительному увеличению поверхностей выпарных аппаратов.

Концентрационная депрессия

При одном и том же давлении растворы кипят при более высокой температуре, чем растворители. Разность температуры кипения раст­ вора и чистого растворителя при одинаковых давлениях называется концентрационной депрессией. С увеличением концентрации раствора концентрационная депрессия возрастает. Например, при нормальном давлении 760 мм рт. ст. сульфатный черный щелок концентрацией 35% кипит при температуре 103°, а вода — при 100°. Концентрацион­ ная депрессия = 103 — 100 = 3°. При давлении 200 мм рт. ст. тот

ную депрессию сульфатных щелоков давление не оказывает сущест­ венного влияния.

Температура вторичного пара равна температуре кипения раство­ рителя. Следовательно, концентрационная депрессия иначе равна разности температур кипения раствора и образующегося вторичного

204

пара. Если принять температуру первичного пара 110° и выпаривать под атмосферным давлением щелок концентрацией 35%, который ки­

ратуру кипения и больший температурный напор, что приводит к уве­ личению скорости выпаривания. В тех же условиях выпаривание ще­ лока с концентрацией 35% неосуществимо, так как его температура кипения 112° и концентрационная депрессия А' = 12°. Для того чтобы

.обеспечить прежний температурный напор A t = 7°, требуется первич­ ный пар с температурой 112 + 7 = 119°. Этого же можно достичь сни­ жением давления при выпаривании до 545 мм рт. ст., которому соот­

оценки концентрационной депрессии.

Концентрационные депрессии щелоков целлюлозного производства

Повышение температуры кипения за счет увеличения давления

С увеличением давления температура кипения жидкости возрас­ тает. Обозначим:

205

Давление на границе кипящего и некипящего слоев раствора равно

Р ~ Ро“Ь А Рст+ ДРтр + Д Руск>

и пара в трубках в зоне кипения по сравнению со ско­ ростью движения жидкости в трубках до зоны кипения.

где все размерности в единицах СИ.

Повышение температуры кипения раствора, вызванное повышением гидростатического давления, называется гидростатической депрес­

Повышение температуры кипения, вызванное увеличением давления на величину гидравлических сопротивлений, называется гидравличе­ ской депрессией.

Увеличение объема среды в зоне кипения за счет образования пара приводит к возрастанию скорости ее движения по трубкам. В ре­ зультате давление на границе кипящей и некипящей зон в трубках

Повышение температуры кипения, вызванное увеличением давления на ускорение движения парожидкостной смеси, называется инерцион­ ной депрессией.

В уравнении (10-9) средняя плотность парожидкостной смеси оп­ ределяется как среднелогарифмическая:

Рі — Рпж

Р

2,3 1g-P^

Рпж

лам довольно сложен. На практике для этой цели пользуются эмпири­ ческими зависимостями.

Для определения Артр сначала вычисляют потерю давления на трение Ар' в трубке длиной 1 м при движении по ней некипящего

206

раствора, а затем вводят коэффициент ср, учитывающий влияние ки­ пения жидкости. Следовательно,

где величина h подставляется в метрах.

Величина ср зависит от температуры образующегося при кипении пара и его массовой доли в парожидкостной смеси (рис. 10-7).

Потеря давления на ускорение смеси жидкости и пара пропорцио­ нальна их скоростным напорам. Действительные скорости жидкости и пара в трубках определить трудно, поэтому массовую скорость жид­ кости w условно принимают равной скорости пара, а потерю давления на ускорение считают прямо пропорциональной массовой скорости раствора во второй степени до2 и обратно пропорциональной плотно­ сти пара и его массовой доле. Поскольку плотность пара и его темпе­ ратура взаимосвязаны, потерю давления на ускорение рассчитывают с помощью полуэмпирического уравнения

где ф — коэффициент, учитывающий отставание скорости раствора

207

от скорости пара на выходе из трубок, зависящий от массовой доли b пара в парожидкостной смеси и температуры пара (рис. 10-8); w — массовая скорость раствора, кг/сек,-м2.

Рассчитав все составляющие повышения давления, находят дав­ ление р на границе зоны кипения, а по нему — температуру насы­ щенного пара t. Зная давление пара р 0 над раствором и соответствую­ щую ему температуру t0, определяют повышение температуры кипе­ ния раствора за счет повышения давления в кипящем слое

В зависимости от типа аппаратуры, применяемой для выпарива­ ния, величины Арст, Дртр и Аруск получаются неравнозначными. Например, для аппаратов пленочного типа с большой степенью кон­ центрирования раствора и, следовательно, с высоким содержанием пара в парожидкостной смеси, движущейся по трубкам, величина Арст незначительна по сравнению с (Дртр + Друск). Если в аппара­ тах пленочного типа степень выпаривания невелика, Арст становится больше, чем (Артр + АруСК). В аппаратах с искусственной циркуля­ цией, где содержание пара в трубках относительно невелико, вели­ чина Друск несущественна по сравнению с (Арст -|- Артр), а в аппа­

При движении пара по паропроводам часть его давления тратится на преодоление гидравлических сопротивлений. Если при этом давле­

принимают из практических соображений равной 1—2° на каждый корпус выпарной установки, не прибегая к вычислениям.

Теплопередача при выпаривании

Коэффициенты теплоотдачи при конденсации пара и коэффициенты теплоотдачи от стенки к некипящему раствору рассчитываются по фор­ мулам гл. 8.

Теплоотдача со стороны жидкости в аппаратах с искусственной циркуляцией без вскипания раствора при турбулентном его движении

Константа С = 0,0226 при отсутствии кипения в трубках и С = 0,0278, если кипение в них подавлено не полностью.

В аппаратах с принудительной циркуляцией й кипением основной массы раствора в трубках для общего коэффициента теплопередачи

208

где <х1 и а 2 — коэффициенты теплоотдачи со стороны пара и жидкости

а — сопротивление стенки ц накипи.

Динамика выпаривания

В процессе выпаривания на поверхностях нагрева выпарных аппа­ ратов со стороны раствора откладывается накипь, которая сущест­ венно снижает их общий коэффициент теплопередачи и испарительную способность. Исследования показали, что количество откладываю­ щихся на стенках аппарата солей зависит от характера выпариваемого раствора, его концентрации х, производительности по испаряемой воде W кг/ч и продолжительности выпаривания тг ч. Толщина накипи по экспериментальным данным равна

Формула (10-16) показывает, что во время выпаривания толщина накипи наиболее интенсивно растет в аппаратах с концентрированным раствором и большой интенсивностью испарения. С увеличением тол­ щины накипи общий коэффициент теплопередачи уменьшается и сни-