Меню

Диаметр труб выпарных аппаратов

Диаметр труб выпарных аппаратов

Выпарные кожухотрубчатые аппараты с естественной циркуляцией относятся к наиболее распространенным выпарным аппаратам поверхностного типа. Это обусловлено тем, что по сравнению с аппаратами других типов (с той же площадью поверхности теплообмена) они значительно более дешевы в изготовлении, просты в обслуживании, и при этом во многих случаях обеспечивают высокие коэффициенты теплопередачи.

Конструктивно такие аппараты состоят из:
– кожухотрубчатой греющей камеры, в межтрубное пространство которой подается теплоноситель (как правило, водяной пар), а в трубах кипит продукт;
– сепаратора, где происходит отделение вторичного пара от жидкого продукта;
– циркуляционной трубы, соединяющей нижнюю часть сепаратора с нижней частью греющей камеры.

Естественная циркуляция выпариваемого продукта в таком аппарате осуществляется за счет разности плотностей парожидкостного потока в теплообменных трубах и жидкости в нижней части сепаратора и циркуляционной трубе.

Основные типы современных выпарных трубчатых аппаратов для химических производств, изготавливаемых в СНГ, приведены в каталоге [9]. Во многих литературных источниках, например в [2], так же как и в каталоге, приведены достаточно подробные описания аппаратов и даны их геометрические характеристики.

На рис. 11.2.1.1, a показана конструкция выпарного трубчатого аппарата с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой типа 1 исполнения 2 группы А по классификации каталога [9]. У аппаратов этого типа кипение выпариваемого раствора происходит в теплообменных трубах. У выпарного трубчатого аппарата с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой типа 1 исполнения 2 группы Б, представленного на рис. 11.2.1.1, б, зона кипения вынесена из греющей камеры в специальную трубу вскипания, соединяющую верхнюю часть греющей камеры с серединой сепаратора.

Аппараты этих конструкций обеспечивают достаточно легкий доступ к теплообменным трубам для их прочистки механическим способом при остановке.

Вследствие этого аппараты с вынесенной греющей камерой пригодны для выпаривания растворов, образующих на греющей поверхности осадок, удаляемый механическим способом. Осадок более интенсивно образуется при кипении, чем при течении жидкости, поэтому аппарат группы Б более предпочтителен, когда образование осадка может быть интенсивным. Эффект применения трубы вскипания достигается не всегда. Так, при выпаривании при давлениях выше атмосферного гидростатическая депрессия, создаваемая столбом парожидкостной смеси в трубе вскипания, незначительна и кипение в теплообменных трубах за счет нее не подавляется.

Рис. 11.2.1.1. Выпарные аппараты с естественной циркуляцией:
а) с вынесенной греющей камерой;
б) с вынесенными греющей камерой и зоной кипения

Под вакуумом кипение в теплообменных трубах аппаратов группы Б надежно подавляется, и по этой причине аппараты группы Б работают под вакуумом более стабильно, чем аппараты группы А. В аппаратах группы А за счет кипения в трубах достигается более высокий коэффициент теплоотдачи со стороны выпариваемого продукта по сравнению с аппаратами группы Б.

На рис. 11.2.1.2 показана конструкция выпарного трубчатого аппарата с естественной циркуляцией, соосной греющей камерой, вынесенной зоной кипения и солеотделителем типа 1 исполнения 3 по классификации каталога [9]. Аппараты этого типа предназначены для выпаривания растворов, выделяющих кристаллы и образующих на греющей поверхности осадок, удаляемый при промывке. Солеотделитель, расположенный под нижней трубной решеткой греющей камеры, обеспечивает удаление кристаллического осадка из аппарата во время его работы. Механическая очистка греющих труб такого аппарата при остановке более затруднительна, чем аппаратов исполнения 2, из-за необходимости предварительного демонтажа сепаратора.

Рис. 11.2.1.2. Выпарной аппарат с естественной циркуляцией,
соосной греющей камерой и солеотделителями

На рис. 11.2.1.3 показана конструкция широко распространенных ранее трубчатых аппаратов с естественной циркуляцией, соосной греющей камерой и центральной циркуляционной трубой. В каталоге [9] они уже не представлены, но в [2] имеются таблицы типоразмеров подобных аппаратов со ссылкой на ГОСТ 11989–66. Такие аппараты предназначались для выпаривания некристаллизующихся растворов, не образующих накипь или с очень незначительным образованием накипи на греющих трубах, которая может быть удалена промывкой. К недостатку этих аппаратов можно отнести нагрев циркуляционной трубы, который замедляет циркуляцию. Из-за ограничений в применении таких аппаратов в настоящее время наблюдается тенденция к сокращению их использования.

Рис. 11.2.1.3. Выпарной аппарат с естественной циркуляцией,
соосной греющей камерой и центральной циркуляционной трубой

На рис. 11.2.1.4 показана конструкция выпарного трубчатого аппарата с восходящей пленкой типа 3 исполнения 1 по классификации каталога [9]. Аппарат предназначен для выпаривания пенящихся растворов, не выделяющих осадка. Пеногашение достигается за счет создания в теплообменных трубах аппарата устойчивого восходящего кольцевого двухфазного течения с высокими скоростями паровой фазы, что может быть достигнуто, например, при выпаривании под вакуумом. Особенности конструкции этого аппарата обеспечивают его работу в бесциркуляционном режиме, когда выпариваемый раствор подается под нижнюю трубную решетку и после прохождения через греющую камеру полностью удаляется из нижней части сепаратора. В каталоге [9] такой режим работы предусмотрен как основной, но практика эксплуатации подобных аппаратов показывает, что его эксплуатация в безциркуляционном (однопроходном) режиме крайне неустойчива. Слишком высока в этом случае чувствительность к факторам возмущения различного рода: даже незначительные колебания по давлению в аппарате, давлению греющего пара, расходу питания могут вызвать срыв его работы. Кроме того, при работе в однопроходном режиме степень концентрирования растворов (отношение ) невелика, а ее диапазон очень узок. Такой аппарат целесообразно оснащать выносной циркуляционной трубой (на рис. 11.2.1.4 не показана). В методике расчета таких аппаратов [17] циркуляция выпариваемого раствора (в аппарате типа 3 исполнения 1) предполагается как обязательное условие. Аппарат этого типа относят к аппаратам объемного заполнения с естественной циркуляцией.

Рис. 11.2.1.4. Выпарной аппарат с восходящей пленкой

Испарители, представленные на рис. 11.2.1.1–11.2.1.4, оснащены трубами с наружным диаметром 38 мм (аппараты на рис. 11.2.1.3 и 11.2.1.4 могут иметь трубы диаметром 57 мм ), и длиной 4–6 м (аппараты на рис. 11.2.1.3 – трубами 2–4 м, аппараты на рис. 11.2.1.4 – трубами 5–7 м) и площадью поверхности теплообмена от 10 до 630 и даже 800 м 2 . Их сепараторы в своей верхней части оснащены брызгоотделителями циклонного типа. Возможно применение других конструкций брызгоотделителей (жалюзийных либо сетчатых). На аппаратах, представленных на рис. 11.2.1.1 и 11.2.1.2, подача продукта в аппарат (и отбор продукта из аппарата) может осуществляться под нижнюю трубную решетку греющей камеры (отбор – из-под нее) или в нижнюю часть сепаратора (отбор – из нее), а на аппаратах
исполнения 2 еще и в циркуляционную трубу (отбор – из нее). (Последняя операция применяется, когда повышены требования к гомогенизации выпариваемого продукта.) При этом, особенно для аппаратов исполнения 3 (с солеотделителем), рекомендуется недогретый до температуры кипения раствор питания подавать в сепаратор, а перегретый – под нижнюю трубную решетку греющей камеры [9].

Читайте также:  Канализационная труба 200 мм оранжевая гофрированная

Возможно также в качестве вынесенных греющих камер выпарных аппаратов с естественной циркуляцией использование стандартных кипятильников по ГОСТ 15118–79, ГОСТ 15119–79 и ГОСТ 15121–79, а также по различным ОСТ и ТУ (для ректификационных колонн), оснащенных трубами 25 2 длиной от 2 до 6 м и с площадью поверхности теплообмена 10–500 м 2 . В этой схеме следует предусмотреть подходящий сепаратор по аналогии с сепараторами выпарных аппаратов типа 1 исполнения 2 и дооснастить кипятильник этим сепаратором и циркуляционной трубой. Применение труб 25 вместо 38 снижает металлоемкость выпарных аппаратов, но делает их более чувствительными к появлению осадка на теплообменной поверхности и затрудняет их механическую чистку.

В настоящее время нередко используются как выпарные аппараты различных устаревших конструкций, так и импортные.

Принципиально это многообразие конструкций аппаратов можно разделить на две категории: аппараты с короткими теплообменными трубами и аппараты
с длинными теплообменными трубами. Деление это весьма условно, но разница в особенностях расчетов и эксплуатации аппаратов этих категорий есть (обычно теплообменные трубы считаются длинными, если отношение длины трубы к ее внутреннему диаметру более 120–140). Так, к достоинствам аппаратов с короткими теплообменными трубами можно отнести высокий коэффициент теплопередачи при большом температурном напоре, отсутствие необходимости в высоких производственных помещениях, легкость механической очистки от накипи, относительно невысокую стоимость; к недостаткам – плохую теплопередачу при небольшом температурном напоре и низкой температуре кипения [1], а также при выпаривании растворов с повышенной вязкостью, относительно большие значения массы аппарата и длительности пребывания продукта в аппарате.

Для аппаратов с длинными теплообменными трубами характерно меньшее время пребывания продукта в аппарате, более высокие коэффициенты теплопередачи при умеренном температурном напоре (что особенно важно при использовании аппаратов в многокорпусной выпарной установке), большая площадь поверхности теплообмена в одном корпусе и компактность по производственной площади. Главный недостаток – большая высота аппарата и связанная с этим необходимость высоких производственных помещений и усложнение обслуживания, а также более значительное уменьшение коэффициента теплопередачи при повышении вязкости продукта.

К общим недостаткам кожухотрубчатых выпарных аппаратов с естественной циркуляцией можно отнести большой объем продукта, находящегося в аппарате, и, следовательно, большое время пребывания продукта в аппарате, а также неустойчивую работу таких аппаратов под вакуумом с небольшими остаточными давлениями. Считается, что при абсолютных давлениях в сепараторе менее 0,013 МПа (100 мм рт. ст.) использование таких аппаратов нецелесообразно. Высокая скорость паров, обусловленная их малой плотностью под вакуумом, приводит к нестабильности работы аппарата, а перепад давления по его высоте может превышать абсолютное давление в сепараторе в несколько раз, что снижает эффект от применения вакуума. Для снижения подобной гидростатической депрессии ранее практиковались аппараты с наклонным расположением труб, что в свою очередь ухудшало циркуляцию продукта и снижало коэффициент теплопередачи. Кроме того, применение выпарных аппаратов с естественной циркуляцией для выпаривания продуктов с повышенной вязкостью (выше 5–8 Па с) нецелесообразно, поскольку при работе с такими продуктами коэффициент теплопередачи выпарных аппаратов с естественной циркуляцией сильно снижается.

Для теплообмена при кипении в вертикальных теплообменных трубах во многих литературных источниках, в частности в [3], рекомендуется использовать следующую формулу:

, (11.2.1.1)

где r2п – плотность паров продукта при давлении процесса (над поверхностью жидкости в сепараторе); r2п 0 – плотность паров продукта при атмосферном давлении; s2 – коэффициент поверхностного натяжения.

В этой формуле все физические свойства продукта определяются при его температуре кипения и давлении процесса.

В случае обогрева аппарата конденсирующимся паром основное уравнение теплопередачи (11.1.5.1) с учетом (11.1.5.3), (11.1.5.7) и (11.2.1.1) принимает следующий вид:

где А и В – коэффициенты в уравнениях соответственно (11.1.5.7) и (11.2.1.1), а .

В этой формуле основная трудность заключается в определении истинного (полезного) Dtср. Как уже отмечалось, в аппаратах объемного заполнения перепад давления по высоте аппарата весьма существенный, и поэтому температура кипения продукта в той или иной зоне греющей камеры выпарного аппарата будет большей, чем температура кипения продукта при давлении в сепараторе, причем для разных высот эта поправка будет разной.

Кроме того, некоторые растворы нелетучих веществ (солей, щелочей, ряда органических веществ, например сахарозы) имеют повышенную температуру при кипении по сравнению с температурой насыщенных паров растворителя при том же давлении. Последнюю температурную поправку называют температурной депрессией. В различной справочной литературе приводятся данные для температурных депрессий преимущественно водных растворов различных веществ в зависимости от концентрации растворенного вещества. Данные приведены, как правило, для температурной депрессии при атмосферном давлении Dttатм. Формула пересчета температурной депрессии Dtt на другое давление имеет вид [3]:

(11.2.1.3)

Здесь Т – абсолютная температура насыщенных паров при заданном давлении; r – теплота испарения при температуре Т.

Как известно, величина r уменьшается с ростом температуры и достигает нуля при критической температуре, поэтому для давлений, приближающихся к критическим, эта формула не пригодна. В областях рабочих давлений выпарных аппаратов она достаточно надежна и универсальна. Поскольку температура в этой формуле – абсолютная, а в областях рабочих давлений выпарных аппаратов зависимость r от температуры – практически линейная с пологим наклоном, то изменения величины Dtt по высоте аппарата несущественны по сравнению с самой величиной Dtt. Это позволяет в расчетах выпарных аппаратов задаваться величиной Dtt применительно ко всему аппарату в целом (без опасения существенных ошибок).

Если применить такой же прием, вводя общую по аппарату температурную поправку за счет перепада давления по высоте аппарата Dtгс, то тогда полезный температурный напор можно выразить как

Читайте также:  Как сварочным аппаратом отогреть замерзшую трубу

где Dtтех – разность между температурой теплоносителя и температурой насыщенных вторичных паров в сепараторе.

Для остывающего жидкого теплоносителя Dtтех определяется по формуле (11.1.5.2).

Наиболее распространенный прием – определение величины Dtгс в виде гидростатической депрессии, поскольку для выпарных аппаратов, работающих при атмосферном давлении, а тем более под вакуумом, гидростатическая составляющая перепада давления по высоте аппарата наибольшая. Тогда давление Рср в среднем слое греющей камеры выпарного аппарата вычисляется по формуле:

где Р2п – давление в сепараторе; H – высота теплообменных труб; e – объемная доля пара в кипящем растворе (паронаполнение).

При этом величиной e задаются исходя из практического опыта: обычно паронаполнение при кипении в трубах равно 0,4–0,6. Далее определяют температуру кипения при давлении Рср, и разность между этой температурой и температурой кипения продукта при давлении в сепараторе и составит величину Dtгс.

Очевидно, принятые допущения достаточно радикальны, но при этом расчет аппарата становится простым:
– проектный расчет (определение площади аппарата при заданных параметрах теплоносителя) сводится к решению трансцендентного уравнения (11.2.1.2) относительно q;
– в проверочном расчете (уточнение параметров теплоносителя при применении аппарата конкретной конструкции) Dtтех выражена в уравнении (11.2.1.2) в явном виде.

Несмотря на столь значительный характер приближений расчет выпарных аппаратов по формуле (11.2.1.2) с использованием соотношений (11.2.1.1), (11.2.1.4) и (11.2.1.5) обеспечивает вполне удовлетворительную сходимость с практическими результатами, особенно при атмосферном и более высоком давлениях, и для аппаратов с короткими трубами (до 2–3 м). Это объясняется следующим: как видно из формулы (11.2.1.5), отношение поправки на гидростатический перепад давления к абсолютной величине давления уменьшается с ростом давления, так же как и с уменьшением высоты теплообменных труб, что в свою очередь уменьшает величину гидростатической депрессии и делает более оправданным ее усреднение по всему аппарату. Кроме того, эмпирическая зависимость (11.2.1.1), известная достаточно давно, определялась применительно к более распространенным в те времена аппаратам с короткими трубами, работающим при атмосферном и более высоких давлениях.

Недостатки расчетов по формулам (11.2.1.1)–(11.2.1.5) очевидны. Усреднение перепада давления по всему аппарату по формуле (11.2.1.5) без учета составляющих за счет трения и ускорения, сглаживание различий теплообмена в конвективной зоне и зоне кипения аппарата делают расчеты аппаратов с длинными трубами современных конструкций (особенно при давлениях ниже атмосферного) приблизительными (с результатами оценочного характера).

Представляют интерес методики расчета аппаратов с естественной циркуляцией, разработанные УКРНИИХИММАШ [17, 18]. В этих расчетах истинный температурный напор отсутствует, но вместо него используется технический температурный напор с поправкой на температурную депрессию раствора. Влияние гидростатического перепада давления, равно как и составляющих за счет трения и ускорения, учитывается при определении величин Х, ФL, RL и r2f для нескольких зон аппарата по формулам (11.1.4.4)–(11.1.4.7) и в конечном итоге в неявном виде – при определении длины конвективной зоны течения (зоны с отсутствием паровой фазы) в теплообменных трубах и величины перегрева раствора в конвективной зоне. Величина массового расходного паросодержания х – определяющей величины в уравнениях (11.1.4.4)–(11.1.4.7) – вычисляется из эмпирического соотношения, зависящего от свойств раствора, параметров проведения процесса и размеров теплообменных труб, которыми задаются
в начале расчета;

(11.2.1.6)

где С = 1,945 10 –10 + 5,35 10 –7 – 2,7 10 –4 – эмпирический коэффициент, зависящий от отношения плотности паров к плотности жидкости; Dt – технический температурный напор с поправкой на температурную депрессию; Rn – отношение кинематических вязкостей раствора питания и циркулирующего по аппарату раствора; RT – отношение абсолютных температур раствора питания и циркулирующего по аппарату раствора;

Расчет теплообмена в конвективной зоне греющей камеры осуществляют по формулам (11.1.5.9)–(11.1.5.16), а в зоне кипения в [17] используется формула:

. (11.2.1.7)

Здесь число Рейнольдса Reu определяется как ; Ga – критерий Галилея, Ga = ; Kp – критерий давления, ; индекс «п» означает, что величина относится к вторичному пару.

Формула (11.2.1.7) рекомендуется к применению при кольцевых двухфазных течениях.

Карта режимов вертикальных двухфазных течений, приведенная в [11], показывает, что при давлениях ниже атмосферного, атмосферном, а во многих случаях и при более высоких давлениях, в верхней половине аппаратов с естественной циркуляцией и длинными трубами уже выполняются условия существования устойчивого кольцевого двухфазного течения. Поэтому применение формулы (11.2.1.7) для расчета теплообмена в зоне кипения греющей камеры оправданно. В этой связи можно отметить, что методика [17] может быть распространена на более широкий тип аппаратов, чем это предусмотрено (аппараты с восходящей пленкой).

Таким образом, в методиках [17] и [18] расчет гидродинамики и теплообмена в аппаратах разделяют. Сначала проводят гидродинамический расчет, затем по его результатам – тепловой. По результатам теплового расчета вносят коррекцию в гидродинамический и т. д. Поскольку взаимосвязь гидродинамики и теплообмена имеет сложный характер, взаимные коррекции расчетов осуществляются по методикам [17] и [18]. Во внутренней и внешней итерациях добиваются сходимости по различным факторам. Сходимость в большинстве случаев достигается за 3–5 итераций во внешнем цикле и за 2–4 – во внутреннем. В результате проектного расчета определяется число труб заданной длины и диаметра, а следовательно – площадь поверхности теплообмена. После выбора аппарата конкретной конструкции для уточнения параметров теплоносителя проводится проверочный расчет методом температурного сканирования.

К недостаткам этих методик можно отнести большой ряд ограничений к их применению, что оговорено в них же. В частности, методика [17] не предусматривает расчет аппаратов с короткими трубами, при < 130. В этой связи области достоверных результатов расчетов по методикам [17] и [18] и по формулам (11.2.1.1)–(11.2.1.5) различны, что взаимодополняет оба этих способа. Сравним результаты расчетов двумя способами. При выпаривании водных растворов при атмосферном давлении в аппаратах с соотношением = 130150 различия в результатах крайне незначительны: для площадей поверхности теплообмена – не более 5 %. Очевидно, что это область достоверных результатов для обоих способов расчета. Результаты расчетов выпаривания под вакуумом по формулам (11.2.1.1)–(11.2.1.5) дают площадь поверхности теплообмена на 10–20 % меньшую, чем по методикам [17] и [18]. Тем не менее, и в этой области формулы (11.2.1.1)–(11.2.1.5) вполне пригодны для расчетов оценочного характера.

Читайте также:  Курсы по сварке пластиковых труб

Проследим динамику изменения длины конвективной зоны Lc по результатам расчетов по методикам [17] и [18] при углублении вакуума и укорочении теплообменных труб (уменьшении соотношения ). При углублении вакуума Lc однозначно увеличивается, а при укорочении труб несколько уменьшается абсолютное значение Lc, но увеличивается, и при абсолютном давлении в сепараторе 0,026 МПа и = 130 составляет практически . Поскольку теплопередача в конвективной зоне аппарата значительно хуже, чем в зоне кипения, эти результаты вполне объясняют ухудшение эффективности работы выпарных аппаратов с естественной циркуляцией под вакуумом, в особенности если трубы короткие.

В последнее время в распоряжении инженеров появился мощный инструмент расчета выпарных аппаратов и кипятильников ректификационных колонн с естественной циркуляцией – программа CC-Term, входящая в пакет CHEMCAD. Согласно утверждениям разработчиков пакета, в нем использованы наиболее точные и универсальные на сегодняшний день одномерные модели двухфазных потоков – соотношение Чизхолма и Сазерленда для моделирования гидродинамики и соотношение Форстера и Зубера в интерпретации Чена – для моделирования теплообмена (теоретические основы этих моделей приведены, в частности, в [6]). Полезно сравнить результаты расчетов по программе CC-Term с результатами расчетов по методикам [17] и [18], формулам (11.2.1.1)–(11.2.1.5), а также с опытными данными в широком диапазоне концентрируемых веществ различной природы (водно-органические растворы, органические растворы и т. д.) при различных температурах и давлениях процесса, тем самым уточнив области достоверного моделирования упомянутых выше способов расчета.

В выпарных аппаратах с естественной циркуляцией и вынесенной зоной кипения (см. рис. 11.2.1.1 и 11.2.1.2), если выполняется условие подавления кипения в греющей камере, зона теплообмена и зона существования потока двухфазной среды находятся в разных частях аппарата: первая – в теплообменных трубах, а вторая – в трубе вскипания. Этот факт вносит существенное упрощение в моделирование работы аппаратов такого типа.

Тогда раствор после прохода по трубам греющей камеры нагревается по сравнению с температурой входа в греющую камеру на величину Dtп, называемую перегревом:

, (11.2.1.8)

где Wc = wSr – массовый расход раствора, циркулирующего в выпарном аппарате; w – скорость циркуляции жидкости в теплообменных трубах; S – площадь поперечного сечения трубного пространства.

В то же время температура входа раствора в греющую камеру отличается от температуры кипения раствора tb в греющей камере на величину Dtвх, равную

(11.2.1.9)

где W и t – соответственно массовый расход и температура питания аппарата.

В результате в соотношении типа (11.2.1.4) для выпарных аппаратов с естественной циркуляцией и вынесенной зоной кипения вместо гидростатической депрессии будет фигурировать депрессия перегрева и соотношение примет вид:

(11.2.1.10)

При проведении проектных расчетов, когда величина S еще неизвестна, обычно скоростью циркуляции жидкости в теплообменных трубах задаются и принимают w = 0,60,8 м/с, исходя из эмпирических данных; диаметром теплообменной трубы тоже задаются. После этого по формулам (11.1.5.9)–(11.1.5.16) определяют коэффициент теплоотдачи со стороны продукта a2; используя формулы (11.1.5.1), (11.1.5.3), (11.2.11.8), (11.2.1.10), определяют площадь поверхности теплообмена аппарата F и предпочтительное соотношение , а следовательно, и длину греющих труб и их число.

После выбора конкретной конструкции аппарата в проверочном расчете, кроме определения требуемой высоты трубы вскипания, уточнения параметров теплоносителя, может быть вычислено значение скорости циркуляции. Для этого, задаваясь неким начальным значением циркуляционного расхода Wc и зная производительность аппарата по вторичному пару, определяют значение массового расходного паросодержания х2 в верхней части трубы вскипания. Далее, используя различные модели расчета гидродинамики двухфазного течения, например (11.1.4.2)–(11.1.4.7), определяют составляющие перепада давления в циркуляционной трубе , и . При справедливости предположения (11.1.4.4) выражения для составляющих можно с достаточной точностью представить в следующем виде:

(11.2.1.11)

Здесь r2f вычисляется для паросодержания х = ,
а H2f определяется из условия подавления кипения раствора с температурой t = tb + Dtп + Dtвх столбом жидкости с плотностью r2f.

. (11.2.1.12)

Здесь D – диаметр трубы вскипания; RL вычисляется для х = х2; вычисляется по формуле (11.1.4.2), где в свою очередь определяется по известным формулам гидравлики для однофазного течения жидкости по трубам, а коэффициент ФL вычисляется для х = .

Зная циркуляционный расход Wc, по известным формулам гидравлики для однофазного течения жидкости определяют гидравлические сопротивления для остальных участков аппарата с однофазным течением: греющей камеры, циркуляционной трубы. Далее, корректируя расход Wc, добиваются сходимости по перепадам давлений по всему аппарату в целом. Кроме коррекции по Wc можно также корректировать поддерживаемый уровень жидкости в сепараторе, определяя таким образом предпочтительный. Высоту трубы вскипания
в конечном итоге принимают равной 1,5–2 H2f.

Аппараты емкостного типа, где греющий агент проходит внутри змеевика, рубашки, решифера и т. п., являются аппаратами периодического действия и применяются в основном для малотоннажных процессов. В этой связи свойства продукта за время процесса могут существенно измениться, так же как и уровень слоя жидкости в аппарате и величина rz2. Эти факторы становятся основными источниками неточности при расчете таких аппаратов. Кроме того, в этих аппаратах, как правило, уровень перепада высот между днищем и зеркалом жидкости небольшой. Поэтому практически не имеет смысла проводить более точный расчет таких аппаратов, чем расчет в приближении, свойственном уравнениям типа (11.2.1.1)–(11.2.1.5). Вместо уравнения (11.2.1.1) для расчета a2 следует использовать следующее:

(11.2.1.13)

где ТВ – абсолютная температура кипения продукта при давлении у зеркала жидкости.

Объемная доля пара в кипящем растворе, находящемся в большом объеме жидкости, будет меньшей, чем при кипении в трубах, поэтому в формуле (11.2.1.5) величину паронаполнения e принимают равной 0,1–0,3, а в качестве Н принимают перепад высот между днищем и зеркалом жидкости.

Следует заметить, что в качестве теплообменного элемента для аппарата емкостного типа периодического действия может с успехом применяться выносная кожухотрубчатая греющая камера вертикального или наклонного расположения. Роль сепаратора при этом будет выполнять сама емкость с продуктом.

Источник

Adblock
detector