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: 175
Скачиваний: 0
жается испарительная способность аппарата. Отсюда ясно, что при расчете выпарки нужно ориентироваться не на максимальные и даже не на средние коэффициенты теплопередачи, а на минимальные коэффи циенты, соответствующие предельно допустимым нагрузкам аппаратов по испаряемой воде, при которых еще обеспечивается общая про изводительность выпарки. После достижения минимально-предель ных значений коэффициентов теплопередачи, соответствующих мак симально-предельным толщинам накипи, выпарка (или отдельные ее корпуса) должна быть остановлена на промывку и чистку поверхно стей нагрева. Продолжительность работы аппаратов от промывки до промывки может быть определена из уравнения (10-16). Если в одном из аппаратов выпарки определены значения 6, W и х, то в любом дру гом аппарате с известными характеристиками Wt и хі толщина накипи в данный момент времени равна
Температурный напор и его распределение
Общим температурным напором выпарки является разность тем ператур первичного пара t в первом корпусе и вторичного пара tn на выходе из последнего корпуса, т. е. А^общ = t — tn. Для определе ния полезной разности температур А/1^ необходимо из Д^бщ, вы честь значение суммы температурных потерь 2 А по всем корпусам. Величина полезного температурного напора в выпарке рарна
Л*П0Л=Д*0б,Ц-2Д. (10-18)
Его распределение по отдельным аппаратам выпарной установки про
изводится из |
условия получения одинаковых |
поверхностей нагрева |
|||||
|
Qi |
|
|
|
|
|
|
F r |
КсA U— const, |
где |
Qi — тепловая нагрузка t'-го |
корпуса, |
|||
К і — общий |
коэффициент |
теплопередачи, A tt — температурный на |
|||||
пор. |
Отсюда |
сумма |
температурных напоров |
корпусов |
= |
||
1 |
^ Q c - = |
дU ,л , |
где п — число |
корпусов в выпарке. |
Подставив |
||
|
Кі |
|
|
|
|
|
|
сюда |
Fi = - Qi и решив уравнение |
относительно полезной разности |
|||||
Кі&tt
Аti данного корпуса, получим
A ti = Ы п Qi/Ki |
(10-19) |
4 Kt |
|
Полезная разность температур может быть приближенно распре
делена по корпусам также по формуле |
|
|
At[ = A ta |
Wt |
( 10-20) |
|
W |
|
где Wi и W — количества испаряемой воды в данном корпусе и во всей выпарной установке.
210
Расчет выпарки
Расчет выпарки является наиболее трудоемким из всех расчетов по процессам и аппаратам. Прежде всего выбирается кратность п выпаривания и подсчитывается общее количество испаряемой воды W кг/ч. Затем по характерной для данного типа выпарного аппарата
интенсивности выпаривания w кг/м2-ч определяется |
поверхность на- |
\ѵ |
выпарного обо- |
грева выпарного аппарата Fx= — ж2 и по каталогу |
|
1IW |
|
рудования выбирается стандартный выпарной аппарат с поверхностью
нагрева F. Если величина Fx получилась слишком большой, опреде-
р
ляют число выпарных установок из соотношения N = — . В даль
нейшем рассчитывают одну установку, так как все другие установки принимают аналогичными первой.
Расчет выпарки проводят в несколько ступеней. Первой ступенью является ориентировочный расчет, в котором количество испаряемой воды распределяется по корпусам приблизительно, на основании практики или поровну. После этого определяются конечные концен трации раствора по корпусам и так называемые расчетные концентра ции. Для аппаратов с циркуляцией расчетными являются конечные концентрации, а для пленочных—средние. По конечным концентра циям (для любого типа аппаратов) определяются концентрационные депрессии А' и рассчитываются (или принимаются из практических соображений) гидравлические депрессии между корпусами А'". Оп ределив общую разность температур Д^обЩ1 находят полезную раз ность А^пол = А^общ — (S А' + 2 А"') для верха аппаратов и ори ентировочно распределяют ее по корпусам пропорционально коли чествам испаряемой воды. Затем определяют температуры соковых и греющих паров и устанавливают ориентировочный режим выпари вания.
Во второй ступени расчета для каждого корпуса составляются уравнения материального и теплового балансов и уточняются коли чества испаряемой воды и расходы греющего пара, а также корректи руются конечные концентрации растворов и другие его характери стики.
В третьей ступени производится проверка работоспособности кор пусов по условиям теплопередачи отдельно для зон подогрева раствора и его кипения.
Центральным моментом расчета выпарки является установление температурного режима выпаривания и расхода пара на выпарку.
Характерная особенность расчетов выпаривания — многократное задание физических величин и их проверка и уточнение. Такой прием в расчетах называется м е т о д о м п о с л е д о в а т е л ь н ы х п р и б л и ж е н и й . Обычно правильное значение принимаемой величины устанавливается после 2—3 приближений, Ниже приводятся примеры расчетов процесса выпаривания.
Пример 1. В семикорпусной выпарке четвертый, пятый, |
шестой и седьмой |
корпуса работают по прямотоку, причем шестой и седьмой |
корпуса — парал |
8* |
211 |
лельные как по движению пара, так н по подаче щелока. 60% начального щелока подается в четвертый корпус, из которого он затем переходит в пятый, а из пя того в шестой корпус. Остальные 40% начального щелока подаются параллельно в пятый и седьмой корпуса. Общее количество начального щелока 275 000 кг/ч, его температура 85° С и концентрация 20% (после смешения свежего щелока
супаренным). Произвести предварительный расчет прямоточной части выпарки
сучетом того, что щелок после шестого и седьмого корпусов проходит через мылоотделитель (концентрация щелока должна быть 30—35%).
Ре ш е н и е . Предварительно принимаем, что в седьмой корпус будет по дано 25% свежего щелока, а в пятый направляются остальные 15%. Примем
также концентрацию щелока на выходе из шестого корпуса хв2 = 34%. В чет- вертом-шестом корпусах испаряется воды
1РГ4_ 6 = 275 000-0,75 fl ——) = 84 990 кг/ч.
Примем ориентировочно IPj : 1К8 : 4% = 1 : 1,3 : 1 (соковый пар пятого кор пуса используется в качестве греющего в шестом и седьмом корпусах). Следо вательно,
|
1К4 = Г |
84 |
990-1 = |
25 700 кг/ч; |
|
|
|
|
3,3 |
|
|
|
Wв = 84 990 — 2- 25 |
700 = |
33 590 кг/ч. |
||
Концентрация щелока на выходе из четвертого корпуса |
|||||
|
хі2 = — 275 000-0,6ПЮ----_ 2 3 j% |
||||
|
275 000-0,6 — 25 700 |
||||
где 275 000-0,6 = |
165 000 кг/ч = |
G,n |
— количество щелока на входе в четвер |
||
тый корпус; G4, = |
165 000 — 25 000 |
= |
139 300 кг/ч — количество щелока на |
||
выходе из четвертого корпуса. Свежего щелока в пятый корпус подается 15%
от |
G, поэтому |
G61 = |
G42 + |
0,15 G = 139 300 + 0,15-275 000 = |
139 300 + |
|||||
+ |
41 250 = 180 550 кг/ч. |
Концентрация щелока на входе в пятый корпус |
||||||||
|
|
хы — |
139 300-23,7 + |
41 250-20 |
= 22,9%. |
|
|
|||
|
|
|
|
180 550 |
|
|
|
|
||
На выходе из пятого корпуса концентрация щелока |
|
|
||||||||
|
|
180 550-22,9 |
|
4 115 000 |
28,1% = |
хп ; |
|
|||
|
|
180 550 — 33 590 |
|
146 960 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
С62= С61 = 146 960 кг/ч; 0 62 = |
146 960 —25 700 = |
121 260 кг/ч; |
|||||||
|
|
|
х 62 |
146 960-28, |
= 34%. |
|
|
|||
|
|
|
|
121 260 |
|
|
|
|
||
Концентрационные депрессии щелока: |
на выходах из корпусов по формуле (10-8) |
|||||||||
равны: lg Д42 = |
0,0217-23,7 — 0,287 = |
0,228, |
откуда Д42= 1,7°. |
Аналогично |
||||||
д;2= 2,1° и д;2= 2,8°. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Принятому давлению вторичного пара в шестом корпусе 0,15 ата соответст |
|||||||||
вует температура |
/ос = 53,6°. По данным практики выпаривания (см. «Справоч |
|||||||||
ник бумажника-технолога», т. |
1, М., |
1964, |
стр. 472), температурный напор в ап |
|||||||
парате должен быть |
не менее 8 — 9° С. На четвертый, пятый и шестой корпуса |
берем 2Д^=30°С и |
ориентировочно распределяем их в соответствии с соотно |
шением количеств испаряемой воды, т. е. Д/4 : Дf5 : Дt2 = 1 |
: |
1,3 : 1 (табл. 10-1). |
|
Следовательно, Дif4 = Д/6 = |
ЧО. 1 |
= |
11,8°. |
-----= 9,1° и Д/5 = 30 — 2-9,1 |
|||
|
3,3 |
|
|
212
Т а б л и ц а IО-1
Ориентировочный режим выпаривания
|
Температура |
Концентра |
Температура |
|
|
|
|
|
|
кипения |
|
Температура |
Гндрав- |
||||
|
вторичного |
ционная |
щелока |
|
греющего |
лпческая |
||
№ |
пара |
депрессия |
на выходе |
|
пара |
депрес |
||
корпуса |
he “ |
hr * |
из трубок |
'іъ = 'іс + |
А'і |
hr ~ |
he * |
сия |
|
|
на выходе |
из трубок |
|
дh |
|||
|
+ |
ДГ |
|
+ д; |
|
+ |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|||
6 |
53,6 |
2,8 |
56,4 |
9,1 |
65,5 |
1,5 |
||
5 |
67,0 |
2,1 |
69,1 |
11,8 |
80,9 |
1,5 |
||
4 |
82,4 |
1,7 |
84,1 |
9,1 |
93,2 |
— |
||
Уточним количества испаряемой воды, для чего составим и решим уравне
ния теплового баланса корпусов. Для четвертого |
корпуса |
|
|
||||
|
|
|
— G « (с42^42 — c4+ ll) + |
(U ---C42^42)i |
|
|
|
откуда определяем D.t = |
W3. Обозначения здесь |
следующие: D4 = Ws — рас |
|||||
ход греющего пара в четвертом корпусе, равный |
количеству испаряемой |
воды |
|||||
в третьем |
корпусе; г4 — его теплота преобразования; /4 — теплосодержание |
||||||
вторичного |
пара; с41 = |
4,103 — 0,0218-20 = 3,67 |
кдж!кг град |
(по формуле |
|||
9-5); с42 = |
4,103 — 5,0218-23,7 = 3,59 кджікг-град; |
г4 = 2277,3 |
кджікг’, |
і4 = |
|||
= 2648,2 кджікг. |
Следовательно, |
|
|
|
|
||
|
n |
165 000 (3,59-84,1 — 3,67-85) + 25 700 (2648,2—3,59-84,1) |
|
||||
|
|
|
0,99-2277,3 |
|
|
|
|
|
|
|
= 26 200 кг/ч, |
|
|
|
|
где 0,99 — относительные тепловые, потери. Для пятого корпуса
с61 = 4,103 —0,0218-22,9 = 3,60 кдж/кг-град;
с52 = 4,103 — 0,0218-28,1 = 3,49 кдж/кг-град;
{ __ 139 300-84,1-3,59 + 41 250-85-3,67 _
Б1~ |
139 300-3,59 + 41 250-3,67 |
_ |
|
|
г6 = 2307,7 кдж/кг |
(для /6Г = |
80,9°С); |
|
іъ= 2621 кдж/кг |
(для tsc = |
67° С). |
Следовательно, при D6 = 1F4 из уравнения теплового баланса пятого кор пуса получаем
т |
0,99-25 700-2307,7 — 180550 (3,49-69,1 -3,6-84,3) |
пп |
. |
|
\Ѵ 5 — |
" |
— — |
л У b u U |
K2j4. |
|
2621 — 3,49-69,1 |
|
|
|
Поскольку ранее было принято 1176 = 33 590 кг/ч, уточним физические ха рактеристики щелока и проведем перерасчет. Для \Ѵ5 — 29 550 кг/ч получим
*62 |
180 550-22,9 |
27,4%; |
|
180 550 — 29 550 |
|||
|
|
см = 4,103 — 0,0218-27,4 = 3,51 кдж/кг-град;
lg д '2 = 0,0217-27,4 — 0,287 = 0,308, откуда д'2 = 2°С.
213
Температура щелока на выходе из трубок /62 = 67 + 2 = 69° С. Еще раз уточним количество испаряемой воды
0,99-25 700-2307,7 — 180 550 (3,51-69 —3,6-84,3)
----------------------------------------------------------------------------------------—= 30 200 кг/ч.
2621 -3,51-69
Для дальнейших расчетов уточним физические характеристики щелока:
Х^2— 180 550-22,9 = 27,5%; 180 550 — 30 200
с52 = 4,ІОЗ — 0,0218-27,5 = 3,5 кдж/кг-град; Д52 = 2°С.
Поскольку Л'59, с52 н Д5, практически пе изменились, окончательно принимаем
\\% = |
30 200 кг/ч. Величина |
GS2 = |
180 550 — 30 200 = |
150 350 |
кг!ч = |
G01. |
||||
Данные об уточненном температурном режиме вносим в табл. 10-2. |
, |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
10-2 |
|
|
|
|
Уточненный температурный режим |
|
|
|
||||
|
|
Температура |
Температура |
Д/. |
на вы |
|
Температура |
|
||
|
|
кипения |
|
|
|
|||||
№ |
|
греющего |
на выходе |
ходе из тру |
|
вторичного |
|
|
||
|
пара |
|
бок |
Д ' |
пара |
д ш |
|
|||
корпуса |
Ur ~ Uz ~ |
из трубок |
|
|
= Ur ~~ |
<* = < * - |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
— Д '" |
+ Д’ |
|
|
~~ Uz |
|
- Д ' |
|
|
4 |
|
93,2 |
84,1 |
|
|
9,1 |
1,7 |
82,4 |
1,5 |
|
5 |
|
80,9 |
69 |
|
|
11,9 |
2,0 |
67,0 |
1,5 |
|
0 |
|
65,5 |
55,9 |
|
|
9,6 |
2,3 |
53,6 |
— |
|
7 |
|
65,5 |
55,9 |
|
|
9,6 |
2,3 |
53,6 |
— |
|
|
Для |
седьмого корпуса |
принимаем х72 = 30%. Тогда |
|
|
|
||||||||
|
с72 = |
4,103 — 0,0218-30 = |
3,45 кдж/кг-град; |
|
|
|
|
|
||||||
lgД^"2 = |
0,0217-30 —0,287 = |
0,364, |
откуда |
Д72 = 2,3°С; |
|
|
|
|||||||
|
t72 = |
53,6 + |
2,3 = |
55,9°; |
Д/72 = |
65,5 — 55,9 = |
9,6° С; |
|
|
|
|
|||
|
г- = |
2344 кдж/кг (для f7r = |
65,5°C). |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Количество испаряемой воды W7 = |
275 000-0,25 |
1 — — ) = 22 920 |
кг/ч. |
||||||||||
Из теплового баланса расход греющего пара равен |
|
|
30, |
|
||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||
|
D7= W 5 |
275 000-0,25 (3,45-55,9 — 3,67-85) + 22 920 (2596 — 3,45-55,9) |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
0,99-2344 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
= 20 200 кг/ч. |
|
|
|
|
|
|
|
Для |
шестого |
корпуса |
D&= |
Ws |
W5 — w5 = |
30 200 — 20 200 = |
|||||||
= |
10 000 кг/ч; |
г8 = |
г7; г6 = |
г7; G01 = G52 |
Coi |
C&2 и |
ini — 4г- |
|
||||||
|
С учетом самоиспарения |
ориентировочно |
примем —- = |
1,15, откуда |
11%= |
|||||||||
= |
11 500 кг/ч. |
Следовательно, |
концентрация щелока на выходе из шестого кор- |
|||||||||||
пуса |
равна |
хб2 = |
1е>П36П.97 6 : = 29,8%. |
Тогда |
св2 = |
3,45 кдж/кг-град, |
||||||||
|
|
|
|
|
150 350 — 11 500 |
|
|
|
|
|
|
|||
^62 ~~ 2,3° и |
f62 |
55,9° С. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Из |
|
уравнения теплового баланса |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
0,99-10 000-2344 — 150 350 (3,45-55,9 - -3,5-69) |
= |
12 670 кг/ч. |
|
||||||||
|
|
№„ = ■ |
|
2595-3,45-55,9 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
214