Режимы работы выпарной установки

ВА – выпарной аппарат

П – подогрев продукта

t_н > t_пр

G_к = G_пр – W

В общем случае в выпарном аппарате расход на нагрев продукта Q_н, собственно выпарку Q_в и на компенсацию потерь в окружающую среду. Выпаривание происходит при t_В.

Q_н = G_пр – Ср(t_В – t_н)

Q_в = W·r

1. Режим, когда t_н = t_В,

t_н = t_В, Q_н = 0, Q_г = Q_в

2. t_н < t_В, Q_н > 0, Q_г = Q_н + Q_в

3. t_н > t_В, Q_г = Q_н  Q_в то есть продукт проходит с избыточной энергией.

Работа выпарной установки может протекать периодически или непрерывно. В первом случае упариваемая жидкость подается в аппарат, выпаривается и, по достижении нужной концентрации, спускается из аппарата, а на ее место подается следующая порция упариваемой жидкости. Иногда во время выпарки в аппарат подаются дополнительные порции жидкости. При таком режиме работы условия теплопередачи за время процесса постепенно ухудшаются в связи с повышением температуры кипения раствора, увеличением его вязкости и образованием накипи. При непрерывном режиме работы подача упариваемой жидкости и отвод сгущенного раствора производятся непрерывно, так что условия теплопередачи остаются все время практически постоянными. При непрерывном режиме выпарная установка работает значительно производительнее, чем при периодическом режиме, однако непрерывный режим неприменим в тех случаях, когда в результате выпаривания получается густая, содержащая кристаллы, жидкость.

Расчет разности температур

где α_в – теплоотдача при выпаривании

	явление	режим	температура	формула
αн	конденсация	пленочный	Наружная поверхность вертикальной трубы
αв	испарение	пузырьки	Внутри трубы	Голцбинского

Схема выпарного аппарата с тепловым насосом.

В выпарных аппаратах с тепловым насосом (или с термокомпрессией вторичного пара) вторичный пар сжимается до давления греющего пара и используется для обогрева того же аппарата, в котором он образуется. Для сжатия пара применяют компрессоры или пароструйные инжекторы. Таким образом в тепловых насосах, или трансформаторах тепла, затрачиваемая извне энергия используется для повышения температуры вторичного пара.

В механических тепловых насосах пар сжимается с помощью турбокомпрессора; при малых производительностях применяют ротационные компрессоры. 

Термодинамическая схема:

О С- окружающая среда с температурой Т

А – теплообменный аппарат с температурой Т .

С – рабочее тело, которое совершает круговой процесс.

Т Т

Задача : забрать у окружающей среды тепло q1 и передать его теплообменнику А q2.

Для этого затрачиваем работу l на реализацию обратного кругового процесса.

q1 + l=q2

q2 q1

- коэффициент термотрансформации

Цикл теплового насоса с эжектором.

Э- пароструйный эжектор

Д - острый, котельный пар

Д- теплоноситель

1 – 2 –адиабатное расширение активного пара

L – смесь активного пара и вторичного пара

Теплонасос компрессионного типа.

ТК- турбокомпрессор

Д – двигатель

Многоступенчатые выпарные установки.

В многокорпусной выпарной установке вторичный пар ка­ждого корпуса (кроме последнего) используется для обогрева следующего корпуса. Давление от корпуса к корпусу умень­шается так, чтобы температура кипения раствора в каждом кор­пусе была ниже температуры насыщения пара, обогревающего этот корпус.

Применение многокорпусных выпарных установок дает зна­чительную экономию пара. Если приближенно принять, что с помощью 1 кг греющего пара в однокорпусном аппарате выпа­ривается 1 кг воды, то в многокорпусной выпарной установке на 1 кг греющего пара, поступившего в первый корпус, прихо­дится количество килограммов выпаренной воды, равное числу корпусов. То есть расход греющего пара на выпаривание 1 кг воды обратно пропорционально числу корпусов.

Вторичный пар, образующийся в каждом корпусе, можно не целиком направлять на обогрев следующего корпуса, а частично отводить на сторону и использовать для предварительного по­догрева раствора, поступающего на выпаривание, или для дру­гих технологических целей, не связанных с выпариванием. От­водимый на сторону вторичный пар называется экстра-паром. Экстра-пар может быть отобран из любого корпуса, кроме по­следнего. Из последнего корпуса не производят отбора экстра­-пара, так как вторичный пар оттуда направляется в конденса­тор; если же выпаривание ведется под давлением, вторичный пар можно полностью использовать вне выпарной установки.

Преимущество отбора заключается в том, что возрастание расхода греющего пара при отборе экстра-пара меньше, чем количество отбираемого экстра-пара; целесообразнее отбирать экстра-пар не из первых, а из последующих корпусов. Если, например, в одном из корпусов коэффициент теплопередачи понизится, то поступаю­щий на обогрев этого корпуса вторичный пар из предыдущего корпуса не будет полностью конденсироваться н давление (а следовательно, и температура) в предыдущем корпусе повы­сится, пока не установится повое распределение температур.

Таким образом, температуры в отдельных корпусах при ра­боте установки не регулируются. Единственной возможностью регулирования этих температур является изменение отбора экс­тра-пара. При увеличении отбора экстра-пара из какого-либо корпуса количество пара, поступающего на обогрев следующего корпуса, уменьшится и температура в нем понизится.

БК – барометрический конденсатор

Условия работы: Р1 Р2 Р3

Схема многоступенчатого типа (многоступенчатая выпарная установка).

n – число ступеней

n	1	2	3	4	5
d	1.15	0.57	0.4	0.33	0.27

С повышением числа ступеней эффективность уменьшается.

Э - эксплутационные затраты

К - капитальные затраты

- сумма Э и К.

Оптимизацию выпарных установок осуществляют на основе 2-х принципов:

1. все ступени выполняются из одинаковых модулей

F1= F2=F3

;

Для каждой ступени устанавливается одинаковый температурный напор по которому рассчитывают требуемый коэффициент поверхности теплопередачи.