В выпарном аппарате непрерывного действия под атмосферным давлением упаривается водный раствор соли сульфата магния (MgSO4)

По уравнениям материального баланса находим производительность по упаренному раствору и выпаренной воде (вторичному пару):
Gк=Gн∙xнxк=1,9∙1542=0,679кгс;
W=Gн-Gк=1,9-0,679=1,221кгс.
Температура вторичного пара при атмосферном давлении составляет tвп=100°С. Согласно справочным данным, температура кипения раствора MgSO4 при концентрации 42% и атмосферном давлении составляет 106,80С. следовательно, температурная депрессия равна Δ/=6,80С. Тогда температура кипения раствора будет равна:
tкип=tвп+∆/+∆//=100+6,8+1,5=108,30С.
Рассчитываем удельную теплоемкость исходного раствора, поступающего на выпарку:
Сн=4190·(1-хн)=4190·(1-0,15)=3561,5 Дж/(кг·К)
Температуру раствора на входе в выпарной аппарат определяем из теплового баланса теплообменника-подогревателя:
Gн∙Сн∙tкп-tнп=Fп∙Kп∙∆tcp,
где ∆tcp-средняя разность температур в теплообменнике, которую рассчитываем по формуле:
∆tcp=tвп-tнп-tвп-tкпlntвп-tнпtвп-tкп
Тогда получим в результате преобразований:
Gн∙Сн∙tкп-tнп=Fп∙Kп∙tвп-tнп-tвп-tкпlntвп-tнпtвп-tкп
Gн∙Сн∙tкп-tнп=Fп∙Kп∙tкп-tнпlntвп-tнпtвп-tкп
Gн∙Сн=Fп∙Кпlntвп-tнпtвп-tкп
lntвп-tнпtвп-tкп=Fп∙КпGн∙Сн
tвп-tнпtвп-tкп=eFп∙КпGн∙Сн
tкп=tвп-tвп-tнпeFп∙КпGн∙Сн
tкп=100-100-20e30∙8001,9∙3561,5=97,70С
Из уравнения теплового баланса определяем количество вторичного пара, использованного на подогрев исходного раствора в подогревателе:
Gн∙Сн∙tкп-tнп=W1∙r,
где -удельная теплота парообразования водяного пара, Дж/кг; r=2260000 Дж/кг при температуре вторичного пара 1000С.
W1=Gн∙Сн∙tкп-tнпr=1,9∙3561,5∙97,7-202260000=0,233кгс
Определяем тепловую нагрузку выпарного аппарата
Q=Gн∙Сн∙tк-tн+W∙r
Q=1,9∙3561,5∙108,3-97,7+1,221∙2260000=2831188,61 Вт
Температура греющего пара:
tгп=tкип+∆tп=108,3+25=133,30С
Расход греющего пара в выпарном аппарате:
Gгп = Q/rгп
Gгп = 2831188,61/2169800 = 1,3 кг/с,
где rгп =2169800 Дж/кг-удельная теплота конденсации греющего пара при температуре 133,30С.
Удельный расход греющего пара составит:
d = Gгп / W = 1,3/1,221= 1,065кг/кг
Поверхность теплообмена греющей камеры выпарного аппарата определяется по уравнению теплопередачи:
F=Q/K∆tпол
F=2831188,61/(1200·16)=147,46 м2
По ГОСТ 11987 – 81 принимаем выпарной аппарат с номинальной поверхностью теплообмена Fном=160 м2, с высотой труб Н = 4 м, диаметром греющей камеры D=1200 мм, диаметром циркуляционной трубы dт=700 мм, диаметром сепаратора D=2400 мм, диаметром труб dн=38 мм.