Calcularea consumului de căldură pentru evaporare
Evaporarea se folosește pentru a se concentra extractele de tăbăcire și bulionii de gutin.
La începutul lichidelor de proces de evaporare difuziune conține doar 3 - 5% din taninuri și taninuri netannidov insolubile. Prin urmare, ele trebuie concentrate prin evaporarea unei cantități excesive de apă. Evaporarea se efectuează în aparate speciale, soluția fiind într-o stare fluidă. Într-o serie de cazuri, în timpul evaporării, se obține o saturație a soluției (uneori cu cristalizare ulterioară).
Având în vedere acest lucru
Consumul rațional de căldură pentru acest proces este determinat prin calcularea echilibrului termic al evaporării, care se bazează pe metoda propusă în 1938 de prof. A. N. Tishchenko. Echilibrul termic al vaporizatorului include sosirea căldurii cu aburi de încălzire și soluția de intrare și consumul acesteia cu abur secundar, lăsând soluția, condensul, pentru a compensa pierderile de căldură în spațiul din jur, la deshidratare:
Cantitatea G \ C \ (t - t0) determină consumul de căldură prin încălzirea soluției admisibile până la punctul de fierbere t, iar valoarea W (hw - sv / 0) este consumul de căldură pentru evaporarea apei.
Entalpia aburului secundar hBT este determinată de presiunea din aparat și se găsește din tabele. Căldura de deshidratare este consumul de energie pentru creșterea concentrației soluției în aceeași căldură a soluției de diluare.
Pierderile de căldură în spațiul din jur depind de suprafața evaporatorului și constituie între 5 și 8% din consumul de căldură pentru evaporarea apei.
Exemplul 1. Determinarea consumului de căldură și de abur. ducând la evaporarea vâscoanelor glutinice de la concentrația inițială xh = 28% până la concentrația finală xk = 40%.
La o concentrație finală a bulionului, temperatura de fierbere este măsurată la 75 ° C și cantitatea de apă evaporată
Capacitate de căldură de 28% bulion glutinous
La o presiune de 0,02 MPa, temperatura este de 60 ° C, iar entalpia de vapori / gW = 2610 · 10 3 J / kg. Apoi, consumul de căldură fără a lua în considerare căldura de deshidratare și pierderile în spațiul înconjurător va fi
Pierderile termice sunt calculate prin formula
Odată cu evaporarea repetată, atunci când aburul secundar al fiecărei carcase este utilizat pentru încălzirea incintelor ulterioare, presiunea din carcasă pe carcasă scade. Prin urmare, punctul de fierbere al soluției în fiecare carcasă ulterioară este mai mic decât punctul de fierbere al soluției din carcasa anterioară. Utilizarea instalațiilor cu mai multe corpuri oferă economii semnificative în încălzirea aburului. Consumul real de abur de încălzire pentru 1 kg de apă evaporată este aproximativ: într-un evaporator cu o singură corp - 1,1; într-un corp cu două corpuri - 0,57; în trei coca - 0,4; într-un corp cu patru corpuri - 0,3 kg.
Aburul secundar generat în fiecare carcasă poate fi trimis la încălzirea carcasei ulterioare, nu numai în întregime, ci și utilizat pentru preîncălzirea soluției, încălzirea aerului pentru ventilația alimentării și alte nevoi tehnologice. Aburul, deturnat către alte facilități, se numește extractor. La calcularea cheltuielilor specifice de căldură este necesar să se ia în considerare extracția extra-aburului.
În vaporizatoarele cu mai multe corpuri, economiile de abur sunt obținute prin creșterea suprafeței de încălzire. La aceeași temperatură a aburului de încălzire și la temperatura vaporilor secundari din condensator, suprafața totală de încălzire a unității cu cocă dublă va fi aproximativ de două ori mai mare decât în cazul unității cu un singur capac.
Punctul de fierbere al soluțiilor din cochilii este setat în funcție de suprafața de încălzire a fiecărei carcase și de coeficienții de transfer de căldură din ele. Mijloacele care controlează temperatura sunt schimbările în extracția extractului.
Calculul plantelor cu mai multe corpuri este destul de complicat, prin urmare, mai întâi se efectuează un calcul aproximativ și apoi este rafinat.
Cu un calcul aproximativ, debitul de apă de încălzire este egal cu cantitatea de apă evaporată, adică se presupune că se consumă 1 kg de abur de încălzire pentru a produce 1 kg de abur secundar.
Exemplul 2. Să se evaporă în fiecare vas al vaporizatorului Wkg de apă cu un număr de corpuri n și de la corpul penultim (n-1) se extrage 0,9 kg de extract. Apoi, Wn + En-j kg de apă trebuie să fie evaporată în corpul (n-1). Atunci când selectați din corpul (n-2) En = 2 kg extra-abur, în acest caz trebuie să se evapore Wn + En-j + En-2 kg de apă etc.
Astfel, cantitatea de apă evaporată în corpuri este
Adăugând aceste ecuații pe termen, obținem cantitatea totală de apă evaporată în unitate
De aici puteți determina cantitatea de apă evaporată în ultima navă
Dacă nu există nici o extragere a extractului, cantitatea de apă evaporată în toate corpurile este aceeași: Wn = W / n.
Viteza de curgere a aburului de încălzire la prima carcasă este egală cu cantitatea de apă evaporată în această carcasă, i. E.
Din formula rezultă că cantitatea de abur de încălzire consumată pentru extragerea unui extract este mai mică decât cantitatea de extra-abur produsă. În același timp, pe măsură ce punctul de extracție al extra-aburului este îndepărtat din prima carcasă, debitul aburului de încălzire scade. Astfel, într-o plantă cu patru corpuri (n = 4)
și anume pentru 1 kg de extra-abur preluat din prima clădire, se consumă 0,75 kg de abur de încălzire, iar pentru 1 kg extra-abur extras din cel de-al doilea și cel de-al treilea corp, respectiv 0,5 și 0,25 kg de abur de încălzire.
Pentru a determina debitul exact al aburului de încălzire la primul corp si cantitatea de apă evaporată din carcase trebuie să creeze ecuația echilibrului termic pentru fiecare caz în parte și de a le rezolva împreună. Să dăm aceste ecuații în cazul unei instalații cu trei corpuri cu curent de curent direct:
Sistemul redus de trei ecuații include patru necunoscute: A, Wh W2 și G3. A patra ecuație necesară pentru rezolvarea sistemului are forma
Încălzirea consumului de aburi pentru procesul de evaporare
unde r este căldura specifică de vaporizare a aburului de încălzire pentru carcasa 1-a, kJ / kg.
Exemplul 3. Calcularea unui evaporator cu trei corpuri cu alimentare directă pentru evaporarea soluției de NaOH.
Extractul este selectat pentru încălzirea soluției.
Determinarea cantității de apă evaporată și a debitului extractorului Se determină cantitatea de apă evaporată
Determinați cheltuielile de extra-abur. Se ia temperatura de încălzire a soluției egală cu 115 ° C, apoi consumul de căldură pentru încălzire
Din moment ce parametrii suplimentari nu sunt încă cunoscuți, luăm căldura de evaporare egală cu 2260 x 10 3 J / kg, ceea ce corespunde unei presiuni absolute de 10 5 Pa. Cheltuielile de extra-abur vor fi în acest caz
Această cantitate trebuie distribuită între extractorul selectat dintre corpurile 1 (E) și 2 (E2). Distribuția se poate face mai mult sau mai puțin arbitrar și este mai avantajos ca selecția din corpul 2 să fie mai mare decât cea din primul corp. Luăm E = 0,75 kg / s, E2 = 1,39 kg / s.
Determinați concentrația soluției după trecerea prin învelișul 1 și 2:
Cap de temperatură util, ° C,
Cap de temperatură util pentru o carcasă (cu aceeași distribuție), ° C,
Distribuția temperaturilor în corpuri este dată în tabelul. 19.
Determinăm capul de temperatură util și distribuția acestuia în corpuri. Presupunem o depresiune hidrostatică de q "= 2 ° C și o depresiune hidraulică d" = 1 ° C. Căderile de temperatură se găsesc la concentrația finală a soluției în fiecare caz, iar pentru cel de-al treilea caz se efectuează o corecție a presiunii. Pentru primele două corpuri, care funcționează sub presiune apropiată de presiunea atmosferică, neglijăm corectarea presiunii. Depresiile de temperatură determinate în acest fel sunt. ° C,
Mai jos găsiți încălzirea specifică a soluției care intră în carcasă:
Să compunem ecuațiile de echilibru termic:
Încărcări termice în clădiri:
Pentru a calcula încălzitoarele, sunt selectați cei doi parametri suplimentari, deci instalați două preîncălzitoare prin care soluția trece succesiv. Pentru a realiza cel mai mare încălzire posibilă, a 2-a soluției în cursul încălzitorului trebuie să fie ekstraparom încălzit de la carcasă 1 având o temperatură mai mare. Extracarp din cea de-a doua carcasă încălzește soluția în soluția de 1 m în cursul soluției.
Echilibrul termic al primului încălzitor:
După trecerea prin primul încălzitor, temperatura soluției este V = 84 ° C. Soldul de căldură al încălzitorului 2:
După trecerea celui de-al doilea încălzitor, temperatura soluției este Г = 115 ° С.
În vaporizatoarele cu pompă de căldură, aburul secundar este comprimat la presiunea aburului de încălzire și este folosit pentru încălzirea aceluiași aparat în care este format. Compresoarele sau injectorii cu jet de abur sunt utilizați pentru a comprima aburul. Astfel, în pompele de căldură, energia consumată din exterior este utilizată pentru a ridica temperatura aburului secundar.
Pompele de căldură cu abur cu jet de aburi sunt cele mai utilizate pe scară largă, deoarece, spre deosebire de cele mecanice, ele se caracterizează prin simplitatea dispozitivului, costuri reduse și fiabilitate în funcționare. În pompele de căldură cu jet de aburi, aburul de lucru cu presiune ridicată P0 se extinde în duza injectorului și aspiră perechea de presiune secundară P. Amestecul rezultat de vapori la ieșirea injectorului are o presiune medie P2. Atunci când se utilizează un injector cu jet de abur, se formează un exces de abur secundar, care poate fi utilizat pentru încălzirea corpurilor ulterioare ale unei instalații de evaporare cu mai multe corpuri (Figura 48).
Debitul de abur de înaltă presiune în pompele cu jet de abur se determină pe baza valorii raportului de injectare (raportul dintre cantitatea de abur aspirat G "și cantitatea de vapori de lucru de înaltă presiune G '):
Raportul de injectare este determinat de formula
După comprimare în compresor sau un injector de abur devine abur supraîncălzit și înainte de intrarea în aparatul de încălzire este, de obicei, a trecut prin umidificatorul. Acesta din urmă este alimentat cu apă, care vin în contact cu abur și se evaporă treptat se transformă în stare de abur saturat.
Dacă umezeala pătrunde G) (kg / s) cu entalpia abur supraîncălzit / g, (kJ / kg) și alimentat la temperatura apei (° C) și comunicare capacitatea calorică specifică [kJ / (kg K)], este după cantitatea umidificarea saturate entalpie abur h2 (kJ / kg) este (pe baza echilibrului termic al umidității)
Cu o diferență crescătoare de presiune și, prin urmare, diferența de temperatură de saturație a încălzirii și a aburului secundar, lucrările necesare pentru comprimarea aburului cresc. În același timp, creșterea acestuia este aproximativ proporțională cu diferența de temperatură indicată. Deoarece această diferență este egală cu suma capului de temperatură și a depresiunii, cu creșterea depresiunii la temperatură a soluției, lucrarea necesară pentru compresia vaporilor crește. În practică, se recomandă utilizarea pompelor de căldură la o depresiune care nu depășește 12 ° C.