47. Движущая сила процесса.

Общая разность температур многокорпусной прямоточной установки представляет собой разность между температурой первичного пара, греющего первый корпус, и температурой вторичного пара, поступающего из последнего корпуса в конденсатор Общая разность температур не может быть полностью использована ввиду наличия температурных потерь

Для многокорпусной выпарной установки общая полезная разность температур равна разности между темпера­турой свежего пара, греющего первый корпус, и температурой конденсации вторичного пара, выходящего из последнего корпуса, за вычетом суммы температурных потерь во всех корпусах установки.

48. Материальный баланс выпаривания.

На выпаривание поступает G_н кг/cек исходного раствора концентрацией x_н вес. % и удаляется G_k кг/сек упаренного раствора концентрацией x_k вес. %.Если в аппарате выпаривается W кг/сек растворителя (воды),то общий материальный баланс аппарата выражается уравнением

G_н = G_k+W (1)

Материальный баланс по абсолютно сухому веществу, находящемуся в растворе:

G_Hb_H/100 = G_нx_н/100 (2)

В уравнении (1) и (2) входят пять переменных, из которых какие-либо три величины должны быть заданы: расход исходного раствора G_н, его концентрация x_k упаренного раствора.Тогда по уравнениям (1) и (2) определяют производительность аппарата:

По упаренному раствору

G_k=G_нx_н/x_k

По испаряемой воде

W=G_н – G_k=G_н(1-x_н/x_k)

49. Тепловой баланс.

D=расход греющего пара; I ,I_г , I_н , I_к – энтальпия вторичного и греющего пара, исходного и упаренного раствора соответственно; I_п.к = с’- энтальпия парового конденсата, где с’- удельная теплоемкость, - температура конденсата, ‘С.

Приход и расход тепла: Расход тепла:

С исходным раствором… G_нⁱ_н С упаренным раствором………..G_kⁱ_k

С греющим паром… DI_р C вторичным паром……………WI

С паровым конденсатом…………Dc’

Теплота концентрирования……..Q_конц

Потери тепла в окружающую……Q_п

Уравнение теплового баланса:

G_нⁱ_н + DI_г= G_kⁱ_k +WI +Dc’ +Q_конц +Q_п

Здесь энтальпия исходного раствора i_н = c_нt_н , энтальпия упаренного раствора i_k = c_kt_k.

Уравнение теплового баланса смешения при постоянной температуре кипения t_k раствора в аппарате:

G_нс_нt_k = G_kc_kt_k + Wc’t_k

Отсюда

G_kc_k =G_нс_н-Wc’

Из последнего уравнения определим количество тепла, подводимого в единицу времени с теплоносителем :

(1)

Из уравнения (1) может быть о пределен расход греющего пара:

(2)

Q_КОНЦ выражает тепловой эффект концентрирования раствора.

Из уравнения (2) можно, пренебрегая величинами Q_КОНЦ и Q_П , определить теоретический расход пара на выпаривание 1 кг воды.

Это означает ,что количество расходуемого греющего пара равно количеству выпариваемой воды:в однокорпусном аппарате на выпаривание 1 кг воды надо затратить 1 кг греющего пара.

50. Многокорпусная прямоточная вакуум-выпарная установка

Схема многокорпусной вакуум-выпарной установки, работающей при прямоточном движении греющего пара и раствора, показана на рис.

Установка состоит из нескольких (в данном случае трех) корпусов. Исходный раствор, обычно предварительно нагретый до температуры кипения, поступает в первый корпус, обогреваемый свежим (первичным) паром. Вторичный пар из этого корпуса направляется в качестве греюще­го во второй корпус, где вследствие пониженного давления раствор ки­пит при более низкой температуре, чем в первом.

Ввиду более низкого давления во втором корпусе раствор, упаренный в первом корпусе, перемещается самотеком во второй корпус и здесь охлаждается до температуры кипения в этом корпусе. За счет выделяющегося при этом тепла образуется дополнительно некоторое количество вторич­ного пара. Такое явление, происходящее во всех корпусах установки, кроме первого, носит название самоиспарения раствора.

Аналогично упаренный раствор из второго корпуса перетекает само­теком в третий корпус, который обогревается вторичным паром из вто­рого корпуса.

Предварительный нагрев исходного раствора до температуры кипения в первом корпусе производится в отдельном подогревателе 4, что позво­ляет избежать увеличения поверхности нагрева в первом корпусе.

Вторичный пар из последнего корпуса (в данном случае из третьего) отводится в барометрический конденсатор 5, в котором при конденсации пара создается требуемое разрежение. Воздух и неконденсирующиеся газы, попадающие в установку с паром и охлаждающей водой (в конденсаторе), а также через неплотности трубопроводов и резко ухудшающие теплопередачу, отсасываются через ловушку-брызгоулавливатель 6 вакуум-насосом 7.

С помощью вакуум-насоса поддерживается также устойчивый вакуум, так как остаточное давление в конденсаторе может изменяться с коле­банием температуры воды, поступающей в конденсатор.

Необходимым условием передачи тепла в каждом корпусе должно быть наличие некоторой полезной разности температур, определяемой разно­стью температур греющего пара и кипящего раствора. Вместе с тем, дав­ление вторичного пара в каждом предыдущем корпусе должно быть боль­ше его давления в последующем. Эти разности давлений создаются при избыточном давлении в первом корпусе, или вакууме в последнем корпусе, или же при том и другом одновременно.

Основные схемы многокорпусных установок. Применяемые схемы мно­гокорпусных выпарных установок различаются по давлению вторичного пара в последнем|корпусе. В соответствии с этим признаком установки делятся на работающие под разрежением и под избыточ­ным давлением.

Наиболее распространены выпарные установки первой группы. По­мимо установки, показанной на рис. 2, в промышленной практике применяют установки аналогичного типа, обладающие повышенной эко­номичностью за счет использования тепла пара низкого потенциала. Так, например, иногда обогрев первого корпуса производят отработанным па­ром из паровых турбин, который является в данном случае первичным паром.

Дросселированный свежий пар, например из ТЭЦ, добавляется только для поддержания стабильного режима работы выпарной установ­ки при колебаниях нагрузки турбины.

В выпарных установках, работающих под некоторым избыточным давлением вторичного пара в последнем корпусе, этот пар может быть шире использован на посторонние нужды, т. е. в качестве экстра-пара. Наряду с этим повышение давления вторичного пара в последнем корпусе уменьшает возможную кратность использования свежего (первичного) пара, греющего первый корпус.

При работе под избыточным давлением требуется несколько большая толщина стенок аппаратов, но установка в целом упрощается, так как отпадает необходимость в постоянно действующем конденсаторе паров (небольшой конденсатор используют лишь в период пуска).

В выпарных установках под давлением труднее поддерживать по­стоянный режим работы, чем в установках под вакуумом, и для этой цели требуется автоматическое регулирование давления пара и плотности упа­ренного раствора. Для повышения устойчивости режима работы устано­вок под давлением используют различные схемы.

Выбор давления вторичного пара в последнем корпусе установки зависит от соотношения между количеством тепла, которое может отдать этот пар, и количеством тепла пара низкого потенциала, требующегося на другие производственные нужды. Оптимальное давление вторичного пара в последнем корпусе можно установить в каждом конкретном слу­чае путем технико-экономического расчета.