6.1.5. Цикли стиснення вторинної пари

Випарний апарат може отримувати енергію і тепло від механічних компресорів, що використовуються в циклах стиснення пари. Прикладом може бути однокорпусна випарна установка з системою механічного стиснення,

Буряковий та тростинний цукор, -глюкопіранозил- -фруктофуранозид, С₁₂H₂₂О11 — важливий дисахарид. Побутова назва — цукор.

описана в роботі [2] і показана схематично на рис. 6.5. Вона використовується для регенерації води з промислових стічних вод з утворенням сольових шламів, придатних для подальшої утилізації.

Після підігріву дистильованою водою вихідний розчин деаерують з метою видалення повітря і двоокису вуглецю. Потім його вводять в рециркулюючий шлам, що протікає по трубному пучку, де тепло абсорбується конденсуючою гріючою парою. Випаровування в цій системі відбувається при атмосферному тиску, оскільки система має деаератор¹.

Виділена з шламу² вторинна пара перегріта завдяки підвищенню температури кипіння на ~ 2,2 °С. її стискають до тиску -120 кПа і температури 126,7 °С, а конденсується вона при температурі ~ 105,6 °С, завдяки чому на поверхні теплообміну створюється різниця температур ~ 3.3 °С. Утворений конденсат використовують для підігріву вихідного розчину.

Рис. 6.5. Однокорпусна випарна установка з системою механічного стиснення

Спосіб оцінки роботи, що виконується компресором, описаний в роз. 5 відповідно до роботи теплових насосів. Рис. 5.2 і рівняння (5.1) - (5.5) відносяться

Пристрій, що широко застосовується для видалення повітря та інших розчинених газів з живильної води перед парогенератором.

Вугілля крупністю 0—0,5 мм, одержане в результаті мокрого збагачення.

до холодоагенту¹, який рухається в замкненому циклі. У даному випадку цикл розімкнений, але використовуються ті ж рівняння. Різниця температур між джерелом і стоком тепла в випарному апараті визначається просто підвищенням точки кипіння і різницею температур на одиничній поверхні теплообміну. Тому відношення затраченої роботи до отриманого тепла буде значно нижче, ніж у звичайних системах охолодження.

Згідно з розрахунками, в описаному тут циклі стиснення вторинної пари для випаровування води при температурі 102,2 °С потрібно затратити 22.6 кДж. Відношення затраченої роботи до отриманого тепла в розглянутому процесі рівне 0,022, що відповідає 13,7 кВт/год електричної енергії на 1000 л води. З урахуванням додаткових витрат енергії на приведення в дію двигунів насосів, підвід десорбуючої пари в деаератор і теплових втрат, фактичне споживання енергії досягає 19 кВт/год на 1000 л води, що відповідає відношенню роботи до отриманого тепла, рівному 0,030.

Припускаючи, що електроенергія, необхідна для роботи апарату, виробляється за рахунок спалювання палива з термодинамічним к.к.д., що становить 32%, теплова економічність системи така, що на 1 кДж тепла, що виділяється при спалюванні палива, вода, що випаровується, отримує 10,7 кДж. Це еквівалентно отриманню більшої кількості вторинної пари, ніж цієї, що може утворюватися при пропусканні 1 кг гріючої пари через 15 корпусах звичайної випарної установки. А так як точка скорочення рентабельності досягається набагато раніше п'ятнадцятого корпуса, то можна сказати, що однокорпусний випарний апарат з циклом стиснення пара набагато економічніший від будь-якої кількості звичайних корпусів. Цього і слід було очікувати, оскільки на економічність такої системи впливає підвищення точки кипіння, причому в даному прикладі підвищення на 2,2 °С нижче, ніж у більшості інших системах.

Підведена до компресора чиста енергія врешті виводиться з випарного апа­рата у вигляді різниці фізичних теплот кінцевого продукту і вихідного розчину. Тоді без будь-яких інших джерел і стоків тепла температура кінцевих продуктів буде визначатися температурою вихідного розчину. Всмоктування в компресор відбувається при атмосферному тиску, оскільки через деаератор він пов'язаний з атмосферою. Якщо десорбційна обробка недостатня, то неконденсований газ буде впливати на теплообмін і знижувати к.к.д. циклу. Надмірна десорбційна обробка буде збільшувати втрати гріючої пари і тим самим знижувати к.к.д. циклу. Для отримання кращих характеристик слід регулювати кількість надходжуючої

Робоча речовина холодильної машини, яка при кипінні або в процесі розширення віднімаєтеплоту від охолоджуваного об'єкта і потім після стиснення передає її охолоджувальному середовищу (воді, повітрю тощо).

десорбційної пари шляхом регулювання перепаду тиску пари в деаератор, який вимірюється датчиком перепаду тиску, зображеним на рис. 3.6 та 3.7.

У деяких типах апаратів для випарювання з метою прискорення руху розчину температури повинні підтримуватися на мінімальному рівні. У цьому випадку для регулювання температури кінцевого продукту або абсолютного тиску в корпусі в цикл можна вводити додаткову кількість гріючої водяної пари.

У першому корпусі багатоступеневих випарних апаратів все більш широке застосування знаходять паростискаючі ежектори . У роботі [3] описана така сис­тема, в якій в перший корпус поступає не пара низького тиску, а пара, що має над­лишковий тиск 0,103 МПа (рис. 6.6). Ежектор стискає деяку кількість вторинної пари першого корпусу до тиску гріючої пари в паровій коробці першого корпусу подібно до того, як це робиться механічним компресором. Для одержання 1 кг грі­ючої пари з тиском 0,103 МПа потрібно 0,474 кг гріючої пари з тиском 1,14 МПа, який стискає 0,526 кг вторинної пари першого корпусу, насиченої при темпе­ратурі 82,2 ° С. На поверхні теплообміну виникає різниця температур 17,8 ° С.

Рис. 6. б. Система з додатковим паростискаючим ежектором

Представлена на рис. 6.7 діаграма тиск Р - ентальпія Е допомагає пояснити робочий процес компресора. При злитті двох потоків повинен досягатися баланс маси та ентальпії. Тому незалежно від термодинамічного к.к.д компресора, ента­льпія суміші піддається визначенню. Якщо змішування носить необоротний хара­ктер, то стиснення відбуватися не буде, а суміш буде просто перегріватися до точки А. Це невигідно для системи, так як прихована теплота суміші не відновлюється.

Якщо стиск повністю оборотний, то ентропія буде зберігатися. Баланс ентропії суміші показує, що рівноважний стан має тоді перебувати на кривій насичення в точці В, в котрій відбувається стиснення до тиску 0,21 МПа. Однак

С труминний насос для відсмоктування (при значному розрідженні) рідин, газів, пари або сипких мас за рахунок передачі кінетичної енергії від робочого середовища (що рухається) до відсмоктувального.

фактично рівноважний стан суміші досягається в проміжній між цими двома екстремумами точці С. При цьому частково зростає ентропія і суміш стає перегрітою до температури 117,2 °С.

Рис. б. 7. Діаграма тиск - ентальпія

Відповідно до представленого на рис. 6.6 балансу маси, компресор додає ще один корпус у систему. Фактично в першому корпусі досягається випарювання, еквівалентне двокорпусному в тому сенсі, що при використанні лише 0,474 кг гріючої пари в ньому виділяється 0,965 кг вторинної пари. Проте в другий корпус надходить лише 0,444 кг вторинної пари. Тоді в другому і в усіх подальших корпусах буде практично утворюватися така ж кількість вторинної пари на 1 кг гріючої пари, що і без компресора. В цілому, компресор використовується замість одного ступеня випаровування.

У промислових умовах економічність роботи такої системи нижча, ніж у простого багатокорпусного випарного апарату. Трьохкорпусний випарний апарат із компресором буде видаляти ~ 4.7 кг вторинної пари на 1 кг гріючої пари, що має тиск 1.14 МПа. Семикорпусний випарний апарат без стискування може видаляти 5.6 кг вторинної пари на 1 кг гріючої пари при тому ж тиску (табл. 6.1). Однак при визначенні оптимальної технологічної схеми будь-якого процесу повинні розглядатися багато чинників і в тому числі температурні обмеження щодо кінцевого продукту, капітальні витрати та наявність достатніх кількостей гріючої пари.