5 Раздел

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ

5-1. Рассчитать удельный расход сухого насыщенного водя­ного пара при выпаривании воды под атмопрерным давлением и под вакуумом (разрежением) 0,8 кгс/см*. Абсолютное давление греющего водяного паря в обоих случаях p — 2 кгс/см*. Вола поступает на выпарку: я) при температуре 15 ; подо­гретой до температуры кипения.

5.2.Производительность выпарного аппарата по исходному раствору 2650 кг/ч. Концентрация исходного раствора 50 г/л воды. Концентрация выпаренного раствора 295 г на 1 л раствора. Плотность выпаренного раствора 1189 кг/м*. Найти производи­тельность аппарата по выпаренному раствору.

5.3.Как изменится производительность выпарного аппарата, если на стенках греющих труб отложится слой накипи толщиной 0.5 мм? Коэффициент теплопередачи К для чистых груб равен 1390 Вт/(м*-К). Коэффициент теплопроводности накипи  1,16 Вт/(м.К).

5.4.Производительность выпарного аппарата, обогреваемого насыщенным водяным паром с избыточным давлением /\,.п ~ •~ 1,5 кгс/см*, необходимо повысить с 1200 до 1900 кг/ч (по раз­бавленному раствору). Выпаривание производится под атмосфер­ным давлением, температура кипения раствора в аппарате 105 С, раствор подается на выпарку подогретым до температуры кипе­ния. Определить, какого давления греющий пар надо подавать в аппарат. Тепловые потерн не учитывать, коэффициент тепло­передачи считать неизменным, так же как н конечную концен­трацию раствора,

5.5.Сколько надо выпарить воды из 1500 кг раствора хлори­стого калин, чтобы изменить его концентрацию от 8 до 30% (масс.)?

5.6.Какое количество воды надо выпарить из 1 м* серной кислоты с плотностью 1500 кг/м' 165.2% (мзсс.)|. чтобы полу­чить кислоту с плотностью 1840 кг/м1 198.7% (масс.Ц. Какой объем займет полученная концентрированная кислота?

5.7.В выпарной аппарат поступает 1.4 т/ч 9% раствора, который упаривается под атмосферным давлением до конечной концентрации 32% (масс). Рззбзвленный раствор поступает на выпарку с температурой 18 °С. Упаренный раствор выводится из аппарата при 105 "С. Удельная теплоемкость разбавленного раствора 3800 Дж/(кг- К). Расход греющего насыщенного водяного пара с избыточным давлением риЛ = 2 кгс/см* составляет 1450 кг/ч. Влажность греющего пара 4.5%. Определить потерю теплоты в окружающую среду.

5.8.Определить удельную теплоемкость холодильной смеси, состоящей из 2 л воды. 8 кг льда и 5 кг поваренной соли.

5.9.Раствор состоит из 0.7 м1 серной кислоты (100 %), 400 кг медного купороса (OuSO,.5HfO) к 1,4 м* воды. Определить: а) удельную теплоемкость раствора; б) количество сухого насы­щенного водяного пара с абсолютным давлением pae* = 2 кгс/см1, необходимое для нагревании раствора от 12 до 58 "С. Потерн теп­лоты аппаратом за время нагревания раствора составляют 25 100 кДж. Удельную теплоемкость серной кислоты и медного купороса определить по формуле (5.12).

5.10.В выпарном аппарате подвергается упариванию под атмосферным давлением 2.69 т/ч 7% водного раствора. Началь­ная температура раствора 95 °с, конечная 103 "С Средняя тем­пература кипения в аппарате 105 °С. Избыточное давление греющего насыщенного водяно­го пара р,„в =■ 2 кгс/см1. Пло­щадь поверхности теплообмена п аппарате 52 м*, коэффициент теплопередачи 1060 Вт/(м*- К). Тепловые потери аппарата в окружающую Среду составляют 110 000 Вт.

Определить: а) конечную концентрацию раствора; б) рас­ход греющего пара при влаж­ности его 5%.

5.11.В выпарном аппарате с площадью поверхности тепло­обмена 30 м*. работающем под атмосферным давлением, непре­рывно концентрируется раствор хлористого калия от 9,5 до 26,6% (масс). Начальная температура раствора 18 *С, избыточ­ное давление греющего насыщенного водяного пара р„,л = — 2 кгс/сы*. Производительность аппарата вначале была 900 кг/ч (разбавленного раствора), но через некоторое время снизилась до 500 кг/ч из-за образования накипи. Пренебрегая тепловыми потерями аппарата в окружающую среду, определить толщину образовавшегося слоя накипи, приняв для накипи л= 1,4 Вт/(м-К). Гидростатическим эффектом пренебречь.

5.12.В условиях примера 5.7 определить расход энергии при откачке вторичного пара вакуум-насосом и при откачке кон­денсата насосом, если вакуум в аппарате равен 0,95 кгс/см".

5.13.В кепрерывнолействующнй одиокориусной выпарной аппарат подается 12,5% раствор сернокислого аммония, который упаривается иод атмосферным давлением до 30,6% (масс). Кон­центрированный раствор выходит из аппарата в количестве 800 кг/ч. Разбавленный раствор, поступающий на выпарку, по­догревается в теплообменнике вторичным паром от 24 до 80 "С. Остальное количество вторичного пара идет на обогрев других производственных аппаратов (рис. 5.4). Тепловые потери выпар­ного аппарата составляют 6% от полезно используемого ко­личества теплоты, т. е. от суммы (?н„р + Q„e„. Принять Д/р. с — " 1 К.

Определить: в) расход греющего насыщенного вояиного пара (с избыточным давлением риЛ ■= 2 кгс/см*), принимая его влаж­ность 5%; б) количество вторичного пара, отбираемого на обо­грев производственных аппаратов; в) требуемую площадь по­верхности теплообмена (подогревателя), принимая величину коэф­фициента теплопередачи в нем К = 700 Вт/(м*-К).

5.14.Днфенил (QHj), кипит под атмосферным давлением при 255 *С. Вычислить удельную теплоту испарения, а также удель­ную теплоемкость жидкого дифеннля.

5.15.48% водный раствор едкого натра кипит под давлением 760 мм рт, ст. при 140 СС. а под абсолютным давлением р,0е = ™ 0,2 кгс/см* — при 90 Т. Определить удельную теплоту испа­рения воды из этого раствора при давлении 0.8 кгс/см*. а также удельную теплоемкость раствора.

5.16.Определить температуру кипения бромбензола под абсо­лютным давлением ряйе = 0.1 кгс/см* по диаграмме линейности и по номограмме XIV. Определить также удельную теплоту испа­рения бромбензола при этом давлении.

5.17.Определить давление насыщенного пара бензальдегида при 120 "С, пользуясь диаграммой линейности

5.18.Воспользовавшись правилом Бабо н табл XXXVI, определить температуру кипения 42.5% волною раствора азот­нокислого аммония при абсолютном давлении р,Ло ш 0,4 кгс/см*.

5.19.В вакуум-выпарной алпарзт (рис. 5.1) поступает 10 т/ч 8% водного раствора азотнокислого аммония при температуре 74 °С. Концентрация упаренного раствора 42.5%. Абсолютное давление в среднем слое кипящего раствора рСо ш 0,4 кгс/см*. Избыточное давление греющего насыщенного водяного пара pHUfi — = I кгс/см*. Принять Лг,<жв = 6.1 К. Коэффициент теплопереда­чи 950 Вт/(м'-К). Потерн теплоты составляют 3% от суммы (Он,,, + + Qhcii)- Определить площадь поверхности нагрева выпарного аппарата.

5.20.По данным предыдущей задачи определить абсолютное давление в барометрическом конденсаторе, если гидравлическая депрессия Л/, e = 1 К. а гидростатическая депрессия Д4ыа> — = 6,1 К.

5.21.2200 кг/ч разбавленного водного раствора упариваются от 7 до 24% (масс.) под атмосферным давлением. Разбавленный раствор подается в выпарной аппарат при 19 "С. Температурная депрессия 3,5 К, гидростатическая 3.0 К. гидравлическая 1.0 К. Избыточное давление греющего насыщенного водяного пара Р-* -2 кгс/см*. Коэффициент теплопередачи 1100 Вт/(м*.К). Определить требуемую поверхность теплообмена в аппарате и расход греющего пара, принимая потери теплоты в окружающую среду в рззмере 5% от суммы <t?ttaPp + t?,ICU) и влажность г ре-моего пэра 5%.

5.22.Как изменится производительность выпарного аппарата, работающего под атмосферным давлением, при обогреве насыщен­ным водяным паром с избыточным давлением = 1.2 кгс/см*. если в аппарате создать вакуум 0.7 кгс/см*, а обогрев перевести на пар с избыточным давлением 0.6 кгс/см*? Гидростатический эффект для среднего слоя Лрг.а» т 9,81-10* Па; в обоих слу­чаях считать температурную депрессию 4 К: раствор поступает на выпарку подогретым до температуры кипения в аппарате. Коэффициент теплопередачи считать неизменным. Тепловыми потерями пренебречь,

5.23.В выпарном аппарате концентрируется водный раствор от 14 до 30% (масс). Греющий насыщенный водяной пар имеет давление (абсолютное) 0,9 кгс/см*. Полезная разность темпера­тур 11.2 К. Гидростатическая депрессии ДСг.«ф — 3 К- Опре­делить часовой расход разбавленного раствора, поступающего в аппарат, если площадь поверхности теплообмена в нем 40 м\ а коэффициент теплоотдачи составляет 700 Вт/(м*-К). Разбавлен­ный раствор поступает в аппарат подогретым до температуры ки­пения. Среднее давление в аппарате (абсолютное) 0,4 кгс/см*. Тепловыми потерями пренебречь.

5.24.Определить расход греющего насыщенного водяного пара (абсолютное давление 2 кгс/см1) и площадь поверхности нагрева выпарного аппарата, в котором производится упаривание 1,6 г/ч рзствора от 10 до 40 % (масс). Среднее давление в аппарате (абсолютное) I кгс/см*. Разбавленный раствор поступает на вы­парку при 30 "С. Полезная разность температур 12 X. Гидроста­тическая депрессия Л/,.** "4 К. Коэффициент теплопередачи 900 Вт/(м*-К). Тепловые потери принять равными 5 % от полезно используемого количества теплоты (?,„гр + Qnen.

5.25.Раствор поташа упаривается от 8 до 36% (масс.) под вакуумом 0.2 кгс/см*. Начальное количество раствора 1500 кг/ч. Определить количество воды, подаваемой: а) в барометрический конденсатор; б) в поверхностный конденсатор, принимая темпе­ратуру отходящего конденсата на 5 °С ниже температуры конденсации. Вода в обоих случаях нагревается от 15 до 35 °С.

5.26.В выпарном аппарате производится концентрирование водного раствора от 12 до 38% (масс.) пол вакуумом (в конден­саторе) 600 мм рт. ст. (см. рис. 5.1). Расход охлаждающей воды в барометрическом конденсаторе 40 м"/ч, вода нагревается ог 14 до 30 "С. Определить часовую производительность выпарного аппарата по разбавленному и концентрированному раствору. Температурной депрессией пренебречь. Атмосферное давление 747 мм рт. ст.

5.27.Вакуум в выпарном аппарзте над раствором 0.7 кгс/см . Расход разбзвленного водного рзствора, поступающего на вы­парку, 2,4 г/ч, его концентрация 12% (масс). Конечная концен­трация 32% (масс). В барометрический конденсатор подается 38.6 м*/ч холодной воды с температурой 12 СС. Определить тем­пературу воды на выходе из барометрического конденсатора.

Гидравлическим сопротивлением паропровода н температурной депрессией пренебречь.

5.28.В трехкорпусной выпарной батарее, работающей по прямоточной схеме (см. рис. 5.7), подвергается упариванию 1300 кг/ч водного раствора с начальной концентрацией 9% (масс.) до конечной концентрации 43% (масс). Вычислить концентра­ции раствора по корпусам, если известно, что в каждом следующем корпусе выпаривается воды на 10% больше, чем в предыдущем.

5.29.Какое предельное число корпусов может быть в много­корпусной выпарной установке, если избыточное давление грею­щего насыщенного водяного пара в первом корпусе ряЛ ш = 2,3 кгс'см'. остаточное давление в конденсаторе 147 мм рт. ст. Сумму температурных погерь во всех корпусах принять равной Х^'вог ~ 41 К. Допустимая полезная разность температур в ка­ждом корпусе должна быть не меньше 8 К.

5.30.В двухкорпусной установке, работающей по прямо­точной схеме, упаривэется 1000 кг/ч водного раствора азотнокис­лого натрии. Начальная концентрация 10% (масс.), конечная после первого корпуса 15% (масс), конечная после второго 30% (масс). Конечная температура раствора после перюого корпуса 103 "С. после второго 90 °С. Определить, сколько воды испарится во втором корпусе за счет езмонспарення и какой это составит процент от общего количества воды, испаряющейся во втором корпусе.

5.31.В двухкорпусную выпарную установку, работающую по прямоточной схеме, поступает 1000 кг'ч водного раствора хло­ристого магния. Начальная концентрация раствора 8% (масс). Концентрация раствора после первого корпуса 12% {масс). Абсолютное давление над раствором d первом корпусе I кгс/см*. во втором корпусе 0.3 кгс/см*. Конечная температура раствора после первого корпуса 104 'С. теле вгорого 77 "С. Определить, до какой конечной концентрации упаривается раствор во втором корпусе, если обогрев второго корпуса осуществляется за счет вторичного пара первого корпуса (отбора экстра-пара нет). Теп­ловыми потерями пренебречь.

5.32.Во второй корпус двухкорпусной установки, работаю­щей но прямоточной схеме без отбора экстра-пара, поступает из первого корпуса 500 кг/ч 16% водного раствора углекислого на­трия с температурой 103 "С, Абсолютное давление над кипящим раствором в первом корпусе 1 кгс/см*, во втором корпусе 0,6 кгс/см*. Концентрированный раствор, выходящий из 11 кор­пуса с температурой 89 "С и концентрацией 28% {масс), исполь­зуется в противоточном теплообменнике для подогрева разбав­ленного раствора, поступающего на выпарку. Пренебрегая тепло­выми потерями и депрессией, определить: а) концентрацию раз­бавленного раствора, подаваемого на выпарку; б) на сколько гра­дусов будет подогрет разбавленный раствор в теплообменнике, если концентрированный раствор выходит из теплообменника с тем­пературой 32 °С. Удельная теплоемкость концентрированного раствора 3.35-103 Дж(кг-К).

5.33.В двухкорпусную выпарную установку, работающую по прямоточной схеме, поступает 1000 кп'Ч водного раствора хло­ристого кальция. Начальная концентрация раствора 8 % (масс.), конечная 30"» (масс). В первом корпусе абсолютное давление вторичного пара 1 кгс/см*. во втором 0,3 кгс/см1. Конечная тем­пература раствора после первого корпуса 104 °С, после второго 78 "С. В первом корпусе образуется 400 кг/ч вторичного пара. Часть этого пара (рис. 5.5) отбирается на сторону (экстра-пар). Пренебрегая тепловыми потерями, определить, какое количество экстра-пара отбирается.

5.34.В однокорпусный выпарной аппарат (рис. 5.6). работаю­щий с тепловым насосом (сжатие вторичного пара в турбокомпрес­соре), поступает разбавленный водный раствор с концентрацией 5% (масс). Из аппарата выходит 550 кг/ч раствора с концентра­цией 15% (масс). Температурная депрессия 2.5 К. Гидростатиче­ским эффектом и гидравлическим сопротивлением пренебречь. Турбокомпрессор сжимает вторичный пар от I до 2 кгс/см*. Теп­ловые потери составляют 5% от (Cj^p -)- Q„en|. Начальная тем­пература разбавленного раствора 70^. Определить: а) сколько приходится добавлять греющего насыщенного воднного пара (пар сухой насыщенный, избыточное давление раЛ ^ 2 кгс/см»); б) какую мощность потреблнет турбокомпрессор, если общий к.  п. д. его равен 0,72.

5.35.До какой температуры надо охладить горячий 40% вод­ный раствор калиевой селитры, чтобы после охлаждения и вы­падения кристаллов концентрация маточного раствора стала вдвое меньше исходной?

5.36.Сколько килограммов кристаллов выделится прн_ охла­ждении от 30 до 15 X 4,'2 т раствора соды, содержащего 2.5 моль соды на 1000 г воды? Сода кристаллизуется с 10 молекулами воды.

5.37. Определить необходимую площадь поверхности охла­ждения противеточного кристаллизатора, в котором охлаждается от 85 до 35 "С 10 ООО кг/ч раствора, содержащего 7,0 моль серно­кислого аммония на 1000 г воды. При охлаждении испаряется вода (5% от массы начального раствора). Коэффициент тепло­передачи 127 Biiv'-K). Охлаждающая вода нагревается от 13 до 24 "С. Определить также ее расход.