РАСЧЕТ ПРОЦЕССА ВЫПАРКИ ПУЛЬПЫ В БАРБОТАЖНОМ ВЫПАРНОМ АППАРАТЕ

АННОТАЦИЯ

Рассматриваются вопросы расчета процесса выпарки аммофосной пульпы и коэффициентов тепло- и массоотдачи его математического описания в системе «газ-жидкость».

Определены объемные коэффициенты теплоотдачи между газовой и жидкой фазами,  позволяющие определять оптимальные условия протекания процесса выпарки в исследуемой  технологической системе.

ABSTRACT

In this paper classic calculation of the coefficient of heat and mass transfer between phases of “gas-liquid”

The method of calculating the coefficient of volumetric heat transfer between the proposed liquid and gas phases provides to define the optimal conditions of the technological system.

Ключевые слова: процесс выпаривания, природный газ, тепло- и массообмен, теплоотдача, выпарная установка.

Keywords: The process of evaporation, natural gas, heat and exchange, heat output, the evaporating.

В производстве гранулированного аммофоса одним из важнейших технологических переходов, определяющих как качество выпускаемого продукта, так и технологические показатели всего производства, выступает  выпаривание аммофосной суспензии.

Упаривание аммофосной пульпы в вакуум-выпарных установках поверхностного или барботажного типа рекомендуется вести при высокой  влажности аммофосной пульпы - особенно при содержании воды в ней более 60%. Упаривание аммофосной пульпы от начальной  влажности более 60% до конечной 30-35% может быть осуществлено в аппаратах поверхностного типа с принудительной циркуляцией пульпы [2].

В выпарной технике используются контактные аппараты «газ-жидкость»  барботажного, пленочного,  тарельчатого и других типов  аппараты «жидкость-жидкость» и др. [5].  

Расчеты материального и теплового балансов барботажного выпарного аппарата (БВА) в зависимости от постановки задачи направлены на определение основных параметров исследуемого процесса. В частности, на основе начальных условий процесса в БВА (G_0, W, t₀, t_т.г, V_апп и др.) определяются выходные и расчетные параметры (G, W, t₁, t_г, G_воды и т.д). Одна из методик расчета изложена в работе [3]. Нами расчет процесса, протекающего в БВА, выполнен в соответствии с этой методикой.

Схема материальных потоков в барботажном аппарате  приведена на рис. 1.

Рисунок 1.  Схема материальных потоков в барботажном аппарате

Для расчета материального и теплового баланса приняты начальные условия промышленной эксплуатации БВА на Алмалыкском ОАО «Аммофос» [4].

Исходные данные:  производительность по исходной пульпе - 11,1 кг/с; влажность исходной пульпы - 60 %;  влажность упаренной пульпы - 30 %;  температура исходной пульпы - 50 °С;  температура упаренной пульпы - 75 °С;  топливо – природный газ:  температура топочных газов на входе - 700 °С; температура отходящих газов - 78 °С.

Расчет коэффициентов тепло- и массоотдачи предшествовали классическими методами.   

Для этого осуществлены дополнительные исследования. Определение коэффициента теплоотдачи согласно исследованием [1] рассмотрено путем определения критерия Нуссельта: 

Режим барботажа жидкости, определяемый числом Рейнольдса для газового потока:

где скорость газа, приведенная к поперечному сечению аппарата:

при температуре °С, ;

Критерий Нуссельта  рассчитывается по следующему уравнению:

.   

Отсюда, коэффициент теплоотдачи от газа к жидкости (для 1 м² поверхности испарения) равен

С другой стороны, объемный коэффициент теплоотдачи  определен из теплового баланса 

По соотношениям коэффициентов  и  определена поверхность испарения в объеме  рабочей зоны аппарата:

Для расчета коэффициента массообмена определяем критерий Нуссельта. Для этого, коэффициент диффузии определен в виде:

где р - парциальное давление паров воды в барботирующем воздухе.

Для массообмена критерий Нуссельт рассчитан  из уравнения:

Здесь, критерия Гухмана  имеет вид .             

С другой стороны, критерий Нуссельта характеризуется через коэффициент массообмена в виде:

Отсюда  рассчитывается коэффициент массоотдачи в виде:

Учитывая удельную поверхность F_у, объемный коэффициент массоотдачи определен в виде:

Результаты расчетов приведены в табл.1.

Таблица 1

Результаты расчета материально-тепловых балансов

Таким образом, осуществлен расчет коэффициентов тепло- и массоотдачи в системе «газ-пульпа». Классическими методами определены значения коэффициентов  и .

Использование предложенных методов позволяет рассчитать выпарной аппарат и рекомендовать новую методику расчета процесса выпаривания в барботажных выпарных аппаратах с выносной горелкой.

Список литературы:

1. Алабовский А. Н., Удыма П. Г. Аппараты погружного горения. – М.: Издательство МЭИ, 1994. – 256 с.
2. Дохолова А.Н., Кармышов В.Ф., Сидорина Л.В. Производство и применение аммофоса. - М.: Химия, 1977. - 240 с.
3. Попов Н.П. Выпарные аппараты в производстве минеральных удобрений.- М.: Химия, 1974. - 128 с.
4. Рейпназарова З.Д., Артиков А.А. Математическая модель процесса выпаривания в рабочей зоне барботажного выпарного аппарата // Химическая промышленность. - Москва, 2008. т.85. - №6.- С. 310-313.
5. Таубман Е.И. Расчет и моделирование выпарных установок. – М.: Химия, 1970. – 216 с.