4.3.4.Многокорпусное выпаривание
Вмногокорпусном выпарной установке вторичный пар (рис 4.33 и 4.34) предыдущего корпуса используется в качестве греющего пара в последующем
корпусе. Такая организация выпаривания приводит к значительной экономии
|
|
|
|
|
греющего пара. Если принять |
D |
1 по всем корпусам, то общий расход |
|
|
|
|
|
|
|
W |
|
греющего пара на процесс уменьшается пропорционально числу корпусов. Практически, в реальных условиях такое соотношение не выдерживается, оно, как правило, выше.
Многокорпусная прямоточная выпарная установка изображена на рис.4.33.
Материальный и тепловой балансы многокорпусных установок
Уравнения материальных и тепловых балансов для многокорпусной выпарной установки представляют собой систему уравнений, записанных для каждого корпуса в отдельности. Уравнения материальных балансов позволяют определить количество испаренной воды в установке и концентрацию растворенного вещества по корпусам при условии, если задан закон распределения испаренной воды по корпусам.
Общее количество испаренной воды в установке определяется как:
|
|
|
|
xН |
|
|
|
W П LН (1 |
|
) |
(4.100) |
|
|
|
|
|
|
xК |
|
|
|
|
|
Очевидно, W П равно сумме количеств воды, выпариваемой по корпусам:
Концентрацию растворов на входе из каждого корпуса можно определить по уравнению (4.91) .
для первого корпуса:
xК1 |
LН xН |
|
(4.102) |
|
|
|
|
|
LН W 1 |
|
для второго корпуса: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x 2 |
|
|
|
LН xН |
(4.103) |
|
|
|
|
|
|
|
LH |
W 1 |
W 2 |
|
|
х n |
|
|
LH xН |
|
для n-корпуса: |
|
n |
|
(4.104) |
|
|
|
LH W i |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
Рассмотрим тепловой баланс (рис. 4.38)
Уравнение теплового баланса для n-корпуса имеет вид:
|
|
|
|
|
|
W n 1 H(n 1)Г |
Ln 1 H p(n 1) |
Ln H pn |
W n 1 H (n 1) |
W n H nВВ |
QnП |
Здесь:
|
- |
расход греющего пара для n-корпуса |
W n 1 |
|
- |
расход вторичного пара. |
W n |
|
- |
расход исходного раствора. |
L n 1 |
|
- |
расход упаренного раствора. |
L n |
|
|
|
• |
|
|
|
W , HВПn |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
QП n |
|
|
Ln-1 , Hp(n-1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Wn-1 , HГK(n-1) |
•
Ln , Hpn
Рис.4.38. Схема тепловых потоков для n-го аппарата
греющего пара.
H p(n 1) - энтальпия исходного раствора.
упаренного раствора.
H nBП - энтальпия вторичного пара.
Н ГК (n 1) - энтальпия конденсата греющего пара.
С помощью системы уравнений тепловых балансов для всех корпусов и уравнения баланса испаренной жидкости определяют расход греющего пара в первом корпусе, расходы выпаренной воды в каждом корпусе и их тепловые нагрузки.
Для определения поверхности теплопередачи корпусов необходимо знать полезную разность температур для каждого корпуса.
4.3.5. Полезная разность температур в многокорпусной установке и ее распределение по корпусам
Суммарную полезную разность температур в многокорпусной установки находят из уравнения :
Т n |
Т общ |
(4.105) |
|
|
|
|
(4.106) |
ОБЩ |
|
1 |
|
|
где Тг1 температура греющего |
пара |
в |
первом корпусе, |
Т бк температура |
вторичного пара, поступающего в барометрическую камеру.
n |
n |
n |
|
|
(4.107) |
1 |
1 |
1 |
|
Здесь ''' гидродинамическая температурная |
депрессия. |
Она вызывается |
потерей давления вторичных паров при переходе из одного корпуса в другой на преодоление гидравлических сопротивлений. Потери давления насыщенного пара влечет за собой уменьшение его температуры.
Величина ''' небольшая, обычно ее не рассчитывают, принимают для каждого аппарата ~ 1-1.50C.
Т n распределяют между выпарными аппаратами различными способами.
1 способ. Поверхности теплообмена по корпусам равны:
F1 F2 ... Fn
2 способ. Суммарная поверхность теплообмена корпусов минимальна
n
Fi min .
1
1способ.
Основное условие первого способа распределения n
соотношением (4.108). Полезная разность температур в корпусе:
Т n KFQ
Тогда суммарная разность температур:
n П1 П 2 ... Пn
Сучетом (4.110) получим:
Т П F1 QK
(4.108)
установки
(4.109)
выражается
(4.110)
(4.111)
(4.112)
Зная значение 1/F из (4.110) для первого корпуса получим:
Аналогично для второго и т.д.
Таким образом, при равенстве поверхностей теплопередачи в каждом корпусе суммарная полезная разность температур распределяется пропорционально отношению тепловой нагрузки к коэффициенту теплоотдачи в каждом корпусе.
2 способ.
Запишем уравнение (4.113) в виде:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K |
|
|
F |
|
|
|
|
|
|
TП |
|
|
|
Для нахождения минимума функции F |
|
необходимо дифференцировать |
последнее выражение по Т П , приравнивая полученные частные производные
нулю, что является необходимым условием экстремума функции. В результате получено для n-ного корпуса:
|
|
|
|
|
|
Т n |
|
Т ПН |
( |
Q n |
) |
0.5 |
|
(4.115) |
K n |
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
Q |
)0.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K |
|
При минимальной суммарной поверхности теплоотдачи многокорпусной установки общая полезная разность температур распределяется пропорционально квадрату корня из отношения тепловой нагрузки к коэффициенту теплоотдачи в каждом корпусе.
Распределение общей полезной разности температур этим способом приводит к удорожанию изготовления аппаратов и эксплуатации, но дает экономию металла.
