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: 172
Скачиваний: 0
Следовательно, при втором приближении получим хв2 = - 150 350-27,5 150 350— 12670
= 30%. Поскольку концентрации совпали, не изменятся и физические характе ристики щелока. Следовательно, \Vß — 12 670 кгіч. Данные по режиму выпари вания в шестом корпусе вносим в таблицу температурного режима.
Таким образом, в прямоточной части выпарки концентрация щелока повы шается до 30%. Условие нормального мылоотделения выполняется.
Если требуется получить более высокую концентрацию щелока, нужно за даться несколько большим расходом греющего пара в четвертом корпусе (в на шем варианте он равен 26 200 кг/ч) и произвести повторный расчет количеств испаряемой воды с установлением нового температурного режима выпаривания.
Пример 2. Проверить полученный в предыдущем расчете для четвертого корпуса режим выпаривания, исходя из условий гидродинамики и теплопередачи. Принять концентрацию щелока после выпаривания в семикорпусной выпарке,- равной 58%. Средняя по выпарке предельно допустимая интенсивность выпари
вания |
15 кг/м*-ч. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р е ш е н и е . |
Общее |
количество |
испаряемой |
воды |
275 000 ^1 — |
= |
|||||||
= 180 000 кгіч. |
Поверхность корпуса *80 000 _ jyjQ |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
7-15 |
|
|
|
|
(см. рис. 10-6) |
||
Устанавливаем пленочные выпарные аппараты Розенблада |
|
||||||||||||
с поверхностью 1700 м3, |
высотой трубок 8,49 м, |
диаметром трубок 51/46 мм и |
|||||||||||
|
, |
,0, п |
т. |
|
|
|
180 000 |
15,1 |
. |
. „ |
|
||
числом трубок 1350. |
Интенсивность выпаривания |
-------- = |
|
кг/м--ч. |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
7-1700 |
|
|
|
|
|
Определим потерю давления в зоне кипения четвертого аппарата. При тол |
|||||||||||||
щине накипи б4Н = 0,15 |
мм свободный |
диаметр трубки |
d = |
|
46 — 2-0,15 = |
||||||||
= 45,7 мм. Массовая скорость |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
1Г4 = |
|
|
165 000-4 |
20,7 кг/сек-м". |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
3600-1350 -3,14- 0,04572 |
|
|
|
|
|
|
|||
w |
|
|
|
, |
25 700 |
п . „ |
|
|
|
|
|
|
|
Массовая доля пара |
Ьл = ----------= |
0,156. |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
165 000 |
по формуле (1-4) |
равна |
|
||||
Плотность щелока при 90° С и 20% |
|
||||||||||||
|
|
|
Рэо3; 20%= 965.8 + 5,42-20 = 1074,2 кг/м3. |
|
|
|
|||||||
Примем температуру начала кипения щелока в трубках равной 88° С. Плот |
|||||||||||||
ность щелока при этой температуре по формуле (1-11) равна |
|
|
|
||||||||||
|
20% |
= |
1074,2 — 0,65 (88 — 90) — 0,0025 (88 — 90)2 = |
1075,5 кг/м3. |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Аналогично: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р90°; 23,7%= |
965.8 + 5,42-23,7 = 1094,3 кг/м3] |
|
|
|
||||||
Р84.Г-, 23,7% = |
1094'3 — °-65 (S4,1 — 90) — 0,0025 (84,1 — 90)2 = |
|
1098 кг/м3. |
|
|||||||||
Средняя плотность щелока в зоне кипения |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
Рср : |
1075,5 + 1098 = 1086,8 |
кг/м3. |
|
|
|
|
|||
Для |
*4Ср = — ± — — = 21,9% и /,.Сп = —■’——— = 86,1 °С кинематическая вяз- |
||||||||||||
кость |
щелока |
2 |
0,8 |
сст |
|
2 |
|
0,87 спуаз |
|
(Волков А. |
Д., |
||
ѵ4 = |
или р4 = 0,8-1,0866 = |
|
|||||||||||
Григорьев Г. П., «Физические свойства щелоков целлюлозного производства».
М., 1970, стр. 43). Критерий Re4iK= 20,7-0,0457 _ 1035. Режим движения 0,87-10,-з
215
ламинарный. Коэффициент сопротивления |
Л = |
64 |
Для шероховатых |
|||||||||||
-----= 0,059. |
||||||||||||||
труб Яш = |
2-0,059 = 0,118. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1085 |
1 м длины трубок |
||
Потеря давления на трение на |
||||||||||||||
равна |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^Ргр |
|
|
|
|
|
20 72-1 |
|
|
|
|
|
||
|
0,118----- і---------------= 0,51 н/м2. |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
2-1086,8-0,0457 |
|
|
|
||||||
Для /4С = |
82,4° С и 64 = |
0,156 |
по рис. |
10-7 величина ср = |
65. |
Следовательно, |
||||||||
по формуле (10-10) потеря |
на |
трение |
Артр = |
65-0,51 ■ЛКІШ= |
33,1 /;КІШ, где |
|||||||||
/'кип — высота трубок в зоне |
кипения. |
|
10-8 величина ф4 = |
1,1. По формуле |
||||||||||
Для /4С = 82,4° С и ЬА= |
0,156 по рис. |
|||||||||||||
(10-11) потеря давления |
на ускорение |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Д руск = |
0,062-1,1 - 20.72 = |
29,3 н/м2. |
|
|
|||||||||
Плотность пара при 82,4° равна 0,3218 кг/м3. |
|
|
|
|
||||||||||
Плотность парожндкостной смеси на выходе из трубок равна |
|
|||||||||||||
|
Р4ПЖ— 0,156 |
, |
0,844 |
= |
2,06 кг/м3. |
|
|
|||||||
|
|
|
0,3218 |
|
1098 |
|
|
|
|
|
||||
Средняя плотность в зоне кипения |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Р = |
1075,5 — 2,06 = |
172 кг/м3. |
|
|
|||||||||
|
|
|
2,31g |
1075,5 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
2,06 |
|
|
|
|
|
|
|
По формуле (10-9) Лрст= |
9,81-172 |
/гкпп = |
1685 /ікпп н/м2. |
Общий перепад |
||||||||||
давления |
Ар = (33,1 + |
1685) |
|
/іКцп + |
29,3 = |
1718,1 /гкпп + |
29,3 н/м2. |
|||||||
Далее необходимо определить |
|
высоту ЛКШ1 |
и проверить |
соответствующую |
||||||||||
ей принятую температуру начала кипения щелока в трубках. Температуре tic =
= |
82,4° С соответствует давление р04 = 0,5343 шла. Концентрационная депрес |
|||||||||||||||
сия для х41 = |
20% |
равна |
lg Д41 = |
0,0217-20 — 0,287 = 0,027 и |
Д41 = |
1,1° С. |
||||||||||
Для температуры пара в начале зоны кипения |
(41 = |
88 — 1,1 = |
86,9° С, |
дав |
||||||||||||
ление р41 = |
0,6375 |
ата. |
Следовательно, |
Ар = |
0,6375 — 0,5343 = 0,1032 |
am. |
||||||||||
Из |
равенства |
0,1032-9,81-10 000 = |
29,3 + |
1718,1 /гкпп величина |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
Йкип —10 120 — 29,3 : 5,87 м. |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1718,1 |
|
|
|
|
|
|
|
Высоты зоны подогрева Лпод = |
8,49 — 5,87 — 0,03 = |
2,59 м, где 0,03 м — вы |
||||||||||||||
сота нерабочей |
части трубок в нижней части корпуса. |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
Проверим |
высоту зоны |
подогрева по |
уравнению теплопередачи. Средняя |
||||||||||||
температура |
щелока |
в зоне |
|
|
85 —І- 88 |
= 86,5° С, |
концентрация |
20%. |
||||||||
подогрева — —— |
||||||||||||||||
Для этих |
условий |
имеем |
рж = 1076,5 кг/м3, |
р.ж = |
0,81 |
спуаз, Яж = |
0,626 |
|||||||||
вт/м-град, |
сж= 3,67 кдж/кг-град. |
|
2 |
кг/сек-м2. |
Критерий ReÄ = |
|||||||||||
|
Массовая |
|
скорость |
щелока |
w1K — 20,7 |
|||||||||||
— |
20,7-0,0457 |
|
D |
|
|
|
|
|
.. |
п |
|
|
|
. |
||
0,81-10і-з |
|
= 1170. Режим движения ламинарный. Для определения коэф- |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пренебрегая |
||||
фициента теплоотдачи со стороны щелока выбираем формулу (8-15), |
||||||||||||||||
в |
ней величинами |
и |
|
Р.г |
0,25 |
|
Ргж = |
0,81-10 -3,67-10° |
||||||||
|
|
] |
. Критерий |
|
0,626 |
|
|
|||||||||
= |
4,75. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
216
|
|
|
|
93 2 + |
86 5 |
Разность температур в критерии Грасгофа — ■’— |
— 1------86,5 = 3,4°. Коэф |
||||
фициент объемного расширения |
|
= |
0,68• 10 3 1/град (как для воды). Следо |
||
вательно, Gr = 9,81 0,0457s-1076.52 -0,68-10“ 3-3,4 |
3,82-ІО6. Критерий Nu = |
||||
(0,81 - IO“ 3)2 |
|
|
|
15,95-0,626 |
|
0,17-11700'33• 4,75°'43 (3,82-106)°Д |
|
15,95. |
Отсюда |
||
|
сс2 под |
||||
= 218,5 вт/м2■град. Пренебрегая |
влиянием |
|
0,0457 |
||
коэффициента теплоотдачи со сто |
|||||
роны пара, получаем |
|
|
|
|
|
/Спод = —_______ д |
------- ;— = 211 вт/м2-град. |
||||
0,00015 . |
0,0025 |
1 |
|
|
|
1,5 |
46,5 |
218,5 |
|
||
С учетом того что конденсат греющего пара, скапливающийся в нижней части межтрубного пространства уменьшает теплопередачу, принимаем Клод= = 200 втім2-град. Тепловая нагрузка <2под == 165 000-3,67 (88— 85) =
=1 820 000 кдж/ч, или 505 000 дж/сек.
Средняя разность температур
д< |
(93,2 — 85) — (93,2 — 88) |
= 6,7°. |
||
А+Од — |
------------- --------------- |
|||
Из уравнения теплопередачи |
|
|
||
|
505 000 |
= |
1,94 м. |
|
^под-- 200-6,7-3,14-1350-0,0457 |
||||
|
|
|||
Гидродинамический расчет, |
проведенный выше, дал ЛПод = 2,59 м. Для согла |
|||
сования этих величин произведем перерасчет, приняв новую температуру ще лока на границе зон подогрева и кипения. Если взять эту температуру равной 88,3° С (вместо 88°, как было принято в первом приближении), то р88з<>. 20« =
= 1075,3 кг/м3 (при 88°. было 1075,5 кг/м3).
Аналогично не изменятся и другие физические величины, так как темпера тура щелока увеличена всего лишь на 0,3° С.
Температура пара в начале зоны кипения равна 88,3 — 1,1 = 87,2° С; ей соответствует давление р41 = 0,645 ата. Следовательно, Др = 0,645 — 0,5343=
= |
0,1107 am и |
0,1107-9,81-10000 — 29,3 |
|
|
|
|
|||
|
|
6,30 м. |
|
||||||
|
|
Лкип |
1718,1 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Следовательно, /гпод = 8,49 — 6,30 — 0,03 = |
2,16 м. |
|
|
||||||
|
Проверим эту величину по уравнению теплопередачи. Разность темпера |
||||||||
тур в критерии Грасгофа равна (93,2 + |
86,7) |
0,5 — 86,7 = 3,3° С, где 86,7° — |
|||||||
средняя температура щелока в зоне подогрева. Критерий |
Gr = |
3,82-ІО6 3 3= |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,4 |
= |
3,71-10е. Критерий Nu = 15,95 (— |
= 15,9, откуда |
а а под = |
15,9-0,626 |
|||||
= |
218 вт/м2-град. |
|
\3,82 |
|
|
|
|
|
0,0457 |
Поскольку величина а 2ПОД |
практически не изменилась, по- |
||||||||
прежнему Клод = |
200 вт/м2-град. Средняя разность |
температур |
|||||||
|
|
А^под — |
(9 3 ,2 -8 5 )+ (93,2-88,3) |
|
6 60 |
|
|||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
<2ПОд = 165 000-3,67 (88,3 — 85) = 2 000 000 кдж/ч, |
или 555 000 дж/сек. |
|||||||
Следовательно, |
_______ 555 000_______ |
|
|
|
|
||||
|
|
|
2,17 м. |
|
|||||
|
|
‘пуд |
200-6,6-3,14-1350-0,0457 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
217
Гидродинамический и тепловой расчеты практически согласуются. Следо вательно, /гПОд = 2,17 м, а Лкнп = 8,49 — 2,17 — 0,03 = 6,29 м — эффективная высота трубок в зоне кипения (0,03 м — нерабочая с точки зрения теплопередачи часть трубок, которая, однако, учитывается в гидродинамическом расчете).
Для того чтобы обеспечить заданный эффект выпаривания, проверим по уравнению теплопередачи, достаточна ли /іКІШ= 6,29 м в зоне кипения. Сред ние значения физических характеристик щелока в зоне кипения равны:
іук = 84,1+ 88,3 = 86,2° С; |
*4КІ1П = |
21,9%; |
|||
2 |
|
|
|
|
|
1075,3 + 1098 |
1ПОС_ . |
з |
рж = |
0,87 спуаз\ |
|
рж = --------j ------- = |
1086,7 |
кг/м9', |
|||
Хж= 0,62 вт/м-град-, |
сж= |
3,62 кдж/кг-град', |
|||
іе>ж = (1 — 0,156) 20,7 = |
17,4 кг/сек-м2. |
||||
Средние значения физических характеристик пара:
/п = |
82,4 + |
8--’- = |
84,8°; |
рп = 0,3507 |
кг/м9'. |
||
вязкость пара |
|
|
|
|
|
|
|
п мог, |
273 + 650 |
/273 + |
84,8+2 |
0,0118 спуаз. |
|||
рп = 0,00861 |
273 + |
|
I — ^ |
------ 1 |
= |
||
|
650 + 84,8 \ |
273 |
|
|
|||
Критерии и симплексы, входящие в уравнение теплоотдачи (10-15), равны:
Рг» |
0,87-10~2- 3,62-103 = 5,08; |
|
0,62 |
Кеж = ]7+ 0:0457 = 915;
0,87-10—3
Ren_ (20.7-.7.4).Q .0457_ |2800. |
Гж = |
I086J „ 3100. |
0,0118-ІО“ 3 |
Рп |
0,3507 |
Рп 0,0118 = 0,01357. Рж ' 0,87
Критерий Нуссельта по формуле (10-15) равен
Nu = (1,3 + 128-0,0457) 5,08°'9-915°’23 • 12 8р0°'34 -31000'25 • 0,01 357 = 374,
откуда а42 = 374-0,062- = 5070 вт/м2-град. 0,0457
Далее определим коэффициент теплоотдачи со стороны пара. |
Для tn = 93,2° С |
теплота парообразования г = 2277,3 кдж/кг. Примем 1СТ = |
91,3° С. Величина |
93 2 .и 91 3 |
|
^пл = — -— ---- -— = 92,3°. Величина В—175,2 (см. стр. 160). Коэффициент тепло отдачи по формуле (8—19) равен
ос41 = 2,04 -175,2 |
2 277 |
300 |
вт/м2-град. |
V I 29 (93,2 |
= 7480 |
||
|
— 91,3) |
|
218