О ТЕМПЕРАТУРЕ КИПЕНИЯ ПУЛЬПЫ ПРИ КОНЦЕНТРИРОВАНИИ РАСТВОРОВ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ ПУТЕМ ТЕПЛОВОГО УДАЛЕНИЯ ВЛАГИ

АННОТАЦИЯ

В статье проведены результаты температуры кипения воды в зависимости от давления. Температура кипения воды в зависимости от температуры может быть выражен линейной зависимостью. Так же рассмотрена методика определения равновесных условий барботажного выпаривания позволяющее определять оптимальные условия протекания процесса выпарки в исследуемой технологической системе. Для этого осуществлен принимая за основу каждого параметра из четырех главных факторов, определяющих состояние равновесия. Результаты данной статьи могут быть использованы в расчете тепломассообменных процессов.

ABSTRACT

The article presents the results of the boiling point of water depending on pressure.  The boiling point of water depending on temperature can be expressed by a linear relationship. The methodology for determining the equilibrium conditions of bubbling evaporation is also considered, which makes it possible to determine the optimal conditions for the evaporation process in the technological system under study. To do this, it was carried out by taking as a basis each parameter of the four main factors that determine the state of equilibrium. The results of this article can be used in the calculation of heat  and mass transfer processes.

Ключевые слова: процесс выпаривания, природный газ, тепло- и массообмен, температура кипение, вода, давление.

Keywords: evaporation process, natural gas, heat and exchange, boiling point, boiling point, water, pressure.

.

При концентрировании химических веществ приему выпаривания подвергаются, в основном, двухкомпонентные растворы - вода и водорастворимые вещества. Основные закономерности процесса концентрирования аналогичных растворов путем выпаривания изучены Д.П. Коноваловым и М.С. Вревским [8].

Процесс выпаривания растворов заключается в частичном или полном испарении растворителя [3]. В производстве минеральных удобрений рассматриваются процессы с выпариванием только водных растворов, поэтому в качестве растворителя используют воду [1,4]. Механизм процесса выпаривания чрезвычайно сложен [7], поскольку превращение воды в пар происходит на поверхности концентрируемого раствора, главным образом, внутри паровых пузырьков, образующихся в объеме жидкости. Кроме того, присутствие в пульпах и суспензиях взвешенных частиц вызывает закупорку теплообменной арматуры и коммуникаций; наличие в пульпах накипеобразующих сло­ев приводит к существенному снижению производительности оборудования.

При использовании топочных газов общее давление газовой фазы над раствором в контактных аппаратах складывается из парциальных давлений продуктов горения и водяного пара. Поэтому выпаривание растворов проис-ходит при пониженной температуре. Так, при выпаривании воды в аппаратах барботажного типа при атмосферном давлении, она закипает при 83-85°С [1,2].

Установлено, что при кипении темпе­ратура жидкости остается постоянной- при достижении температуры кипения все пре­доставленное количество теплоты идет на парообразование. Если жидкость не получает теплоту, кипение прекратится, поскольку не будет поступать энергия для внутреннего парообразования

Равновесные условия в газожидкостной системе характеризуются комбинацией четырех факторов: t - температуры жидкости; х - концентрации пульпы; у – концентрация паров воды (влаги) в газовой фазе; Р_в – парциальное давление паров воды в газовой фазе.

Температура жидкости учитывается при учете температурной депрессии пульпы и давления в рабочей зоне. С учетом температуры кипения t_в чистой воды и экспериментальных данных, полученных в лабораторных условиях, температурная депрессия будет:

где  - экспериментально определенная температура кипения пульпы при давлении Р = 100 кПа.

С учетом этого можно написать уравнение температуры кипения пульпы:

В свою очередь, температура кипения воды характеризуется изменением давления. Допускаемое изменение температуры пульпы в условиях работы БВА в пределах 40÷90 °С. Температура кипения воды формализована уравнением: 

После ряда математических преобразований имеем уравнение для температуры кипения пульпы,

В свою очередь отсюда можно определить равновесную концентрацию пульпы с учетом парциального давления водяного пара в газовой фазе,  

После ряда преобразований получено уравнение для парциального давления воды в БВА:

Здесь расход испаренной влаги определяется как,

Из уравнения массообмена объемный расход испаряемой из пульпы воды равен:

В свою очередь,  DQ равно 

где V₀ - объем жидкости в рабочей зоне БВА.

После некоторых преобразований имеем

Температура кипения воды при определенном давлении приведена в таблице 1.

Таблица 1

Температура кипения воды при определенном давлении

Рисунок 1. Изменение агрегатного состояния воды в зависимости от температуры

Как видно из рисунка 1, изменение агрегатного состояния воды в зависимости от температуры может быть выражен линейной зависимостью.

Предложенные модели используются при рассчeте процесса выпарки  и выпарного аппарата и рекомендовать методику расчета процесса выпаривания в барботажных выпарных аппаратах с выносной горелкой.

Список литературы:

1. Аронов И.З. Контактный нагрев воды продуктами сгорания природного газа. - Л.: Недра, 1990.  - 280 с.
2. Бабич В.С., Волов Г.И. Система выгрузки пульп из выпарных аппаратов погружного горения // Химическое и нефтяное машиностроение. 1971. - №1. - С. 6-8. 
3. Казаков В.Г. Выпаривание растворов в процессах химической технологии. Энергоресурсосбережение, оптимизация энергопотребления и обеспечение экологической безопасности на предприятиях бумажной, деревообрабатывающей, химической и нефтехимической промышленности: Тез. докл. V-ой научно-практической конф. Санкт-Петербург, 15 - 17 мая 2006 г.
4. Костюк В.В., Берлин И.И., И.И., Карпышев А.В., Лосев С.В., Косова Э.М. Зависимость теплообмена и физического механизма переходного кипения от недогрева жидкости до температуры насыщения // Тепломассообмен - ММФ: Минск. Междунар. Форум 24-27 мая, 1988; Изб. Докл. Секц.4-5. - Минск, 1989.
5. 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.
6. Рейпназарова З.Д., Артиков А. Температура кипения аммофосной пульпы из фосфоритов Центральных Кызылкумов // Узб. Хим. ж.–Ташкент, 2007.-№4.–С. 34-37
7. Стюшин Н.Г., Астафьев В.И. К вопросу о теплообмене при кипении растворов // Теор. основы хим. тех.- 1975. том 9. - №4. - С. 555-562.
8. Таубман Е.И. Выпаривание. - М.: Химия, 1982. - 327 с.