
- •Глава I. УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
- •ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
- •Основная литература
- •Глава II. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
- •ВВЕДЕНИЕ
- •Тема 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
- •1.1 Рекомендации по выбору схемы взаимного тока и скоростей теплоносителей
- •1.2 Проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов
- •1.2.4 Варианты установки перегородок в крышках теплообменных аппаратов
- •1.2.5 Конструкции крышек теплообменных аппаратов
- •1.3 Гидравлический расчет теплообменного аппарата
- •1.4 Выбор оптимального нормализованного теплообменного аппарата
- •Тема 2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ И УСТАНОВОК
- •2.1.2 Схемы питания аппаратов раствором
- •2.1.3 Оптимальное число ступеней выпарной установки
- •2.1.4 Использование вторичной теплоты выпарной установки
- •2.2 Выбор конструкции выпарного аппарата
- •2.3 Элементы выпарных аппаратов
- •2.4 Арматура и гарнитура выпарных аппаратов
- •Тема 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕКТИФИКАЦИОННЫХ УСТАНОВОК
- •3.1 Материальный баланс процесса ректификации
- •3.2 Тепловой баланс ректификационной колонны
- •3.3 Расчет ректификационных колонн
- •3.3.2 Анализ режимов работы ректификационной колонны
- •3.4 Выбор оптимального варианта ректификационной установки
- •Тема 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СУШИЛЬНЫХ УСТАНОВОК
- •4.3 Проектирование сушилки с кипящим слоем
- •4.3.1 Параметры кипящего слоя
- •Тема 5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК
- •5.3 Характеристики отдельных элементов компрессионной холодильной установки
- •5.3.1 Холодильные агенты
- •5.3.2 Хладоносители
- •5.3.3 Компрессоры холодильных машин
- •5.3.6 Конденсаторы холодильных машин
- •5.4 Абсорбционные холодильные установки
- •5.6 Пароэжекторные холодильные установки
- •Тема 6. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ
- •6.1 Стали
- •6.2 Чугун
- •6.4 Неметаллические материалы
- •6.6 Расчет тепловой изоляции
- •Тема 7. МЕХАНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ ТЕПЛОМАССООБМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ
- •7.2.1 Расчет толщины обечаек
- •7.2.2 Расчет толщины днищ и крышек
- •7.3 Расчет на прочность барабанов
- •7.4 Расчет барабанов на прогиб
- •Тема 8. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ И ИСПЫТАНИЕ НА ПРОЧНОСТЬ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
- •8.1 Изготовление деталей тепломассообменного оборудования
- •8.2 Сборка и сварка деталей аппаратов
- •8.3 Испытание аппаратов
- •Тема 9. ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ТЕПЛООБМЕННЫХ УСТАНОВОК
- •Тема 10. МОНТАЖ ОБОРУДОВАНИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ УСТАНОВОК
- •Тема 11. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ УСТАНОВОК
- •Тема 12. ОРГАНИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ, УЧЕТА РАСХОДОВ И АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ
- •Тема 13. РЕМОНТ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ УСТАНОВОК
- •13.2 Виды ремонтов оборудования
- •13.3 Нормативы на ремонт оборудования
- •Тема 14. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ ПРЕДПРИЯТИЯ
- •14.2 Причины возникновения дебалансов производственного пара и способы решения этой проблемы на промышленном предприятии
- •14.3.3 Использование теплоты нагретой воды охлаждающих устройств производственных агрегатов
- •СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- •Глава III. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
- •Раздел I. ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
- •Раздел II. КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
- •ВВЕДЕНИЕ
- •РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
- •МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОСНОВНЫМ ТЕМАМ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
- •1.1 Расчет схемы двухкорпусной выпарной установки
- •2. Методические указания по расчету схемы установки для разделения бинарной смеси взаимно растворимых компонентов
- •6. Методические указания по расчету компрессионной теплонасосной установки для утилизации тепла низкопотенциального источника энергии
- •7. Требования по оформлению курсового проекта
- •Приложение А
- •Образец оформления обложки курсового проекта
- •Приложение Б
- •Образец оформления титульного листа курсового проекта
- •Приложение В
- •Образец заполнения основной надписи на графической части курсового проекта
- •Глава IV. КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ
- •1. Перечень вопросов, выносимых на экзамен по учебной дисциплине «Проектирование, монтаж и эксплуатация теплотехнологического оборудования» I часть
- •2. Тематика задач, выносимых на экзамен по учебной дисциплине «Проектирование, монтаж и эксплуатация теплотехнологического оборудования» I часть
- •4. Тематика задач, выносимых на экзамен по учебной дисциплине «Проектирование, монтаж и эксплуатация теплотехнологического оборудования» II часть
182
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОСНОВНЫМ ТЕМАМ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
|
1. Методические указания по расчету схемы установки концентриро- |
|||||||||
вания водных растворов веществ |
|
|
|
|
|
|
У |
|||
|
Задание |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Рассчитать выпарную установку с одинаковыми поверхностями нагрева |
|||||||||
корпусов для упаривания водного раствора вещества при следующих исходных |
||||||||||
данных: |
|
|
|
|
|
|
Н |
|
||
- |
вид раствора; |
|
|
|
|
|
Б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
- |
производительность установки Gк (или Gо); |
|
|
|
|
|||||
- |
начальная концентрация раствора bо; |
й |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
||
- |
конечная концентрация раствора bк; |
|
|
|
|
|
|
|||
- |
давление греющего пара р; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
давление в барометрическом конденсато е рк; |
|
|
|
|
|||||
- |
го |
|
|
; |
|
|
|
|
||
расход экстрапара из перв |
|
к пуса ε1 |
|
|
|
|
||||
- |
т |
раt . |
|
|
|
|
|
|
||
начальная темпера ура рас в |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.1 Расчет схемы двухкорпусной выпарной установки |
|
|
|||||||
|
з |
подогревается в двух подогревателях (рису- |
||||||||
|
Раствор перед выпаркой |
нок 1.1): в перв м – экстрапаром первого корпуса, во втором – острым паром до |
|||||||
тем ературы кипения раствора в первом корпусе. Установка работает без пере- |
|||||||
пуска и |
ореохлаждения конденсата. |
|
|
|
|
|
|
Количпство раствора, поступающего на выпарку, |
|
||||||
е |
G |
o |
= G |
|
bк |
. |
(1.1) |
|
|
||||||
Р |
|
|
к b |
|
|||
|
|
|
|
о |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Количество воды, выпаренной в установке, |
|
||||||
|
W =Go −Gк . |
(1.2) |

|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
183 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ω = |
|
W . |
|
|
|
|
|
(1.3) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Gо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Теплоемкость раствора, поступающего на выпарку, |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
с |
о |
= ссухbо +своды 100 −bо |
, |
|
|
|
(1.4) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
где |
ссух – теплоемкость сухого вещества; своды – теплоемкость воды; |
bо – |
|||||||||||||||||
начальная концентрация раствора. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ε1 |
|
|
р1 , θ1 |
|
рк , θ2 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вторичный пар |
вторичный пар |
В конденсатор |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
греющий пар, Р |
|
I |
|
|
|
|
II |
|
|
Т |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Неконцентрированный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Концентрированный |
|
|
|||
|
|
|
раствор Gо, bо, t′о |
|
tх |
|
|
tо |
|
|
|
t1 |
|
|
раствор Gк, bк |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
конденсат |
|
|
конденсат |
|
|
конденсат |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Б |
|
|
|
||
|
|
Рисунок 1.1 - Схема двухкорпусной прямоточной выпарной |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
й |
|
|
|
|
|
||
|
Количество теплоты, |
|
|
|
|
|
|
в подогреватель с экстрапаром, |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
установки |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q = ε1 r , |
|
|
|
|
|
(1.5) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
где |
r – теплота паро браз вания экстрапара, определяемая из таблиц тер- |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
поступающее |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
модинамических свойс в воды и водяного пара [9] по давлению в корпусе. |
|
|||||||||||||||||||
|
Для |
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
я давлен |
я в корпусах находится перепад давлений, прихо- |
||||||||||||||||
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
дящийся на дин корпус, по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
з |
|
|
|
|
|
р− р |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
определен |
|
|
|
|
|
р |
к , |
|
|
|
|
|
(1.6) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
n |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
р – давление греющего пара; рк – давление в последнем корпусе; |
n – |
|||||||||||||||||
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
число корпусов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Р |
Тогда давление в первом и во втором корпусах будет |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
= р− |
|
р; |
|
|
|
|
|
(1.7) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р2 = р1 − |
р = рк. |
|
|
|
|
|
(1.8) |
184
Температура раствора tх после подогревателя экстрапаром определяется из уравнения теплового баланса подогревателя
|
|
|
|
|
|
|
|
|
со tх −tо = ε1 r η, |
|
|
|
|
|
|
(1.9) |
|||||||||||||
|
где η - коэффициент сохранения тепла подогревателем (η = 0,95…0,98); |
||||||||||||||||||||||||||||
откуда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
х |
= t |
о |
+ |
ε1 r η |
|
|
|
|
|
Т |
(1.10) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
Н |
|
|
||
|
Количество воды, выпаренной во втором корпусе, |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ω |
= |
ω- ε1 |
. |
Б |
|
|
(1.11) |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Количество воды, выпаренной в первом корпусе, |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
й |
|
|
|
|
(1.12) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ω = ω−ω . |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Концентрация раствора в первом корпусе |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
= |
|
bo |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1.13) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
bo |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
и1- ω |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
т |
р |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
То же во втором корпусе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
b2 = |
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
(1.14) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1- ω |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Теплоемкость раствора в первом корпусе |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
втором |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
з |
с |
= |
|
ссухb1 |
+своды 100 −b1 |
. |
|
|
|
(1.15) |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
же |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
в |
корпусе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Р |
То |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
п |
|
с |
2 |
= |
ссухb2 |
+своды |
100 −b2 |
. |
|
|
|
(1.16) |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По справочным материалам [2, 7] и найденным концентрациям предварительно определяются температуры кипения раствора по корпусам и физические параметры раствора, которые можно свести в таблицу 1.1.

185
Таблица 1.1 – Основные теплофизические параметры воды и водного раствора по корпусам выпарной установки
|
|
|
|
|
Наименование параметра |
|
|
I корпус |
II |
корпус |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
вода |
раствор |
вода |
|
раствор |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Плотность ρ, кг/м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У |
||||||||
|
|
|
Удельная теплоемкость при посто- |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Т |
|
||||||||||||||
|
|
|
янном давлении с, кДж/(кг К) |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
Кинематическая вязкость ν 106, м2/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
Коэффициент теплопроводности λ, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
Вт/(м К) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Б |
|
|
|
|
|
|
Находятся значения температурных депрессий: |
Н |
|
|
|
||||||||||||||||||
- физико-химической |
∆1 |
в зависимости от концентрации и с учетом давле- |
||||||||||||||||||||
|
h/2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кип |
|
|
|
|
|
|
|
|||
ния; |
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
1 |
|
|
1 |
р |
|
|
- гид остат ческойй∆2, определяемой условно на по- |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ловине высоты h |
ятильных труб выпарного аппа- |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рата |
ая п едварительно принимается. Для этого |
|||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
2 |
р′ |
|
|
|
, к т |
|||||||||||
|
h/2 |
|
|
|
|
|
|
|
по давлению в аппарате р находится температура ки- |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
з |
пен я раствора в сечении 1-1 tкип1 (рисунок 1.2). Уве- |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
Рисунок 1.2 – К опре- |
|
л чение давления на половине высоты трубок с уче- |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
гидростат |
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
делению |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
ческ й температурнойи |
паронаполнения |
ε = 0,4…0,6 |
определяется |
по |
|||||||||||||||||
|
|
депре |
|
|
|
том |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ссии |
|
|
|
|
р = 1 h g ρ (1−ε) и давление в сечении |
|
|||||||||
е |
|
|
|
|
|
|
|
формуле |
2-2 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
р |
′ |
= р+ |
|
|
. По давлению р′ находится температура кипения раствора в сече- |
|||||||||||||||||
Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нии 2-2 tкип2. Гидростатическая депрессия ∆2 = tкип2 - tкип1; |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
- гидравлическую депрессию ∆3 |
|
можно принять 0,5…1,0 оС для каждого |
||||||||||||||||||||
корпуса установки; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- суммарная температурная депрессия ∆ = ∆1 + ∆2 + ∆3. Полная разность температур в установке

186 |
|
tполн = tп −θ2 , |
(1.17) |
где tп – температура греющего пара (в первом корпусе), θ2 – температура вторичного пара второго корпуса.
Полезная разность температур в установке
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
У |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tполезн = |
|
|
tполн − |
∑ |
i , |
|
|
(1.18) |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i =1 |
|
|
|
|
|
|
|
где n – число корпусов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для выполнения условия одинаковой поверхности нагрева корпусов долж- |
|||||||||||||||||||||||||||||||
но соблюдаться равенство |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t2 |
= |
|
к1 |
|
Q2 |
, |
|
|
|
|
|
(1.19) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t1 |
|
|
|
к2 |
|
|
Q1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
где ∆t1 и ∆t2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
й |
|
и к2 |
- коэф- |
|||||||||
|
- полезная разность температурБпо корпусам; к1 |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
фициент теплопередачи в корпусах; Q1 |
|
|
Q2 |
- тепловая нагрузка по корпусам. |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Q2 |
|
|
ω2 |
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Можно принять |
|
= |
|
|
, а отношен е коэффициентов теплопередачи по |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Q |
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
ω |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к |
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
опытным данным |
1 |
= 2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
к2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
з |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Таким образом, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
t2 |
|
= 2 |
ω2 |
|
|
|
|
|
|
|
(1.20) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
ω |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
tполезн = |
|
t1 + |
t2 . |
|
|
|
|
|
(1.21) |
||||||||||||||
Р |
Р шая уравнения (1-20) и (1-21), находятся значения полезной разности |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т мп ратур по корпусам. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к вертикальной |
|||||||||||||||||||||||||||||||
стенке труб кипятильника выпарного аппарата |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ρ2 g λ3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
α =1,15 4 |
|
4 |
|
|
|
r |
|
|
|
, |
|
(1.22) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h(tн −tст) |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
μ |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|

187
где ρ, λ, µ - плотность, коэффициент теплопроводности и кинематическая вязкость конденсата; g – ускорение свободного падения; r – теплота парообразования (конденсации); h – высота труб; tн - температура насыщения при давлении пара; tст – температура наружной поверхности труб кипятильника.
Разностью температур t = tн −tст |
необходимо предварительно задаться (с |
последующей проверкой). |
У |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
λ1,3 |
ρ0,5 |
|
ρ0,06 |
|
|
Т |
||||||||||
|
|
|
|
α |
2 |
= 780 q0,6 |
|
|
|
|
|
р |
|
|
р |
|
|
п |
|
|
|
|
|
, |
|
(1.23) |
|||
|
|
|
|
0,5 |
0,6 |
|
0,66 |
|
0,3 |
0,3 |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
σр |
|
rв |
|
ρо |
|
|
ср |
|
μр |
|
|||||||||
|
где λр, ρр, σр, ср, µр – соответственно, |
коэффициент теплопроводности, |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Б |
|
|
||
плотность, поверхностное натяжен е, теплоемкость и динамическая вязкость |
|||||||||||||||||||||||||||||
раствора при соответствующей концент ацй; ρп – плотность вторичного пара |
|||||||||||||||||||||||||||||
при давлении в аппарате; ρ – плотностьиаствора на входе в аппарат; rв – теп- |
|||||||||||||||||||||||||||||
лота парообразования |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при давлении в аппарате. |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
пара |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Расчет α2 при вынужденн м движении раствора (в аппарате с принуди- |
||||||||||||||||||||||||||||
тельной циркуляц ей) пр |
го |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
веден в [2]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
вторичн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к кипящему рас- |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
твору с учет м термического сопротивления накипи |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
з |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
о |
|
|
к = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
(1.24) |
||||
|
|
|
|
1 |
|
+ |
δст |
+ |
δн |
+ |
1 |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
α |
|
|
|
|
α |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
λ |
ст |
λ |
н |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t = tн −tст |
. Из уравне- |
|||
|
Пров ряется принятая ранее разность температур |
||||||||||||||||||||||||||||
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент теплоотдачи α2 от внутренней поверхности труб к кипящему раствору при естественной циркуляции раствора можно определить по формуле
ния
соответствующем корпусе выпарной установки.
Удельный (на 1 кг неконцентрированного раствора, поступающего на выпарку) расход греющего пара на первый корпус установки
188
|
|
|
|
|
d |
= |
ω−co y2 +ε1 z2 |
, |
|
|
|
|
|
(1.25) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
x2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
где x2, y2, z2 – коэффициенты, которые определяются по формулам, приве- |
|||||||||||||||||||||||
денным в таблицах 2-5 и 2-6 [2]: |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
x2 = 2 −β2 |
св +σ2 ; |
|
|
Т |
|
(1.26) |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
y2 = 2β1 +β2 ; |
|
|
|
(1.27) |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
=1, |
|
|
|
|
|
Н |
|
|
(1.28) |
|||||
|
здесь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
β1 = |
|
|
tо −t1 |
; |
|
|
|
|
(1.29) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
i1′′ −cвt1 |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
β |
|
= |
|
|
t1 |
−t2 |
; |
|
Б |
|
|
|
(1.30) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
и |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′′ |
−cвt2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
σ |
|
= |
|
|
τ |
1 |
−τй |
|
|
|
|
(1.31) |
||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
′′ |
|
2 . |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
о |
|
i2 −cвt2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Если раствор поступает в пе вый ко пус предварительно подогретым до |
|||||||||||||||||||||||
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
температуры кипения, |
|
о t |
= t1 |
и β1 |
= 0. Так как установка работает без пере- |
|||||||||||||||||||
пуска конденсата, то σ2 |
|
= 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
з |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
св |
– теплоемкость воды, i1 и i2 |
- эн- |
|||||||||
|
В выражениях (1.26), (1.29) – (1.31) |
|||||||||||||||||||||||
|
Полныйрасход пара |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′′ |
′′ |
|
|||
тальпия вт ричн го пара в первом и втором корпусе, соответственно, |
t1 |
и t2 - |
||||||||||||||||||||||
тем ература ки ения раствора в соответствующем корпусе. |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
Р |
п |
|
|
|
|
|
|
D = d1 Gо. |
|
|
|
|
|
|
|
(1.32) |
||||||||
еУточняется количество выпаренной воды. Количество воды, выпаренной в |
||||||||||||||||||||||||
первом корпусе на 1 кг раствора, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
ω1 = d1 α1 +co β1. |
|
|
|
|
|
(1.33) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
189 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Так как α1 = 1; β1 = 0, то ω1 = d1 |
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W1 = ω1 Gо = d1 Gо. |
|
|
|
|
|
|
(1.34) |
||||||||
|
Количество воды, выпаренной во втором корпусе на 1 кг раствора, посту- |
|||||||||||||||||||||||
пающего на выпарку |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
ω2 = ω1 - ε1 + co −cв ω1 β2 , |
|
|
|
|
|
(1.35) |
||||||||||
|
т.е. |
|
|
|
|
|
|
|
|
W2 |
= ω2Gо |
|
Н |
|
(1.36) |
|||||||||
|
Общее количество воды, выпаренной во всей установке, |
Т |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W =W1 +W2 . |
Б |
(1.37) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
Сравнить с ранее определенной величиной. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
й |
|
|
|
|
|
|
|||
|
Проверяется количество тепла, переданное в отдельных корпусах: |
|
||||||||||||||||||||||
- в первом корпусе |
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q1 |
= d1 ro , |
|
|
|
|
|
|
(1.38) |
||||||
|
где rо |
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
– теплота парообразован я г еющего пара; |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
- во втором корпусе |
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
т |
q2 |
= ω1 −ε1 r1, |
|
|
|
|
|
|
(1.39) |
|||||||||
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
где r1 |
– теплота парообразования вторичного пара первого корпуса. |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
з |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q2 |
|
|
|||||
|
|
о Q1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и сравнивает- |
||||||||
|
Определяется отношен е полученных количеств теплоты |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q |
|
|
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|||
ся с ринятым ранее |
Q2 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пров ряются полученные концентрации раствора: |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
- в п рвом корпусе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b1 = |
|
o |
; |
|
|
|
|
|
|
(1.40) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1−ω1 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
- во втором корпусе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
= |
bo |
|
|
|
|
|
|
|
(1.41) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
1−ω |
|
|
|
|
|
|
|
190
|
с ранее принятыми. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Поверхность нагрева выпарных аппаратов: |
|
|
|
|||||||||||||||
- первого корпуса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
F = |
q1 Go |
|
; |
|
|
(1.42) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
к |
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
||||
- второго корпуса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
F |
= |
q2 Go |
. |
|
|
(1.43) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
к |
2 |
t |
2 |
|
|
|
|
У |
|
|
Проверяется условие примерного равенства этих поверхностейТ. |
||||||||||||||||||
|
По ГОСТ 11987-81 [5] выбирается стандартный выпарной аппарат на каж- |
||||||||||||||||||
дую ступень выпаривания. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Выбираются теплообменные аппараты, включенные в схему выпарной ус- |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Б |
|
|
тановки (рисунок 1.1), вспомогательное оборудование (насосы, конденсатоот- |
|||||||||||||||||||
водчики, барометрический конден |
|
|
|
) [5].й |
|
|
|||||||||||||
|
Рассматриваются вопросы ационального использования теплоты конден- |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
||||||||
сата, вторичного пара перв |
и вт |
|
го ко пусов. |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
сатор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
1.2 Определен е оп |
мального |
числа ступеней многокорпусной выпар- |
||||||||||||||||
ной установки |
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Многоступенчатое выпаривание (рисунок 1.1) дает значительную эконо- |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
мию |
|
в й энергии. Ориентировочно расход греющего пара в выпарной ус- |
|||||||||||||||||
|
|
|
з |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
тановке с n к рпусами: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
тепл |
|
|
|
D = |
W |
, |
|
|
|
|
(1.44) |
|||||||
|
|
|
|
ηn |
|
|
|
|
|||||||||||
|
W – общее количество выпаренной воды во всех корпусах установки; |
||||||||||||||||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
η – коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду, недоис- |
|||||||||||||||||||
Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пользование энергии конденсата, а также увеличение теплоты парообразования с понижением давления. Для 3-ех и 4-ех корпусных установок η 0,85.

191
С увеличением числа корпусов снижается расход свежего греющего пара на установку (формула 1.44). Однако удельная экономия теплоты уменьшается с увеличением числа корпусов. В то же время удлиняется схема, повышается стоимость установки, усложняется обслуживание ее.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У |
|
|
|
Упрощенно представив экономические затраты на процесс выпаривания в |
|||||||||||||
виде трех составляющих: 1 - стоимость тепловой энергии (пара), 2 - затраты на |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
обслуживание, 3 - амортизационные отчисления, можно суммарные затраты на |
||||||||||||||||
выпаривание в установках с различным числом ступеней представить в виде |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
графика 4 (рисунок 1.3). |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
руб |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Б |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
Расход пара (линия 1) с ростом числа ступе- |
|||||||
|
Затраты, |
|
|
|
|
|
ней снижается, затраты наНобслуживание (линия |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2) практически не изменяются, амортизационные |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
возрастают пропорционально |
||||
|
|
|
1 |
|
|
3 |
|
расходы (л н я 3) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
числу ступенейй(ка·К), где К – величина едино- |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
в еменных капвложений, а ка – коэффициент от- |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
числений на амортизацию. Суммарные затраты |
||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(линия 4) имеют минимум, который для реальных |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 n |
современных выпарных установок соответствует |
|||||||||||
о |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
Рисунок 1.3 – Завис мость вел ч ны |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
затрат от числа ступеней (корпусов) |
3…4 ступеням выпаривания. |
|
|||||||||||||
|
|
|
жно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Эк н мическииптимальное число корпусов многокорпусной выпарной ус- |
|||||||||||||
|
|
|
п |
знайти по минимуму приведенных затрат, которые определяют |
||||||||||||
тановки м |
|
|||||||||||||||
по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Р |
|
|
|
|
|
П = |
К |
+ Э, руб , |
|
|
(1.45) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Тн |
год |
|
|
|
|||||
|
гдеК |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
– |
капитальные затраты, |
руб.; Э |
– |
эксплуатационные затра- |
|||||||||||
ты, руб./год; |
Тн – нормативный срок |
окупаемости, |
который можно принять |
|||||||||||||
равным 5 годам. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
Капитальные затраты, зависящие от числа корпусов n, складываются из |
|||||||||||||
стоимости всех корпусов, |
подогревателя исходного раствора, вакуум-насоса, |
192
арматуры, трубопроводов, КИП и вспомогательного оборудования, а также затрат на доставку и монтаж оборудования, устройство площадки, фундамент
здания и пр. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С увеличением n наиболее существенно возрастает стоимость самих кор- |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У |
пусов вследствие роста температурных потерь во всей установке и непропор- |
||||||||||
ционального уменьшения полезной |
разности |
температур, приходящейся на |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
один корпус. Растут также затраты на арматуру, трубопроводы, КИП и вспомо- |
||||||||||
гательное оборудование, а также затраты на доставку и монтаж оборудования. |
||||||||||
Эти затраты в совокупности составляют ~ 60–80 % от стоимости корпусов. |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Б |
|
|
Другие слагаемые капитальных затрат изменяются с ростом числа корпу- |
|||||||||
сов менее значительно, и при минимизации приведенныхНзатрат их можно не |
||||||||||
учитывать. В частности, стоимости подогревателя и насоса увеличиваются, так |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
||
как с увеличением n растут температура |
давление в первом корпусе. Стоимо- |
|||||||||
|
|
|
|
|
тора |
вакуумй-насоса уменьшаются, так как |
||||
сти же барометрического конденса |
|
|||||||||
уменьшается количество |
вторичного |
па |
в последнем корпусе. |
|||||||
|
|
|||||||||
|
Эксплуатационные расх ды Э включают годовые амортизационные отчис- |
|||||||||
ления и затраты на ремонт, пределяемые в долях от капитальных затрат коэф- |
||||||||||
фициентами Ка |
Кр, а акже за раты на пар и электроэнергию. Для прибли- |
|||||||||
|
|
|
т |
|
|
-1 |
|
|
–1 |
|
женных расчетов можно пр нять Ка = 0,1 год |
и Кр = 0,05 год . |
|||||||||
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Наиб льшие |
атратыиприходятся на греющий пар D, подаваемый в первый |
||||||||
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
корпус устан вкизи в подогреватель Dп, |
причем с увеличением n достигается |
|||||||||
существенная |
экономия лишь пара на выпаривание, а расход пара на подогрев |
|||||||||
|
|
|||||||||
исходного раствора до температуры кипения даже несколько возрастает за счет |
||||||||||
Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ув лич ния давления в первом корпусе.
асходы на электроэнергию в прямоточных установках (рисунок 1.1) с естественной циркуляцией незначительны (только на подачу раствора в первый корпус и поддержание вакуума), мало зависят от числа корпусов и в расчетах приведенных затрат с целью оптимизации могут не учитываться.
193
Для анализа влияния числа ступеней на суммарную величину поверхности нагрева, а, следовательно, и на стоимость установки рассмотрим две выпарные установки равной тепловой производительности: одноступенчатую и многоступенчатую с равными поверхностями нагрева в каждой ступени. Пусть указанные установки работают в одинаковых условиях по параметрам греющего и
вторичного пара, покидающего выпарную установку. Для простоты анализа |
|||||||||||||||||||||||
предварительно примем, что коэффициенты теплопередачи в одноступенчатой |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У |
установке и в каждом аппарате многоступенчатой установки одинаковы, Кроме |
|||||||||||||||||||||||
того будем полагать, что температурные потери в установках отсутствуют. |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
||
|
Тепловая нагрузка одноступенчатой установки выразится уравнением |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q1 |
= k1F1∆t1, |
|
Н |
(1.46) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Б |
|
|
|||||||
|
а многоступенчатой установки |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
й |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
QΣ = |
|
kiFi∆ti |
, |
|
|
|
(1.47) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∑ |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
и=1 |
|
|
|
|
|||
|
где k |
и k |
i |
- коэффициен |
|
репл передачи, Вт/(м2·К); |
F |
и F |
- поверхно- |
||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
полезные |
|
|
|
|
|
1 |
i |
|||||
сти нагрева, м2; |
∆t |
|
∆t |
i |
- |
разности температур, |
оС. Индекс 1 отно- |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
сится к одноступенчатой выпарной установке, а индекс i – к аппаратам много- |
|||||||||||||||||||||||
ступенчат й устан |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
вки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
з |
|
Fi |
= idem , поэтому уравнение (1.47) можно записать в |
||||||||||||||||
|
По усл вию ki |
= k1 |
; |
|
|||||||||||||||||||
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q = k F |
n |
∆t , |
|
|
|
|
(1.48) |
||||
виде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∑ |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Σ |
|
i ii =1 |
i |
|
|
|
|
|
|||
Р |
Так как параметры греющего и вторичного пара, покидающего выпарную |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
установку, одинаковы, а температурные потери отсутствуют, то общие полезные перепады температур в указанных установках равны между собой, т.е.
194
n
∑ ∆ti = ∆t1 . Кроме того, по условию Q1 = QΣ , сравнивая уравнения (1.46) и
i =1
(1.47), с учетом вышесказанного получим
|
|
|
|
Fi = F1 |
|
|
|
(1.49) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У |
|
|
т.е. при принятых условиях поверхность нагрева каждой ступени много- |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
|
|
ступенчатой выпарной установки равна поверхности нагрева одноступенчатой |
|||||||||||
установки одинаковой тепловой производительности. Суммарная поверхность |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
|
всех ступеней многоступенчатой установки при равной поверхности нагрева |
|||||||||||
каждой ступени составит |
|
|
|
|
Б |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
n |
|
F = n F , |
|
|
|
(1.50) |
|
|
|
|
|
∑ |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
i =1 |
i |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
||
|
где n - число ступеней многоступенчатой выпарной установки. |
|
|||||||||
|
При выводе формулы (1.50) было п |
йнято, что коэффициенты теплопере- |
|||||||||
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
дачи в каждой ступени многоступенчатой установки одинаковы. |
|
|
|||||||||
|
|
|
гут |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Однако такие условия м |
рбыть только при выпарке однокомпонентных |
|||||||||
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
жидкостей, физические параме ры к торых не изменяются в процессе испаре- |
|||||||||||
|
|
|
з |
|
|
|
|
|
|
|
|
ния. При выпарке рас воров коэффициенты теплопередачи сильно зависят не |
|||||||||||
только от фи ической пр роды |
растворителя и растворенного вещества, но и |
||||||||||
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
от концентрации выпариваемого раствора. |
|
|
|
|
|
||||||
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В кажд й ступени многоступенчатой установки устанавливается опреде- |
||||||||||
нное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
л |
значение коэффициента теплопередачи, соответствующее концентрации |
||||||||||
Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
раствора в данной ступени. Если число ступеней уменьшить, то соответственно в оставшихся ступенях повышается концентрация раствора и понижается коэффициент теплопередачи. Следовательно, для поддержания заданной производительности при данной полезной разности температур уменьшение числа ступеней должно компенсироваться некоторым увеличением поверхности нагрева оставшихся ступеней. Но, с другой стороны, уменьшение числа ступеней

195
приводит к снижению температурных потерь в установке, т.е. ведет к некоторому увеличению полезной разности температур при заданной располагаемой разности. Таким образом, связь между поверхностью нагрева одноступенчатой установки и суммарной поверхностью нагрева многоступенчатой установки
равной производительности может быть выражена уравнением |
У |
|||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
F = χ n F , |
|
|
|
Т |
(1.51) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∑ |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i =1 |
|
i |
|
1 |
|
|
Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
где χ - поправочный коэффициент. В общем виде невозможно дать мето- |
|||||||||||||||||||
дику определения поправочного коэффициента |
Б |
|
|
|
||||||||||||||||
χ . При предварительных расче- |
||||||||||||||||||||
тах принимается χ = 1. |
|
|
|
|
|
|
|
й |
|
|
|
|
|
|||||||
|
Введем следующие обозначения для одноступенчатой выпарной установ- |
|||||||||||||||||||
ки, схема которой представлена на р |
|
и |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
сунке 1.4: |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
W, i”1, θ1 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
D, i”гр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок |
|
|
|
|
|
|
G1, b1, t1, c1 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
Go, bo, to, co |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
з |
|
|
|
|
|
|
i’гр |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
о |
|
1.4 – Принципиальная схема одноступенчатой вы- |
|
|
|
|||||||||||
|
п |
|
парной установки с характерными параметрами |
|
|
|
||||||||||||||
|
– расх д раствора, поступающего в аппарат и выходящего из не- |
|||||||||||||||||||
|
Go |
и |
G1 |
|||||||||||||||||
щей |
W – расход вторичного пара, кг/ч; bo, b1 – концентрация раствора, %; |
|||||||||||||||||||
го, кг/ч; |
|
|||||||||||||||||||
Р |
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
to, t1 – т мпература раствора, |
|
С; сo, |
с1 – теплоемкость раствора, соответствую- |
|||||||||||||||||
|
концентрации, кДж/(кг·К); i"гр, tгр – энтальпия и температура греющего |
|||||||||||||||||||
пара, кДж/кг и оС; i'гр – энтальпия конденсата греющего пара, кДж/кг; i"1, θ1 – |
||||||||||||||||||||
энтальпия и температура вторичного пара, кДж/кг и |
|
С. |
|
|
|
Система уравнений материального баланса
196
|
|
|
|
|
|
W = G −G |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
o |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
(1.52) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
G b −G b |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
o o |
|
|
|
1 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
позволяет найти недостающие расходы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Принимаем, |
что в выпарной аппарат поступает раствор, доведенный до |
|||||||||||||||||||||
температуры кипения to, зависящей от концентрации раствора bo. |
У |
|||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||
Уравнение теплового баланса выпарного аппарата без учета тепловых по- |
||||||||||||||||||||||
терь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
|
|
|
|
|
Q + Go co to =W i1′′ + G1 c1 t1, |
|
|
Т |
(1.53) |
||||||||||||||
где Q – расход теплоты с греющим паром. |
Б |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
Откуда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
й |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q =W |
|
(i1′′ − c1 t1)− |
|
|
o |
(co to |
− c1 t1) |
|
|
(1.54) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
рQ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
о |
|
|
|
W |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Необходимая поверхность наг еваиаппарата |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
(1.55) |
|||
|
|
|
|
|
|
F = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
з |
|
|
k1 t |
гр − t1 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
k1 - коэфф ц ент теплопередачи от греющего пара к кипящему рас- |
||||||||||||||||||||||
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
твору, Вт/(м2·К). |
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
С учет м выражения (1.54) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
G |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
W |
|
(i1′′ − c1 t1)− |
|
|
o |
|
(co to |
− c1 t1) |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
W |
|
|
|
||||||||||||||||
е |
|
|
F = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
(1.56) |
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
− t |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
t |
гр |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
РСуммарная поверхность нагрева многоступенчатой выпарной установки в |
соответствии с формулой (1.51)
n
i ∑=1Fi
|
|
|
197 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G |
|
|
|
|
|
W |
|
(i1′′ − c1 t1)− |
|
o |
(co to |
− c1 t1) |
|
||||
|
W |
|
|||||||||
= χ n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1.57) |
|
|
k |
|
|
|
−t |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
t |
гр |
|
|
|
||||
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
Индекс 1 указывает на то, что данный параметр относится к одноступенчатой установке, которая по производительности эквивалентна рассматриваемой
многоступенчатой выпарной установке. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
|
Параметры вторичного пара и раствора в последней ступени многоступенУ- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
чатой установки будут такими же, как и в сравниваемом одноступенчатом ап- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
парате. Следовательно, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
й |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
′′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
o |
(co to |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W |
(in −cn tn )− |
|
W |
|
−cn tn ) |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
∑ |
Fi = χ n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Б |
, |
(1.58) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
i =1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
n |
t |
гр |
−t |
n |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
где |
cn и |
tn |
- теплоемкость |
|
аство а |
|
|
его температура кипения в послед- |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
о |
С; |
|
|
|
|
|
- энтальпия вторичного пара по- |
|||||||||||||||
ней ступени выпаривания, кДж/(кг·К) и |
|
|
|
in |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
следней ступени, |
кДж/(кг·К); |
kn - к эффициент теплопередачи в последней |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
o |
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
з |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
ступени, Вт/(м2·К). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Теплоемкость раствора |
сходного и в последней ступени выпаривания в |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
зависим сти |
т к нцентрации b |
|
и b , %, определяется по формулам |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
о |
|
c |
= c |
|
|
|
bo |
|
|
+c |
|
|
|
|
|
|
|
100 −bo |
, |
|
(1.59) |
|||||||||||
|
|
|
|
сух 100 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
o |
|
|
|
|
воды |
|
100 |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
bn |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 −bn |
|
|
|
|
|||||
е |
|
|
|
|
|
|
cn = cсух |
|
|
+cводы |
|
|
, |
|
(1.60) |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
100 |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
где |
|
c |
сух |
и |
c |
воды |
- теплоемкость растворенного сухого вещества и воды, |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
соответственно, кДж/(кг·К).
198
Если последняя ступень работает под вакуумом, то расход охлаждающей воды на барометрический конденсатор, определяется из уравнения теплового баланса
|
|
|
|
Wn in + G cв tв |
= G +Wn cв |
tв , |
|
|
|
|
|
(1.61) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
′′ |
|
′ |
|
|
|
|
|
′′ |
|
|
|
|
|
|
|
откуда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
′′ |
|
′′ |
|
|
′′ |
|
|
′′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G = |
Wn in |
− cв tв |
|
= |
W in − cв |
tв |
, |
Н |
|
|
(1.62) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
cв(tв′′ − tв′ ) |
|
|
n cв(tв′′ − tв′ ) |
У |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
где |
cв - теплоемкость воды, можно принять |
Б |
|
|
tâ |
и tâ - |
|||||||||||||||
cв |
= 4,19 |
кДж/(кг К); |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
′ |
′′ |
|
температура охлаждающей воды на входе и выходе из конденсатора, оС. |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
й |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
В результате величину приведенных затрат с учетом слагаемых, сущест- |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
nвыпаривания |
, можно представить следую- |
||||||||||||
венно зависящих от числа ступеней |
|
|
|
||||||||||||||||||
щим выражением: |
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
руб/год, |
|
|
|
(1.63) |
|||||||
|
|
|
П |
= Цп D |
τ + Ца |
∑ Fi + Цв G τ , |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
и |
|
|
i =1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Цп и |
Цв - цена на греющий пар и охлаждающую воду, руб/кг; |
Ца - |
|||||||||||||||||||
|
|
|
з |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
отчисления на аморт |
тзац ю, ремонт, обслуживание установки в расчете на |
||||||||||||||||||||
1 м2 поверхности нагрева, руб/(м2·год); |
D – расход пара на многокорпусную ус- |
||||||||||||||||||||
тановку, кг/ч; |
τ - число часов использования установки, ч/год. |
|
|
|
|
||||||||||||||||
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ние |
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Подставляяозначения D , |
∑ |
F |
и |
G из уравнений (1.44), (1.58) и (1.62) в |
|||||||||||||||||
Р |
|
|
|
|
|
i =1 |
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1.63), получим, руб/год: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
уравн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|

|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
199 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
П = Цп |
|
|
|
W |
|
τ |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
0,85 n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− cn tn )− |
|
G |
|
|
|
(co to − cn |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′′ |
|
|
o |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W (in |
|
W |
|
tn ) |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
+ Ц |
а |
|
χ n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
(1.64) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
− t |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
t |
гр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′′ |
|
− cв |
|
′′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W (in |
|
|
tв) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
+ Цв |
|
n c |
в |
(t′′ − t′ ) |
τ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Для определения оптимального числа ступеней, которое обеспечиваетУми- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
нимальную стоимость выпарки, необходимо уравнение (1.64) продифференци- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ровать по n и приравнять первую производную нулю |
|
|
|
|
|
Т |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Н |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
dП |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
dn |
|
|
= −Цп |
|
|
|
τ + |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Б |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0,85 n2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
o |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W |
|
|
− cn tn )− |
|
|
|
(co to − cn |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(in |
|
W |
|
|
tn ) |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
+ Ц |
а |
|
χ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
й |
|
−, |
|
|
(1.65) |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
kn |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tгр − tn |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′′ |
|
|
− cв |
′′ |
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
− Ц |
|
в |
|
W (in |
|
tв)τ = 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
′′ |
|
|
р′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cв(tв |
|
− tв) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
откуда оптимальное ч сло с упеней |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
−t |
|
|
|
τ |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
t |
гр |
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
з |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
× |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
o |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
n |
|
|
= |
|
|
Ца |
|
χ |
|
|
|
|
tn )− W |
|
|
|
|
|
|
. |
(1.66) |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
пт |
|
|
|
(in −cn |
|
|
(co to −cn tn ) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′′ |
|
|
|
|
|
|
′′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Цп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(in |
−cв tв) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
× |
|
|
|
+ |
Цв |
|
c |
|
|
(t′′ −t |
′ |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0,85 |
|
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание: С учетом размерности величин, описанных выше, в подкоренное выражение формулы (1.66) необходимо добавить множителем величи-
ну 3,6.