Они используются в выпарных станциях для выпаривания раствора. Скорость воды на выходе их сопла 3-4 м/с. Недостатком аппарата является повышенное качеств воды. Диаметр аппарата до 600мм и высота до 2,7 м.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ КАМЕРНОГО СМЕСИТЕЛЬНОГО ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА

Требуется при расчёте определить объём камеры:

, где

V - объём камеры;

- коэффициент теплоотдачи;

- разность температур;

- коэффициент совершенства теплообмена, .

При расчёте должно быть задано: Q - тепловая нагрузка, начальная и конечная температура теплоносителя, давление перед форсункой, температура сухого и мокрого термометров.

F - поверхность капель в одном м³ аппарата, м³/м³;

, где

- поверхность капель, полученная из 1 литра жидкости, м²/л;

,

- время падения капель с высоты 1 м, с/м;

- интенсивность орошения, т.е. количество жидкости приходящееся на 1 м² поперечного сечения аппарата в единицу времени, .

Диаметр капли обычно задаётся, либо рассчитывается.

,

Время определяется как: , где

- действительная скорость падения капли.

Противоток: ;

Прямоток: .

- скорость, при которой частица зависает в потоке.

определяется из графика по значению критерия Фёдорова:

.

Критерий Кирпичёва:

, где

- коэффициент лобового сопротивления.

Скорость газа:

, где

- диаметр камеры;

- расход воздуха.

Задаваясь скоростью газа м/с находят диаметр камеры.

Интенсивность орошения определяется через расход жидкости:

, где

- расход жидкости, л/с.

Критерий Нуссельта определён по уравнению Нистиренко:

, где

- критерий Гухмана;

- критерий Нуссельта при .

При значении Nu>80 Nu₀ не учитывается.

, где

- относительная скорость падения капли.

Противоток: ;

Прямоток: .

берётся по средней температуре воздуха в скруббере;

для воздуха;

Критерий Гухмана:

.

Определение для смесительных аппаратов подсчитывается не по средней температуре, а определяется графически по id-диаграмме.

;

, т.е.

, и т.д.

Тогда и и т.д.

РАСЧЁТ НАСАДОЧНОГО СМЕСИТЕЛЬНОГО АППАРАТА

- объём насадки, где

- коэффициент теплопередачи;

- поверхность насадки в единице объёма;

- коэффициент смачивания;

или .

.

Обычно величина выбирается из таблицы по виду насадки.

определяется аналогично как и для камерного теплообменного аппарата.

- коэффициент теплопередачи определяется по критерию Кирпичёва:

1. Когда теплообмен между водой и сухим воздухом.

или , где

 - гидравлический диаметр.

, где

- средняя скорость газа в пустом сечении скруббера перед насадкой.

.

2. Когда теплообмен между водой и влажным воздухом.

, где

- учитывает влияние влажности воздуха на теплообмен. Численно примерно равна влагосодержанию (d).

Далее определяют объём насадки . Затем, по известному значению диаметра скруббера D и вычисленному значению определяют высоту насадки:

;

- это условие должно выполняться с тем, чтобы обеспечить равномерность распределения воды в насадке.

ОПТИМАЛЬНАЯ СКОРОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ГАЗА В НАСАДОЧНОМ СКРУББЕРЕ

Для увеличения производительности скруббера необходимо улучшать теплообмен, а также увеличивать скорость газа. В этом случае процесс интенсифицируется: одновременно увеличивается унос частиц, увеличивается гидравлическое сопротивление, растёт расход электроэнергии. С увеличением скорости газа жидкость в насадке притормаживается и в конечном итоге запирает насадку. Этот режим носит название затопление (захлёбывание) насадки. Режим захлёбывания характеризуется невозможностью прохождения воздуха или газа через затопленную насадку. Скорость газа меньше сопротивления газа и воды. Этот режим определяется скоростью захлёбывания. Сама скорость может быть определена из графика, а рабочая скорость должна быть несколько ниже скорости захлёбывания и равна оптимальной скорости.

, где

G - расход жидкости;

L - расход воздуха или газа;

- оптимальная скорость;

- определяем из графика;

- вязкость жидкости (из таблиц);

- характеристика насадки, .

ПРИМЕР РАСЧЁТА НАСАДОЧНОГО СКРУББЕРА

Определить объём хордовой насадки скруббера, необходимого для охлаждения воздуха с начальной температурой , . Охлаждение производится водой в количестве с температурой на входе . Коэффициент компактности насадки . Свободный объём . Приведенный диаметр . Температура воды на выходе из скруббера .

Решение:

Из уравнения теплового баланса для скруббера определяем энтальпию воздуха на выходе:

.

Разбиваем насадку скруббера условно на 10 участков. Строим ступенчатый процесс в hd-диаграмме (см. прошлый раздел) и результаты сводим в таблицу.

,

Скорость газа в насадочной колоне при работе в режиме начала подвисания определяется из уравнения:

или , где

,

тогда .

Отсюда .

Принимаем скорость воздуха в свободном сечении (U):

.

Находим диаметр скруббера:

.

Коэффициент массоотдачи:

Используя соотношение Льюиса, определяем коэффициент теплоотдачи :

.

Определяем площадь поверхности насадки:

Объём насадки:

.

С учётом запаса 20% получаем: .

Высота насадки:

.

ВЫПАРНЫЕ АППАРАТЫ

Выпаривание - это термический процесс, при котором в результате кипения выделяются пары растворителя (воды) практически в чистом виде, а в остатке остаётся твёрдое или вязкое вещество или тот же раствор, но большей концентрации.

Процесс выпаривания отличается от кипения чистой воды 2-я особенностями:

1. Наличие физико-химической температурной депрессии;

2. Изменение физических параметров среды.

I. При расчётах теплообменных аппаратов поверхность теплообмена , при которой .

Для того чтобы определить значение физико-химической температурной депрессии необходимо использовать её значение для нормальных условий при различных концентрациях и затем пересчитать на рабочее давление.

- формула Тищенко.

II. При кипении воды физические параметр постоянны. При выпаривании физические параметры изменяются, при этом увеличивается динамическая вязкость, , , и одновременно уменьшается , , , с увеличением концентрации раствора.

КЛАССИФИКАЦИЯ ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ

В зависимости от режима работы (время эксплуатации) делятся на:

· Аппараты периодического действия;

· Аппараты непрерывного действия.

1-ая группа аппаратов используется при малой производительности установки или в лабораторных условиях. В промышленных условиях они не экономичны, т.к. при пуске их необходимо разогреть, а при остановке это тепло не используется.

2-ая группа используется в промышленных условиях и достаточно широко.

По давлению аппараты работают при: повышенном, атмосферном давлениях и при вакууме. Работа при вакууме используется, если раствор при повышенном давлении и температуре меняет свои свойства, ухудшается его качество и когда необходимо увеличить теплоперепад.

По расположению выпарного аппарата они делятся:

· Вертикальные;

· Горизонтальные;

· Наклонные.

По конструктивным признакам делятся на:

· Аппараты с паровой рубашкой;

· Змеевикового типа;

· С прямыми трубами.

В качестве теплоносителей используются водяной пар и горячая вода.

Материал, из которого изготавливаются аппараты, может быть: сталь или цветные металлы.

Конструкции выпарных аппаратов

1. С внутренней циркуляционной трубой.

Кратность циркуляции .

Высота кипятильных труб м.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Недостатки: нельзя выпаривать кристаллизующиеся растворы, вязкие растворы; циркуляционная труба обогревается паром и в результате получается менее надёжная циркуляция.

2. Для выпарки кристаллизующихся растворов.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

3. С вынесенной греющей камерой.

4. С принудительной циркуляцией.

Они предназначены для выпарки вязких растворов.

5. Аппарат плёночного типа со сползающей плёнкой.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Предназначены для выпаривания пенящихся растворов.

6. Аппарат плёночного типа с всползающей плёнкой.

7. Выпарной аппарат роторного типа.

Для выпарки кристаллизующихся растворов.

.

МНОГОКОРПУСНЫЕ ВЫПАРНЫЕ УСТАНОВКИ

Многоступенчатая (многокорпусная) схема.

Экстра пар используется для подогрева исходного раствора.

Потребляемое количество пара с учётом потерь в окружающую среду можно определить:

, где

- количество выпаренной воды;

- количество корпусов;

0,85 - теплопотери в окружающую среду.

Смешанная схема.

Из каждого корпуса выпарной установки может быть произведён отбор вторичного пара для различных нужд (для подогрева, на отопление). Этот пар носит название экстра пара (е) и является лишь частью вторичного пара, который является греющим для последующего корпуса. Самый выгодный экстра пар - с низкими параметрами.

Бывают схемы:

· С параллельным питанием на пару;

· С параллельным питанием по раствору;

· С различными теплоносителями;

· С нулевым и двойным корпусами.

МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПРОЦЕССА ВЫПАРНКИ

Он позволяет определить количество выпаренной воды и определить концентрацию раствора.

и - начальное и конечное количество раствора;

- количество выпаренной воды, ;

- количество выпаренной воды на кг раствора поступающего на выпарку;

и - исходная и конечная концентрация раствора;

a) Дано: , , .

Найти: .

;

;

- уравнение материального баланса процесса выпарки.

b) Дано: , .

Найти: .

;

;

;

;

.

ПОЛНАЯ ТЕМПЕРАТУРНАЯ ДЕПРЕССИЯ

, где

- физико-химическая температурная депрессия;

- гидростатическая температурная депрессия;

- гидравлическая температурная депрессия.

- формула Тищенко (см. ранее).

Обычно подсчитывается следующим образом: по давлению Р₁ определяют t_s1, при Р₂ определяют t_s2.

, где

;

;

.

При начальной температуре пара в процессе его транспортировки за счёт сопротивления по длине, местных сопротивлений падает давление и соответственно уменьшается температура греющего пара. Это уменьшение температуры в результате транспортировки пара, называется гидравлической температурной депрессией ().

Величиной в расчётах задаются в каждом корпусе.

ПОЛНАЯ И ПОЛЕЗНАЯ РАЗНОСТИ ТЕМПЕРАТУР

Полная разность температур:

, где

- температура греющего пара;

- температура вторичного пара последнего корпуса.

Полезная разность температур:

.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ВЫПАРНОГО АППАРАТА

При проектировании выпарных аппаратов задаются определённые условия:

1. Поверхности выпарных аппаратов должны быть одинаковы;

2. Поверхности нагрева должны быть минимальны;

3. Поверхности нагрева должны быть одинаковы и минимальны.

I. ;

и ;

и ;

;

;

Полезная разность температур распределяется прямо пропорционально тепловым нагрузкам и обратно пропорциональна коэффициентам теплопередачи.

;

;

II. ;

;

;

, откуда

;

;

.

III. .

ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЁТЫ ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ

Требуется определить расход греющего пара: .

Рассмотрим 3-хкорпусную выпарную установку.

Вводим допущения:

§ Потери тепла в окружающую среду отсутствуют;

§ Потери тепла с продувкой отсутствуют;

§ Тепло конденсата предыдущего корпуса используется в последующем корпусе.

Вводим обозначения:

- теплоёмкости растворов;

- концентрации растворов, %;

- температуры кипения растворов, ⁰С;

- количество выпаренной воды, кг/кг;

- энтальпии греющего пара, кДж/кг;

- энтальпии вторичного пара, кДж/кг;

- отбор экстра пара, кг/кг;

- энтальпии конденсата после корпусов, кДж/кг;

- количество мятого пара.

Расчёт выпарной установки производится на 1 кг раствора, поступающего на выпарку.

Определим расход греющего пара на однокорпусную выпарную установку.

Запишем уравнение теплового баланса.

Приход:

С паром - ;

С раствором - .

Расход:

С вторичным паром - ;

С раствором - ;

С конденсатом - .

.

Заменим:

;

При ;

При .

;

, где ;

;

;

;

;

.

- количество теплоты, выделившееся с каждого кг греющего пара;

- количество теплоты, идущее на испарение кг воды из раствора;

- коэффициент испарения, который показывает, какое количество воды испарилось за счёт 1 кг греющего пара;

- коэффициент самоиспарения, который показывает количество воды выпарившееся за счёт тепла поступающего раствора.

Всегда , а может принимать различные значения.

При ,

При ,

При .

.

Определим расход греющего пара на двухкорпусную выпарную установку.

;

Заменим:

;

.

Решают уравнение относительно :

;

, ,

- коэффициент самоиспарения перепускаемого конденсата количество теплоты, идущее за счёт конденсата на испарение воды.

;

;

.

Определим расход греющего пара на трёхкорпусную выпарную установку.

;

Заменим:

;

.

Получаем в конечном итоге:

.

Откуда находим .

Определим расход греющего пара на многокорпусную выпарную установку.

;

;

;

…

…

.

Заменим коэффициенты при величине d на х, коэффициенты при С₀ на y, коэффициенты при е₁ на z^', коэффициенты при е₂ на z^'' и т.д.

;

;

;

…

…

.

Обозначим:

;

;

;

;

;

.

Тогда ;

Откуда ;

- общий расход пара.

УПРОЩЕНИЯ РАСЧЁТНЫХ ВЕЛИЧИН

Для упрощения расчётов принимают значения коэффициентов испарения =1, т.е. . Произведение 2-х коэффициентов самоиспарения =0, т.е. .

В частном случае:

§ Если нет мятого пара - R=0;

§ Если нет отбора экстра пара - е=0;

§ Если нет перепуска конденсата из корпуса в корпус - у=0;

§ Если раствор поступает в корпус при температуре кипения - в=0.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ВЫПАРНОГО АППАРАТА

В расчёте необходимо определить поверхность теплообмена.

Определяется из уравнения теплопередачи:

, где

, где

, где

Н - высота труб (для вертикальной установки) или диаметр трубы (для 1-ой горизонтальной трубы);

- разность температур конденсирующегося пара и стенки.

Коэффициент теплоотдачи в вертикальных трубах при естественной циркуляции:

или , откуда

;

Критерий :

, где

- коэффициент теплопроводности раствора;

и - плотности жидкости и пара;

- плотность пара при атмосферном давлении;

- поверхностное натяжение раствора (Н/м);

- удельная теплоёмкость раствора;

- динамическая вязкость;

- произведение среднего диаметра пузырьков, возникающих при кипении, на число пузырьков, образующихся в единицу времени при .

При .

Скорость раствора на входе в трубы должна быть не менее 2-х м/с.

- кратность циркуляции, где

- количество циркулирующего раствора;

- количество выпаренной воды.

Для аппаратов с естественной циркуляцией .

ПОРЯДОК РАСЧЁТА ВЫПАРНОГО АППАРАТА

Известно:

Количество корпусов, схема движения, раствор и его физические характеристики, производительность установки (, ), концентрация раствора (, ), давление греющего пара, давление пара в конденсаторе (), место и количество отбора экстра пара, подогрев раствора до температуры кипения, выпадают ли кристаллы.

Определяют:

Общее количество выпаренной во всей установке воды W;

Количество выпаренной воды по корпусам с учётом отбора экстра пара;

Концентрация раствора по корпусам;

Распределяют по корпусам, предварительно принимая их равными в каждом корпусе; по данным давлениям определяют температуру насыщенного водяного пара;

Температурные депрессии по корпусам и во всей установке в целом;

Полную разность температур; полезную разность температур; определяют температуру кипения в каждом корпусе;

Коэффициенты теплопередачи по корпусам;

Расход теплоты в каждом корпусе;

Производят распределение полезной разности температур;

Поверхность нагрева;

Производят сравнение принятых давлений и температур с полученными по расчёту (расхождение в пределах 5-10%);

По полученным результатам производят конструктивный расчёт элементов аппарата.

ВЫПАРНВЕ АППАРАТЫ С ПОГРУЖНЫМИ ГОРЕЛКАМИ (АПГ)

Технологическая схема установки погружного горения.

Из бака исходного раствора №1 насосом №2 раствор поступает в уравнительный сосуд №3. Откуда движется в аппарат погружного горения №4. При излишках раствора из бака №3 он перетекает в бак №1. Т.о. поддерживается постоянный уровень. Уровень в АПГ выдерживается с помощью переливного устройства и слив осуществляется в кристаллизатор. Процесс выпаривания происходит за счёт барбатажа, т.е. прохождения пузырьков газов через слой раствора. Топливо и воздух в горелку подаётся в соответствующем соотношении (). Образующийся выпар (парогазовая смесь) через каплеотделитель №10 поступает в скруббер №11 где орошается технической водой. Вода и конденсат сбрасываются в систему оборотного технического водоснабжения, с последующим охлаждением, а оставшиеся дымовые газы с помощью дымососа №12 сбрасываются в дымовую трубу. Упаренный раствор, имеющий концентрацию выше исходного, собирается в нижней части АПГ и выводится через нижний вентиль в кристаллизатор №5. Там раствор охлаждается при постоянном перемешивании. При охлаждении образуются кристаллы солей раствора. Для интенсивного их образования в кристаллизатор добавляется некоторое количество кристаллов, которые являются активными центрами кристаллообразования. Эффект выпадения кристаллов связан с пределами растворимости солей в воде при изменении температуры. Из кристаллизатора концентрированный раствор подаётся на центрифугу №6, где происходит отделение соли от маточника. Соли с помощью транспортёра подаются на склад ГП, а маточник насосом №8 перекачивается в расходную ёмкость №9 и далее на повторное использование.

АПГ - это цилиндрический сосуд с коническим днищем и размещённым в нём погружной горелкой - это цилиндрическая труба, футерованная изнутри огнеупорным материалом, который может играть роль катализатора.

АПГ - относятся к современному оборудованию, предназначенному для нагрева и выпаривания растворов кислот минеральных солей и сточных вод, содержащих шламы, взвеси и механические примеси. По принципу действия аппараты характеризуются барботажными процессами, протекающими между продуктами сгорания и жидкостью. Продукты сгорания получают при сжигании газообразного или жидкого топлива в погружных горелках.

Аппараты по конструктивному признаку подразделяются на 4 типа:

§ АПГ барботажного типа предназначены для выпаривания малопенящихся и не кристаллизующихся растворов и жидкостей;

§ АПГ, расположенной в центральной циркуляционной трубе, предназначены для выпаривания кристаллизующихся растворов;

§ Аппараты эрлифтного типа, предназначены для выпаривания пенящихся растворов;

§ АПГ, расположенной в вынесенном циркуляционном контуре, предназначены для выпаривания агрессивных сред.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Наибольшее применение получили погружные горелки для сжигания природного газа, состоящие из смесителя газа и воздуха и камеры сжигания этой смеси. Камера сгорания представляет собой металлическую трубу, футерованную внутри огнеупорным материалом. Футеровка кроме огнестойкости обеспечивает равномерность горения топлива по длине камеры. Продукты сгорания из камеры поступают в барботажное устройство, погружённое в раствор на оптимальную глубину, с тем, чтобы равномерно распределять продукты сгорания в виде пузырьков по всему объёму жидкости. Барботажные устройства могут быть выполнены в виде трубы с конусным рассекателем или решётчатой тарелки. Коэффициент избытка воздуха в горелке . Температура в камере сгорания не превышает . При истечении продуктов сгорания из сопла погружной горелки в жидкости образуются газовые пузырьки, которые отдают тепло жидкости и одновременно насыщаются парами воды. Интенсивность процесса тепломассообмена определяется межфазной поверхностью, образовавшейся между газовыми пузырьками и жидкостью, и разностью температур контактируемых потоков. Выпаривание происходит при равновесной температуре, величина которой зависит от температурной депрессии и температуры продуктов сгорания.

Отраслевой стандарт на АГП - ОСТ-26-01-74-7...