Многоступенчатые выпарные установки Майоров В.В Портнов В.В

	Q1	= D1r1	, Вт ;
	Q2	= D2r2	+ D1γ2r2 , Вт;	(166)
	Q3	= D3r3 + D2γ3r3 , Вт;
	Q4	= D4r4 +[D2 (1− γ2 ) + D3 ] γ4r4 , Вт;

и так далее, с корректировкой по особенностям конденсатной схемы МВУ. Приведенные уравнения соответствуют тепловой схеме МВУ на рис.11.

Здесь r1 ,r2 ,r3 ,...,rn - теплота парообразования вторичного пара в ступенях выпаривания, Дж/ кг.

Определяется по давлению вторичного пара из [3];

D1 ,D2 ,D3 ,...,Dn - расход греющего пара на каждую сту-

пень выпаривания МВУ, кг/с. Определяют:

D1 - по формулам (107), (120), (137) или (139), в зави-

симости от типа установки;

D2 = w1 − E1 ; D3 = w2 − E2 ; D4 = w3 − E3 и т.д.

Окончательно уточняются полезные разности температур по ступеням МВУ:

а) в случае выбора одинаковых поверхностей теплообмена аппаратов в каждой ступени МВУ, т.е.

F1 = F2 = F3 = ... = Fn :

93

∆t1 = ∆tпол	Q1 / K1		,	o	C;
	n
	∑(Qi / Ki )
	1
∆t2 = ∆tпол	Q2 / K2		,	o	C;
	n
	∑(Qi / Ki )
	1

и так далее для всех ступеней, где

n

∑(Qi / Ki )= Q1 / K1 +Q2 / K 2 +Q3 / K 3 +... +Qn / Kn ;

1

б) в случае выбора минимальной суммарной поверхности теплообмена выпарных аппаратов МВУ, т.е. чтобы

F1 + F2 + F3 + ... + Fn → min :

∆t1 = ∆tпол	(Q1 / K1 )0,5	,		o	C
	n
	∑(Qi / Ki )0,5
	1
∆t2 = ∆tпол	(Q2 / K2 )0,5		,	o	C
	n
	∑(Qi / Ki )0,5
	1

и так далее для всех ступеней, где

n

∑(Qi / Ki )0,5 =(Q1 / K1 )0,5 +(Q2 / K2 )0,5 +(Q3 / K3 )0,5 +...+(Qn / Kn )0,5

1

.

Проверка полученных результатов производится по соотношению

94

∆tпол = ∆t1 + ∆t2 + ∆t3 + ... + ∆tn , oC.

При расхождениях полученных здесь значений ∆tpi по каждой ступени с ранее принятыми (п. 4.2.4, формулы (26) и (27)) более ±2,5% необходимо, взяв за второе приближение расчетные значения ∆tpi , oC, произвести новый вариант расчета, предварительно задавшись новым соотношением коэффициентов теплопередачи Ki и подготовив данные для табли-

цы 1, т.е. составить таблицу температурного режима второго варианта работы МВУ и уточнить величины принятых ранее давлений пара.

Необходимо учитывать, что с изменением ∆ti , изменяются коэффициенты теплопередачи и другие величины.

4.2.8. Поверхность теплообмена выпарных аппаратов.

4.2.8.1.Выпарные аппараты

сестественной циркуляцией раствора.

После проведения всех уточнений необходимо вычислить поверхность теплообмена выпарных аппаратов каждой ступени по уравнению теплопередачи:

	F	=	Qi	, м2 ,	(167)
	i		Ki ∆ti
где Qi	- тепловая нагрузка ступени выпаривания, Вт;
Ki	- коэффициент теплопередачи в аппаратах ступени,

Вт/(м2 К);

95

∆ti - полезная разность температур в аппарате данной

ступени, °С.

Необходимо оценить возможность возникновения первого кризиса кипения в условиях эксплуатации выпарных аппаратов МВУ. Эта оценка проводится для всех ступеней по следующей методике:

1. Определяют коэффициент теплопередачи KВ в аппа-

рате при длине зоны кипения, равной длине кипятильной трубы:

	K В =	1	, Вт/(м2 К),	(168)
		(1/ αe ) + (δCT / λCT ) + (1/ αB )

где αе - коэффициент теплоотдачи при конденсации насы-

щенного водяного пара, Вт/(м2 К), формула (45); αВ коэффициент теплоотдачи со стороны раствора в

зоне кипения, Вт/(м2 К), формула (80).

2. Вычисляют плотность теплового потока через стенку кипятильной трубы:

q = KB (t' −tB ), Вт/ м2 ,

(169)

где t' - температура греющего пара в данном аппарате, °С; tB - температура кипения раствора там же, °С.

3. Вычисляют критическую плотность теплового потока для кипящего раствора по формуле:

q	max	= 282,33r ρ0,5σ0,25 (ρ	L	−ρ	g	)0,25 , Вт/ м2	,	(170)
		g g
где rg - теплота парообразования вторичного пара,							кДж/ кг;
ρg - плотность вторичного пара, кг/м3;

96

ρL - плотность кипящего раствора, кг/м3;

σ- коэффициент поверхностного натяжения для раствора,

Н/м;

4.Проводят сравнение действительной плотности теплового потока с критическим значением:

если q ≤ qmax , то по каталогу [10] выбирается выпарной

аппарат, у которого поверхность теплообмена соответствует рассчитанной по формуле (167);

если q > qmax , то расчет производится снова при уменьшении полезной разности температур ∆ti с целью увеличения поверхности теплообмена выпарных аппаратов. Чтобы уменьшить ∆ti в первую очередь уменьшают давление греющего пара P1 или увеличивают давление PK в конденса-

торе или последней ступени МВУ.

Минимально допустимая полезная разность температур в аппарате с естественной циркуляцией при выпаривании вод-

ных растворов ∆t'min определяется по формуле

∆t

min

= ∆t'

(µ

L

/ µ

H2O

)0,1 (ρ

L

/ ρ

H2O

)0,35

,o C, (171)

min

где ∆t'min - минимально полезная допустимая разность темпе-

ратур при работе выпарного аппарата на воде; определяется по графикам рис.15. Для давлений, не указанных на рис.15, зна-

чение ∆t'min определяется линейной интерполяцией. Затем проверяют необходимое условие устойчивой работы аппарата:

∆t ≥ ∆tmin

(172)

Если ∆t < ∆tmin , то имеют место недопустимые пульса-

ции потока и аппарат нормально эксплуатировать невозможно. В этом случае изменяют значение температур греющего пара и

97

кипящего раствора за счет изменений P1 и PК , а затем весь
расчет повторяют до соблюдения неравенства (172) во всех
ступенях МВУ.
∆t′min °C
20				P=0,126
	ξм=1,32	ξм=0,35		кг/см2
	ξм=0,72
				P=1,03
15	ξм=1,32			кг/см2
	ξ		ξм=0,35	P=2,02
	м=0,72			кг/см2
	ξ		ξм=0,35
	м=1,32
	ξм=0,72
10
5				Ld
	100		150
50
Рис.15 Зависимость минимального допустимого
	температурного напора ∆t'min		от L и ξм
			d
4.2.8.2.Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией
	раствора.
	Поверхность теплообмена выпарных аппаратов каждой
ступени МВУ с принудительной циркуляцией раствора вычис-
ляют по уравнению теплопередачи:

98

F =	Qi	, м2 ,
i	Ki ∆tср,i

где Qi - тепловая нагрузка ступени выпаривания, Вт;

∆t ср, i - полезная разность температур в аппаратах дан-

ной ступени, °С; вычисляется по формуле (99);

Ki - коэффициент теплопередачи в аппаратах ступени, Вт/(м2 К); вычисляется по формуле (29) или (31).

				Таблица 7
Наименование ха-		Обозначение	Размерность	Величина
рактеристики
Поверхность тепло-		(F)K	м2
обмена
Коэффициент теп-		(K)K	Вт/(м2 К)
лопередачи
Производитель-		(G2)K	кг/с
ность	циркуляци-
онного контура
Потеря	напора в	(∆P)K	Па
циркуляционном
контуре
Мощность, потреб-		(N)K	Вт
ляемая	циркуляци-
онным насосом
Скорость движения		(W2)K	м/с
раствора по тепло-
обменным трубам

99

По каталогу [10] выбирают ближайший по величине поверхности теплообмена выпарной аппарат и в табл.7 записывают его основные характеристики (после проведения гидравлического расчета аппарата).

100

5. ОПТИМИЗАЦИЯ ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ С ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ РАСТВОРА

Оптимизация – это целенаправленная деятельность, заключающаяся в получении наилучших результатов в соответствующих условиях.

Для определения оптимальной скорости раствора в циркуляционном контуре выпарного аппарата по минимуму годовых приведенных затрат рекомендуется следующее уравнение:

	WОПТ =	(B2iα1i )1,25	, м/ с,	(174)
		(RОПТi α1i −1)1,25
	2i

где α1i - коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара на наружной стенке кипятильной трубы, Вт/(м2 К); RОПТi - оптимальное термическое сопротивление тепло-

передачи для i – го выпарного аппарата, (м2 К)/Вт; вычисляется по формуле

2ЭR0,5	+ E'	(z −2R		dz) = 0 .	(175)
i	z2		i

Здесь

Э =	103	ξЦ	А	,	(176)
	Цэлτ

где ξ -коэффициент, учитывающий амортизацию оборудова-

ния выпарной установки и коэффициент экономической эффективности, руб./(руб.год); ξ = 0,23..0,30 руб./(руб.год);

101

ЦА - стоимость оборудования выпарной установки, от-

несенная к 1 м2 поверхности теплообмена выпарного аппарата, руб/м2 ;

ЦЭЛ - стоимость электроэнергии для привода циркуля-

ционного насоса выпарного аппарата, руб/кВт ч; τ - время работы выпарной установки, час/год;

Ε' =	0,125 d ξ	ПР	ρ	B3,75
			i	2i	,
	ηHLi

где d - внутренний диаметр кипятильной трубы, м;

ξПР - приведенный коэффициент сопротивления циркуляционного контура аппарата. В диапазоне Re =104..5 105 можно считать ξПР =19,9 ;

ρi - плотность выпариваемого раствора в i – м корпусе,

кг/м3;

B2i

=

d0,2

+0,000072

;

(178)

A2i

A

= 0,0219

λ

Pr0,43

,

(179)

2i

i i

ν0,8

i

где

λ

i

, Вт/(м К),

ν

i

,

м2/с, Pr

i

- соответственно коэффици-

ент теплопроводности, коэффициент кинематической вязкости и число Прандтля выпариваемого раствора в i – м корпусе;

ηH - к.п.д. насосной установки выпарного аппарата; изменяется в пределах 0,5..0,8;

Li - высота кипятильной трубы в i – корпусе, м.

102