Лекция №03. Выпаривание лекция №3

5

Выпаривание. Лекция № 3. (21 – 23. 01. 15)

Существенным недостатком МВУ является ее громоздкость, значительная поверхность теплообмена по сравнению с однокорпусной выпарной установкой.

1.3. Выпаривание с полным тепловым насосом. Схема. Принцип действия. Расход первичного греющего пара. Мощность компрессора. Какой МВУ эквивалентна такая установка, если предположить, что на каждый кг греющего пара в этой установке приходится 0,8 кг вторичного пара. Когда выгодно использование такой установки.

Принцип действия выпарной установки с полным тепловым насосом заключается в использовании вторичного пара установки в качестве греющего пара после сжатия его (вторичного пара) в компрессоре.

На рис. 1.3. представлена схема установки.

Рис. 1.3. Схема выпарной установки с полным тепловым насосом: 1 – выпарной аппарат; 2 - турбокомпрессор.

Исходный раствор, после нагревания его от начальной температуры t_н до конечной t₀, направляется в выпарной аппарат. Здесь происходит выпаривание раствора от начальной концентрации а₀, до конечной, а₁ при температуре кипения раствора t₁. Образующийся вторичный пар сжимается в компрессоре от давления вторичного пара р до давления греющего пара р_гр. В смеси с первичным греющим паром вторичный пар после его сжатия направляется в греющую камеру выпарного аппарата. Таким образом сокращается расход первичного греющего пара за счет использования вторичного пара.

Использование такой установки экономически целесообразно при условии, если температурная депрессия кипящего раствора невелика и, следовательно, невелика степень сжатия вторичного пара в компрессоре .

Для определения потребного расхода греющего пара в установке составляют уравнение теплового баланса, в результате которого получают знакомое нам выражение

Однако в потоке греющего пара D лишь часть составляет собственно первичный греющий пар D₀, другая часть представляет собой поток вторичного пара после сжатия его в компрессоре W. Составляем уравнение материального баланса для узла смешения первичного греющего D₀ и вторичного W

, откуда

. (1.3)

Т.е. расход первичного греющего пара сокращается на величину расхода вторичного пара.

Для определения величины энтальпии греющего пара необходимо воспользоваться диаграммой «T– S» водяного пара (см. рис. 2.3).

Рис. 2.3. Построения линии сжатия вторичного пара и линии смешения вторичного пара со свежим греющим паром на диаграмме «T – S» для водяного пара: “1-2” – линия адиабатного сжатия рабочего тела (водяного пара); «1-3» - линия политропного сжатия;

«4-5-3» - линия смешения вторичного пара и сухого насыщенного свежего греющего пара;

i – энтальпия вторичного пара; h – энтальпия свежего греющего пара; - энтальпия греющего пара после смешения; - энтальпия вторичного пара после адиабатического сжатия в компрессоре; - энтальпия вторичного пара в конце политропного сжатия в компрессоре; S – энтропия.

Составляя уравнение теплового баланса для узла смешения, находят величину энтальпии греющего пара

, . (2.3)

Заметим, что поток вторичного пара определяется по формуле

.

Пусть на каждый кг греющего пара в аппарате образуется 0,8 кг вторичного пара, тогда в соответствии с формулой (1.3) D₀ = 0,2, а . Таким образом, получаем значение удельного расхода свежего греющего пара, который равен аналогичной величине для МВУ с 4-мя корпусами. Вывод: выпарная установка с полным тепловым насосом сочетает компактность и минимальную поверхность теплообмена однокорпусной установки с экономичностью МВУ с позиций удельного расхода свежего греющего пара. Однако при работе с тепловым насосом затрачивается электрическая энергия на сжатие вторичного пара в компрессоре. Стоимость компрессора соизмерима со стоимостью выпарного аппарата.

Мощность электродвигателя компрессора установки определяется формулой

, (3.3)

где - коэффициенты полезного действия, соответственно, механический компрессора, электрический электродвигателя.

Недостаток выпарной установки с полным тепловым насосом – велик срок окупаемости компрессора.

2.3. Выпарная установка с частичным тепловым насосом. Область использования. Коэффициент инжекции.

Схема выпарной установки с частичным тепловым насосом показана на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Схема выпарной установки с частичным тепловым насосом: 1 – выпарной аппарат; 2 – инжектор.

В установке с частичным тепловым насосом вторичный пар сжимается с помощью первичного греющего пара высокого давления в инжекторе. При этом может быть использована только часть вторичного пара , отсюда название установки.

Инжектор представляет собой устройство, состоящее из: сопла, камеры смешения, конфузора, диффузора. Пар высокого давления с высокой скоростью через сопло попадает в камеру смешения, где захватывает часть вторичного пара. Смесь первичного греющего пара со вторичным направляется на участок «конфузор – диффузор», где в конечном итоге происходит преобразование кинетической энергии потока в его потенциальную энергию давления. Основной характеристикой инжектора является коэффициент инжекции , представляющий собою отношение между увлеченной частью потока вторичного пара и потоком первичного греющего пара

. (4.3)

Потребный расход греющего пара определяется формулой, ранее записанной для установки с полным тепловым насосом.

Составляя уравнение материального баланса для инжектора, получим

, (5.3)

откуда потребный расход первичного (ижектирующего) греющего пара будет равен

. (6.3)

Коэффициент инжекции рассчитывается по определенной методике и колеблется в пределах от 0,5 до 1.

Использование такой установки экономически целесообразно при условии, если температурная депрессия кипящего раствора невелика и, следовательно, невелика степень сжатия вторичного пара в инжекторе (