Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Національний університет водного господарства

та природокористування

Кафедра теплоенергетики і машинознавства

034-144

Методичні вказівки

до практичних занять з дисципліни

«Теплотехнологічні процеси і установки»

(Розділ «Тепловий розрахунок

чотирьохкорпусної випарної установки»)

для студентів напряму підготовки

6.050601 «Теплоенергетика»

Рекомендовано методичною

комісією напряму підготовки

6.050601 «Теплоенергетика»

Протокол №9 від 25.05.11 р.

Р

івне 2013

Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни «Теплотехнологічні процеси і установки» (Розділ «Тепловий розрахунок чотирьохкорпусної випарної установки») для студентів напряму підготовки 6.050601 «Теплоенергетика» /В.В. Середа, В.В. Куба – Рівне: НУВГП, 2013р. – 31 с.

Упорядники:

В.В. Середа – старший викладач кафедри теплоенергетики і машинознавства;

В.В. Куба – старший викладач кафедри теплоенергетики і машинознавства.

Відповідальний за випуск: В.І. Лозбін, д.т.н., професор, завідувач кафедри теплоенергетики і машинознавства.

©Середа В.В., Куба В.В., 2013

©

НУВГП, 2013

Зміст

Передмова…………………………………………………….	3
1. Загальні відомості……………………................................	4
2. Фізичні основи процесу випарювання………………......	7
3. Теплопередача у випарних апаратах…………………….	8
4. Послідовність теплового розрахунку чотирьохкорпусної випарної установки…...……………….	11
4.1. Встановлення температурного режиму установки....	11
4.2. Розрахунок коефіцієнтів теплопередачі…………….	20
4.3. Розрахунок поверхонь нагріву корпусів…………….	24
Список рекомендованої літератури………………………...	24
Додаток………………………………………………………...	25

Передмова

Теплотехнологічні процеси є технологічною основою найважливіших галузей промислового виробництва.

Серед технологічного обладнання багатьох виробництв особливу роль відіграють багатокорпусні випарні установки. Часто ці установки є одним з основних елементів технологічного процесу і споживають значну кількість енергоресурсів, їх спорудження і експлуатація потребують немалих витрат.

Студенти напряму підготовки 6.050601 «Теплоенергетика» ознайомлюються із конструкцією і розрахунком випарних установок при вивченні дисципліни «Теплотехнологічні процеси і установки» на лекціях і практичних заняттях.

Практичні заняття дозволяють закріпити знання, отримані при вивченні теоретичного курсу, активізувати роботу кожного студента, розвивати навички самостійного виконання поставлених задач теплотехнічних розрахунків, аналізувати їх результати і вибрати раціональне рішення.

Мета даних методичних вказівок – поглибити і практично закріпити учбовий матеріал, закріпити навички розрахунків тепломасообмінних процесів, які відбуваються у випарних установках.

1. Загальні відомості

Процес випарювання в випарних апаратах полягає в частковому видаленні з розчину розчинника з одержанням концентрованого розчину, який потім загусає до остаточної концентрації сухих речовин, а в багатьох технологіях до стану кристалів. При реалізації процесу необхідно досягати, щоб при заданій потужності випарної установки одержати згущений розчин заданої концентрації високої якості без втрат сухих речовин при можливо менших витратах палива. Випаровування може відбуватися або в одному апараті, або в випарній установці з декількох послідовно зв’язаних між собою апаратів безперервної дії, так званих корпусів з паровим обігрівом. Використання багатокорпусної установки дає змогу значно зменшити витрату палива на випарювання.

Як відомо, випарювання розчинів відрізняється від кипіння однокомпонентної рідини (наприклад, води) тим, що вони киплять при більш високій температурі, ніж розчинник, при тому ж тиску. Це необхідно враховувати при розрахунку і проектуванні випарного апарату, особливо при виборі параметрів теплоносія та робочого режиму при експлуатації.

Якщо пар, який утворюється з розчину (вторинний пар одного випарного апарату), направити в гріючу камеру іншого випарного апарату і підтримувати в другому апараті такий тиск, щоб температура цього пару була більше температури кипіння розчину в другому апараті, то в ньому також може відбуватися випарювання, як і в першому апараті. Сукупність декількох випарних апаратів, в яких вторинний пар із кожного попереднього апарату направляється в гріючу камеру наступного, називається багатокорпусною випарною установкою.

Для можливості кипіння розчину в кожному корпусі необхідно забезпечити відповідну різницю між температурами вторинної пари попереднього корпусу і киплячого розчину наступного за ним корпуса. Використанням випарювання в багатокорпусних установках досягається значна економія пари, а відповідно і палива порівняно з однокорпусним випарюванням при однакових потужностях. Якщо наближено прийняти, що за допомогою 1 кг гріючої пари можливо випарувати в однокорпусному апараті 1 кг води, то в багатокорпусній установці, завдяки багатократному випарюванні можливо випарувати таку кількість кілограмів води, яка буде рівна числу корпусів, тобто витрата пари на випарювання 1 кг води в багатокорпусній випарній установці зворотно пропорційна кількості послідовно розміщених корпусів.

Принципова схема чотирьохкорпусної випарної установки зображена на рис. 1.

Рис. 1. Принципова схема випарної установки цукрового заводу:

1 – підігрівники розчину; 2 – випарні апарати; 3 – паровий колектор; 4 – конденсато-відвідники; 5 – барометричний конденсатор; 6 – вловлювач; 7 – барометрична труба;

8 – збірник барометричної води

Розглянемо схему підігріву розчину, схему живлення апаратів розчином і систему використання вторинного тепла чотирьохкорпусної установки, яка зображена на рис. 1.

Гріючий теплоносій, який надходить до першої ступені випарної установки через паровий колектор 3, має температуру, яка з однієї сторони необхідна для забезпечення необхідного перепаду температур між теплоносієм і розчином в першому корпусі (не менше 8…10°С), а з другої – для досягнення різниці температур по всій випарній установці достатньої для забезпечення корисного перепаду температур в кожному корпусі. Разом з цим заборонено без технологічної необхідності підвищувати температуру гріючого теплоносія, виходячи з того, що її підвищення досягається недовиробітком електроенергії в турбіні ТЕЦ.

Температура розчину перед його надходженням в першу ступінь близька до температури кипіння. Для забезпечення цього у випарній установці використовують схему регенеративного підігріву. Частина екстра-пари з першого корпусу надходить до першого з підігрівачів 4. Кінцевий нагрів розчину перед подачею його на випарювання відбувається в другому підігрівачі свіжою парою з ТЕЦ, розподіл якої між першим корпусом та підігрівачем здійснюється в паровому колекторі. Підігрів розчину первинною парою перед подачею його на випарювання не спричинює економію цього пару і не впливає на величину поверхні нагріву всієї випарної установки. Але це призводить до зменшення величини поверхні нагріву випарних апаратів за рахунок збільшення поверхні нагріву підігрівачів.

Витрата тепла на нагрів розчину перед подачею його на випарювання і на кипіння його по корпусам супроводжується виділенням великої кількості вторинного тепла у вигляді парів розчинника і гарячого конденсату, який видаляється з кожного апарата і підігрівника.

Конденсат з першого корпуса установки повертається на ТЕЦ, а з інших корпусів 2 та регенеративних підігрівачів 4 використовується для промивки апаратів і для інших технологічних потреб.

Відбір вторинної пари з всіх корпусів здійснюється для споживачів тепла, через що випарна установка спроектована з протиточним конденсатором змішування 5, в якому за рахунок конденсації вторинних парів останньої ступені утворюється вакуум. Найбільш сприятливими споживачами низькопотенційного тепла необхідно вважати гаряче водопостачання найближчих цехів підприємства і побутове споживання тепла в сусідніх житловий районах.

Розрахунок випарних установок, як і інших апаратів, що використовують теплоту, полягає в одночасному розв’язуванні рівнянь теплового та матеріального балансів з рівнянням теплопередачі. Теплотехнічні особливості випарювання різних розчинів подібні, а сам процес відбувається в апаратах, будова яких мало відрізняється. І все ж таки методика розрахунку повинна враховувати специфіку фізико-хімічних особливостей розчинів. З урахуванням цих факторів і побудовані дані методичні вказівки, які рекомендуються для розрахунку вертикальних випарних установок цукрового виробництва. Дані про теплофізичні властивості цукрових розчинів приведені в додатку, табл. Д2.