Расчет многокорпусной выпарной установки

Материальный баланс многокорпусной установки:

где G", G_w — соответственно расходы исходного и концентрированного растворов в п-м корпусе, кг/с, х_и, х_м — соответственно концентрации исходного и упаренного растворов.

Общий расход выпариваемой воды и концентрация раствора:

где Wi— количество испаренной воды в /-м корпусе, кг/с; х_И, — концентрации растворов исходного, упаренного в (л — 1)-м корпусе соответственно в кг упаренного раствора на 1 кг исходного раствора.

Концентрация упаренного раствора х_к определяется по выражению (19.1).

Тепловые расчеты. Тепловой баланс 1-го корпуса описывается уравнением (19.2). Однако тепловой баланс 2-го и последующих корпусов для прямоточной схемы изменится и примет следующий вид:

где г, г₂ — теплоты парообразования насыщенного водяного пара, при давлении в сепарационном пространстве 1-го и 2-го корпусов соответственно, Дж/кг; - соответственно температуры кипения растворов в 1-м и 2-м корпусах, °С.

Левая часть уравнения (19.7) соответствует расходу теплоты, подводимой в виде вторичного пара в межтрубное пространство греющей камеры 2-го корпуса. Если часть вторичного пара 1 -го корпуса отбирается на сторону (экстра-пар, расход fV₃)_y то в уравнение (19.7) вместо расхода W необходимо подставить разность расходов (IV — Ж,). Первый член правой части уравнения (19.7) соответствует теплоте самоиспарения раствора.

Определение общей разности температур Д/общ осуществляется по формуле (19.4).

Общая полезная разность температур в многокорпусной установке равна разности между температурой греющего пара первого корпуса и температурой насыщения в конденсаторе за вычетом суммы температурных потерь SA/пот во всех корпусах:

где Д/^ = Д/дспр + Д/_{г э} + Д/_{г с} — сумма температурных потерь во всех корпусах.

При распределении полезной разности температур между отдельными корпусами следует принять во внимание: А/_П0л необходимо увеличивать от первого корпуса к последнего (для аппаратов с естественной циркуляцией минимальная величина Д/пол для каждого корпуса должна быть 6…7 К, а для аппаратов с принудительной циркуляцией — 4. .5 К).

Расчет многокорпусной выпарной установки можно вести, ориентируясь на достижение минимальной общей поверхности нагрева или задаваясь условием, что поверхности нагрева в корпусах одинаковые.

Распределение полезной разности температур межу отдельными корпусами производится:

— из расчета на минимальную общую площадь поверхности всех корпусов:

— из расчета на равную площадь поверхности корпусов:

где Qi — тепловая нагрузка /-го корпуса, Вт; К, — коэффициент теплопередачи для /-го корпуса, Вт/(м2 К).

На рис. 19.4 представлена схема и температурный график выпарной установки с учетом всех видов депрессий.

На оси абсцисс графика представлены этапы выпарки, а на оси ординат — положения температурных точек в установке. В соответствии с изложенным выше точка 4 соответствует средней температуре кипения раствора, а разность между точками 4 и 7 характеризует все видны депрессий. Следовательно, разность между температурами греющего пара (точка 2) и кипения раствора (точка 4) является полезной разностью температур. В соответствии со вторым способом распределения полезной разности температур основным условием является следующее:

Рис. 19.4. Схема и температурный график выпарной установки: 1−2 — конденсация греющего пара (без учета охлаждения конденсата); 3−5 — изменение температуры кипения под действием гидростатического столба жидкости; 4 — температура кипения раствора; 5−6 — концентрационная температурная депрессия; 6−7 — гидродинамическая температурная депрессия.

Полезная разность температур в корпусе равна тогда суммарная полезная разность температур

С учетом (19.2).

откуда.

Тогда для произвольного i-го корпуса:

Таким образом, при равенстве поверхностей теплопередачи в каждом корпусе суммарная полезная разность температур распределяется пропорционально отношению тепловой нагрузки к коэффициентам теплопередачи в каждом корпусе (см. 19.9).

Зависимости (19.8) и (19.9) дают надежные результаты в случае, если коэффициенты теплопередачи по корпусам несильно зависят от движущих сил в этих корпусах.