Диафрагменный электролиз

 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5.4  Конструктивный  расчет 

   Данные  четырехкорпусной вакуум-выпарной  установки для концентрирования раствора едкого натра от начальной массовой концентрации до конечной при следующих условиях:

1. количество поступающего раствора 10 кг/с;
2. обогрев осуществляется насыщенным водяным паром давления ;
3. абсолютное давление в барометрическом конденсаторе   ;
4. взаимное направление пара и раствора – прямоток;
5. выпарной аппарат – с выносной нагревательной камерой;
6. раствор перед подачей в первый корпус подогревается до температуры, близкой к температуре кипения в одном теплообменник, насыщенным водяным паром из котельной;
7. температура раствора, поступающего на установку, t=25ºС;
8. начальная температура охлаждающей воды t=15ºС;
9. температура конденсата вторичного пара, выходящего из барометрического конденсатора, ниже температуры конденсации 5ºС;
10. при разработке схемы выпарной установки предусмотреть насосы, емкости, вакуум-насос, барометрический конденсатор и другие необходимые устройства.

    Площадь поверхности теплопередачи каждого корпуса выпарной установки определяют по основному уравнению теплопередачи.

    Для определения тепловых нагрузок, коэффициентов  теплопередачи и полезных разностей  температур необходимо знать распределение  выпариваемой воды, концентраций раствора и их температур кипения по корпусам установки. Эти величины находят методом последовательных приближений.

    Рассмотрим  первое приближение.

    Общее количество выпаренной воды в выпарной установке:

                                                                                                   (4.1)

 

1. Расчет  концентраций упариваемого раствора по корпусам.

   Распределение концентраций раствора по корпусам установки  зависит от соотношения нагрузок по выпариваемой воде в каждом корпусе. На основании практических данных производительность по выпариваемой воде распределяется между корпусами в соответствии с соотношением 

   Тогда количество выпаренной воды:

в 1-м корпусе 

в 2-м корпусе

в 3-м корпусе 

в 4-м корпусе 

   Концентрация  растворов в корпусах:

в 1-м корпусе 

в 2-м корпусе 

в 3-м корпусе 

в 4-м корпусе 

что соответствует  заданию. 

2. Определение температур кипения раствора по корпусам.

2.1 Распределение  давлений по корпусам установки.

Общий перепад  давлений в установке:

                                                                                                  (4.2)

Распределим общий  перепад давлений между корпусами  поровну:

 

Абсолютные давления по корпусам будут равны:

что соответствует заданию. 

   По  давлениям паров находим их температуры  и энтальпии 

Давление, МПа                       Температура, ºС                    Энтальпия, кДж/кг

0,9                                                    174,5                                       2780

0,6787                                              160,1                                       2768

0,4574                                              147,2                                       2761

0,2361                                              119,6                                       2710

0,0148                                                53,6                                       2596 

2. Определение гидравлической депрессии.

   На  основании практических рекомендаций принимаем гидравлическую депрессию для каждого корпуса тогда температуры вторичных паров, давления и теплоты парообразования их в корпусах будут равны 

Температура, ºС                         Давление, МПа                  Теплота 

                                                                                          парообразования, кДж/кг

                               0,65                                        2075     

      0,45                                        2135

                   0,26            2190

                   0,0155           2369 

Сумма гидравлических депрессий

 

2.3 Определение  гидростатической депрессии.

Давление в  среднем слое кипятильных труб определяется по уравнению

                                                                                          (4.3)

   Для выбора высоты трубы Н=l необходимо ориентировочно определить площадь поверхности теплопередачи выпарного аппарата выбрать параметры аппарата по ГОСТ 11987-81.

   Площадь поверхности теплопередачи ориентировочно определяется по формуле . Принимаем для аппаратов с естественной циркуляцией .

   Тогда по корпусам (ориентировочно):

                                                            

   Принимаем по ГОСТ 11987-81 выпарной аппарат с  площадью поверхности теплопередачи  длиной труб 5 м, диаметром труб

   Таким образом, давление в среднем слое кипятильных труб корпусов равны:

 

   Полученным  давлениям соответствуют следующие  температуры кипения: 

Давление, МПа                   Температура, кип ºС                           Теплота

                                                                                          парообразования, кДж/кг 

                

                               2080,2

                                   2132,4

                                                               2183,5                                            

                                2304,2 
                                    

   Определяем  гидростатическую депрессию по корпусам:

 

   Сумма гидростатических депрессий:

 

2.4 Определение  температурной депрессии.

Температурная депрессия по корпусам при атмосферном  давлении: 

Корпус           Концентрация                Температура  Депрессия,

                            NaOH, %                           кип, ºС ºС

1                               12,05                                101,5                                  1,5

2                               15,6                                  105,4                                   5,4

3                               23,2                                  109,8                                   9,8

4                               48,8                                   140,3                                  40,3  

Температурная депрессия по корпусам с учетом давления: 

                                                                                              (4.4)

 

Сумма температурных  депрессий:

 

Температура кипения  растворов по корпусам:

 

2.5 Определение  полезной разности температур.

Общая полезная разность температур:

                             (4.5)

 

Полезные разности температур по корпусам равны: 

 
 
 
 
 

2.6 Определение  тепловых нагрузок по корпусам:

 

   Определяем  расход греющего пара в первый корпус, количество воды из каждого корпуса, тепловые нагрузки по корпусам:

                                                             (4.6)