Кристаллизация из растворов в химической промышленности - Лебедев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
9иаг. = K&t
Существуют и другие эмпирические уравнения для определения коэффициента теплоотдачи при кипении растворов внутри вертикальных труб. Ниже приведено одно из таких уравнений [46], включающее в себя тепловую нагрузку qsаг. (в вт/м2) и давление сокового пара р (в н/м2):
а, = В- 0,009?°н'а7, • Р0,4 (l Ь -А-)
* Этот метод может быть использован для ориентировочного определения значения общего коэффициента теплопередачи К при выпаривании растворов.
ТАБЛИЦА 13
Значения коэффициента b для различных веществ
Растворенное вещество Предел изменения концентрации масс. % ь Растворенное вещество Пре 1ел изменения концентрации масс. % ь
Сахар 0-60 1,2 nh4no3 0—40 0,6
NaC! 0—25 1,8 Na2S04 0—10 0,85
kno3 0—40 0,4
где В—коэффициент, зависящий от состояния теплопередающей поверхности (для чистых стальных труб ? = 4,6);
А—концентрация раствора, масс. %;
b — опытный коэффициент, значение которого для некоторых растворов приведено в табл. 13.
Загрязнения теплопередающей поверхности со стороны конденсирующегося пара обычно не учитывают, влияние же термического сопротивления накипи может быть учтено лишь очень приближенно. Ориентировочно можно принять, что толщина слоя накипи составляет 0,5 мм при ее теплопроводности К= = 1,7-?-2,3 втКм-град) [8]. Понятно, что образующиеся на теплопередающей поверхности инкрустации могут существенно уменьшать величину общего коэффициента теплопередачи К¦ Поэтому его значение для каждого конкретного случая может быть точно определено лишь опытным путем.
Практические значения общих коэффициентов теплопередачи при выпаривании кристаллизующихся растворов колеблются от 300 до 3500 вт/(м2 - град) или от 250 до 3000 ккал/(м2 • ч • град) и для аппаратов различного типа приводились выше. Их числовые значения при выпаривании некоторых растворов можно найти также в справочной литературе [25].
После определения размера теплопередающей поверхности задаются диаметром греющих трубок (в интервале 50—100 мм) и их длиной (в зависимости от типа выпарного аппарата) и определяют по известной методике [8, 12] их число и распределение по сечению трубной решетки. Размещение труб в решетке можно производить также по специальным справочным таблицам [12].
Диаметр и высота сепаратора выпарного аппарата рассчитываются так же, как и сепараторов вакуум-кристаллизационных установок.
Расчет размеров корпуса кристаллизатора со взвешенным слоем осуществляется по методике, описанной для охладительного кристаллизатора этого типа.
Так как размеры выпарных аппаратов стандартизированы, 24В то в ряде случаев аппарат может быть выбран по соответствую-
щим нормалям [105, 106], если за основу принята необходимая теплопередающая поверхность.
Ниже приводится пример расчета выпарного аппарата с принудительной циркуляцией (см. рис. 120) для кристаллизации сульфата аммоння.
Исходные данные. На кристаллизацию поступает раствор в количестве Gpac. = 2,78 кг/сек (10 000 кг/ч) при /i=80°C, концентрации по (NH4)2S04 di=0,400 масс, доли и плотности р = 1210 кг/м3.
Производительность аппарата по кристаллическому продукту G„p.= =0,555 кг/сек (2000 кг/ч).
Скорость циркуляции раствора в греющих трубках w — 2,5 м/сек-, общий коэффициент теплопередачи /С = 1730 вт/(м2 ¦ град) или 1500 ккал/(м2 ¦ ч • град), давление греющего пара р=294,2 кн/м2 (~3 ат), температура насыщения пара /„=132,9° С; давление в сепараторе атмосферное.
Расчет. Температура кипения насыщенного раствора (NH4)2S04 при атмосферном давлении *2= 108,5° С, его концентрация а2=0,515 масс. доли. Величина теплоты кристаллизации <7=75,36 кдж/кг (18 ккал/кг) [10]. Теплоемкость кристаллов сульфата аммония сКр,—1,443 кдж/ (кг ¦ град) или
0,345 ккал/(кг • град) [107].
Теплоемкость исходного С\ и маточного раствора с2 определим по правилу аддитивности:
с, = a,cKp.-f- (1—я,) св = 0,400-1,443(1 — 0,400)-4,19 = 3,088 кдж/(кг-град) с2 = а2скр -f-(1—а2) св = 0,515-1,443 4-(1—0,515)• 4,19 = 2,775 кдж (кг-град)
1. Из уравнения (24) определим количество выпаренной воды W
Окр. (1 — я2) — Орас. (а, — а2) 0,555- (1 — 0,515)—2,78 • (0,400—0,515)
W= - = =
= 1,145 кг/сек (4 120 кг/ч)
2. Количество маточного раствора GMат- после выпарки
Омат. =¦ Орас, — Окр — W = 2,78 — 0,555— 1,145 = 1,08 кг/сек (3880 кг/ч)
3. Содержание кристаллов в суспензии k (в масс, долях)
0KD 0,555
ь —_________________________________П Я4
GKp. + Омат. 0,555 + 1,08 ~
что допустимо в случае принудительной циркуляции.
4. Количество тепла Q, необходимое для подогрева раствора до температуры кипения и его упаривания (без учета тепловых потерь) определим из уравнения (30):
Q ~ Омат с2/2 -(- Окр.скр.^2 -\-Wl — GpaCiC]/, — GK р q
Q = 1,08 • 2,775 • 108,5 + 0,555 • 1,443 • 108,5 + 1,145 • 2675,78 — 2,78 - 3,088 - 80 —
-0,555 - 75,36 = 2746,24 кет (2 359200 ккал/ч)
где ? — энтальпия сокового пара, равная 2675,78 кдж/кг [48].
5. Расход греющего пара D:
О 9746 94
° =~ = 216578 = 1’27 кг1сек (4570 кг1ч)
где г —скрытая теплота конденсации пара, равная 2165,83 кдж/кг [48].
6. Необходимая поверхность теплопередачи F:
