Полезная разность температур при равной поверхности нагрева корпусов при минимальной общей поверхности нагрева
Для выполнения условия равенства поверхности нагрева корпусов, необходимо выполнение равенства (10.70)
.
Для выполнения условия минимальной суммарной поверхности нагрева необходимо выполнение равенства (10.75)
.
Сопоставив эти равенства, получим
, (10.81)
т. е.
в этом случае
.
Из уравнений (10.62) – (10.64) и (10.81) следует, что условие равенства поверхности нагрева корпусов и минимальной их суммы возможно только в том случае, когда разности температур по корпусам одинаковы. Из уравнений (10.70) и (10.71) для рассматриваемого случая имеем
, (10.82)
т. е. тепловые нагрузки корпусов должны быть прямо пропорциональны коэффициентам теплопередачи в этих корпусах. Такое условие выполнимо только в том случае, когда после каждого корпуса отбирается заданное количество экстрапара. К сожалению, данное условие трудно реализовать на практике, но если это оказывается возможным, то такой способ распределения полезной разности температур может быть наиболее целесообразным.
Распределение общего перепада давления между корпусами по заданным давлениям вторичного пара
В первом приближении (без учета гидравлической депрессии) общий перепад давлений в установке равномерно распределяют между корпусами:
, (10.83)
где
–
общий перепад давлений в установке, Па;
–
число корпусов;
–
давление греющего пара в первом корпусе,
Па;
–
давление в барометрическом конденсаторе,
Па.
Тогда давления греющего и вторичного пара по корпусам будут следующие:
первый корпус:
; (10.84)
второй корпус:
; (10.85)
третий корпус:
; (10.86)
последний корпус:
; (10.87)
в барометрическом конденсаторе
. (10.88)
По известным давлениям вторичного пара определяют его температуры, температуры кипения раствора по корпусам и используют их для расчета тепловой нагрузки выпарных аппаратов.
Этот метод применяют при предварительном расчете выпарных установок или когда по различным причинам неприемлемы другие методы расчета.
Число корпусов выпарной установки
При увеличении числа корпусов выпарной установки удельный расход греющего пара (на 1 кг выпаренной воды) уменьшается примерно следующим образом:
|
Число корпусов |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
Расход пара, кг/кг |
1,1 |
0,57 |
0,4 |
0,3 |
0,27 |
0,25 |
Из этих данных видно, что переход от однокорпусной установки к двухкорпусной позволяет сэкономить около 50 % греющего пара, а переход с пятикорпусной на шестикорпусную установку – всего около 7 %. В то же время увеличение числа корпусов установки приводит к ее удорожанию.
С другой стороны, чтобы обеспечить нормальную работу выпарных аппаратов необходимая полезная разность температур должна находиться в пределах 12 – 15 ºС , для аппаратов с естественной циркуляцией и 5 – 8 ºС, для аппаратов с принудительной циркуляцией. При меньшей разности температур выпарные аппараты работают неустойчиво или процесс выпаривания вообще прекращается. Однако увеличение числа корпусов выпарной установки приводит к увеличению суммы температурной, гидростатической и гидравлической депрессий, которая снижает величину общей полезной разности температур выпарной установки. Поэтому при увеличении числа корпусов больше некоторого допустимого предела полезная разность температур настолько уменьшится, что ее значение будет недостаточной для работы аппаратов.
На практике во многих случаях установка содержит меньшее число корпусов, чем это возможно. С увеличением числа корпусов капитальные затраты растут примерно пропорционально числу корпусов, а расходы тепла уменьшаются медленно и может случиться так, что рост капитальных затрат перекроет эффект от уменьшения расхода пара. Кроме того, при использовании многокорпусных выпарных установок возрастают также затраты на соединяющие корпуса трубопроводы и арматуру, приборы и средства автоматики, вспомогательное оборудование, здания и т. д., на электроэнергию для перекачивания раствора, обслуживание аппаратов и их ремонт. Следует также отметить, что суммарная поверхность теплообмена многокорпусной выпарной установки всегда больше поверхности теплообмена одиночного выпарного аппарата, работающего при тех же параметрах.
Поэтому для определения оптимального числа корпусов необходимо учитывать всю совокупность технических и экономических факторов. А так как стоимость пара, электроэнергии, воды и т. д. на разных предприятиях неодинакова, то и оптимальное число корпусов для конкретных предприятий может быть разным.
На практике во многих случаях, из-за малой полезной разности температур, число корпусов выпарной установки меньше оптимального. Обычно для выпаривания растворов минеральных солей с концентрацией, близкой к насыщению, или при значительной величине температурной депрессии, выпарная установка имеет 3–4 корпуса.