- •Основы теплопередачи
- •Основные понятия и определения
- •Тепловые балансы
- •Теплопроводность
- •Уравнение Фурье. Коэффициент теплопроводности
- •Дифференциальное уравнение теплопроводности
- •Теплопроводность плоской, цилиндрической и сферической стенок при стационарном режиме
- •Тепловое излучение
- •Основные законы излучения
- •Теплообмен между твердыми телами при излучении
- •Тепловое излучение газов и паров
- •Конвективный теплообмен
- •Дифференциальное уравнение конвективного теплообмена
- •Тепловое подобие
- •Теплоотдача без изменения агрегатного состояния теплоносителя
- •Теплоотдача при изменении агрегатного состояния теплоносителя
- •Теплоотдача в дисперсных системах с твердой фазой
- •Сложная теплоотдача
- •Численные значения коэффициентов теплоотдачи
- •Гидродинамический и тепловой пограничные слои
- •Теплопередача
- •Основное уравнение теплопередачи. Коэффициент теплопередачи
- •Теплопередача через плоские, цилиндрические и сферические стенки при установившемся процессе
- •Средняя движущая сила теплопередачи
- •Тепловая изоляция
- •Нестационарный теплообмен
- •Список литературы к главе 7
- •Нагревание, охлаждение, конденсация
- •Нагревание
- •Нагревание водяным паром и горячей водой
- •Нагревание топочными газами
- •Нагревание высокотемпературными теплоносителями
- •Нагревание электрическим током
- •Охлаждение
- •Конденсация
- •Конструкции и расчет теплообменных аппаратов
- •Поверхностные теплообменники
- •Смесительные теплообменные аппараты
- •Расчет теплообменных аппаратов
- •Проектный расчет рекуперативных теплообменников
- •Поверочный расчет рекуперативных теплообменников
- •Расчет регенеративных теплообменников
- •Расчет теплообменников смешения
- •Сравнительная оценка и выбор конструкций теплообменных аппаратов
- •Список литературы к главе 8
- •Основные принципы интеграции тепловых процессов
- •Состав, структура и иерархия химико-технологической системы
- •Химико-технологическая система как объект проектирования
- •Введение в пинч-анализ
- •Построение составных кривых технологических потоков и определение энергетических целей
- •Построение составных кривых потоков хтс
- •«Точка пинча» потоков хтс
- •Деление тепловых потоков хтс
- •Представление сети теплообменных аппаратов
- •Проектирование тепловой сети с максимальной рекуперацией энергии
- •Список литературы к главе 9
- •Выпаривание
- •Общие сведения
- •Некоторые основные свойства растворов
- •Принцип работы выпарного аппарата
- •Однокорпусные выпарные установки
- •Выпарные аппараты непрерывного действия
- •Материальный баланс
- •Тепловой баланс
- •Поверхность нагрева выпарного аппарата
- •Потери полезной разности температур
- •Выпарные аппараты периодического действия
- •Выпаривание при переменном уровне раствора в аппарате
- •Выпаривание при постоянном уровне раствора в аппарате
- •Выпаривание при постоянном весе раствора в аппарате
- •Многокорпусные выпарные установки
- •Типовые схемы многокорпусных выпарных установок
- •Материальный баланс многокорпусной выпарной установки
- •Общая полезная разность температур выпарной установки
- •Распределение полезной разности температур по корпусам выпарной установки
- •Полезная разность температур при равной поверхности нагрева корпусов
- •Полезная разность температур при минимальной суммарной поверхности нагрева корпусов
- •Полезная разность температур при равной поверхности нагрева корпусов при минимальной общей поверхности нагрева
- •Распределение общего перепада давления между корпусами по заданным давлениям вторичного пара
- •Число корпусов выпарной установки
- •Последовательность расчета многокорпусных выпарных установок
- •Основные направления повышения экономической эффективности выпарных установок
- •Интенсификация тепло- и массообмена
- •Утилизация вторичных энергоресурсов
- •Выпаривание с тепловым насосом
- •Улучшение эксплуатационных характеристик выпарных установок
- •Комбинирование выпаривания с другими технологическими процессами
- •Выпарные установки мгновенного испарения
- •Конструкции выпарных аппаратов
- •Выпарные аппараты с естественной циркуляцией
- •Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией
- •Пленочные выпарные аппараты
- •Основы теплового расчета выпарных аппаратов
- •Роторные тонкопленочные испарители
- •Выпарные аппараты погружного горения
- •Список литературы к главе 10
- •Содержание
- •Раздел I. Гидромеханические процессы
- •Глава 7 Основы теплопередачи 108
- •Глава 8 Нагревание, охлаждение, конденсация 217
- •Глава 9 основные принципы интеграции тепловых процессов 290
- •Глава 10 выпаривание 324
- •Раздел II. Тепловые процессы
- •Глава 7 Основы теплопередачи 108
- •Глава 8 Нагревание, охлаждение, конденсация 217
- •Глава 9 основные принципы интеграции тепловых процессов 290
- •Глава 10 выпаривание 324
- •Для заметок для заметок для заметок
- •Процеси та апарати хімічної технології
Утилизация вторичных энергоресурсов
В многокорпусных выпарных установках образуются потоки конденсата греющего и вторичного пара, раствора различных параметров, которые целесообразно использовать для повышения эффективности использования тепла в выпарной установке.
Наиболее часто конденсат греющего и вторичного пара, а также часть вторичного пара (экстрапар) используют для подогрева исходного раствора перед подачей его в первый корпус выпарной установки. Один из вариантов технологической схемы выпарной установки такого типа представлен на рис. 10.7.
Рисунок 10.7 – Схема противоточной выпарной установки: А– выпарной аппарат;П– подогреватель;И– испаритель конденсата
Приведенная выше схема пятикорпусной установки включает 11 подогревателей исходного раствора и 3 испарителя конденсата. В подогревателях раствор последовательно нагревается конденсатом и экстра-паром все более высоких параметров. В испарителях конденсата происходит последовательное расширение конденсата и образование дополнительного количества пара, который используют для обогрева соответствующего корпуса. Установка дополнительных подогревателей и испарителей уменьшает расход первичного пара, но приводит к увеличению капитальных затрат. Количество дополнительных устройств определяется путем технико-экономического расчета.
Выпаривание с тепловым насосом
Существенного снижения энергозатрат можно достичь за счет применения в схеме выпарной установки термокомпрессора (теплового насоса). Наибольший эффект от применения термокомпрессора достигается при выпаривании растворов с малой температурной депрессией.
Рисунок
10.8 – Схема
выпарного аппарата
с
механическим
термокомпрессором:
1–
выпарной аппарат;2–
термокомпрессор
При пуске аппарата раствор подогревается до кипения свежим паром. После закипания раствора вторичный пар направляют в термокомпрессор, сжимают до необходимого давления и возвращают в греющую камеру выпарного аппарата. Теоретически выпаривание происходит за счет механической энергии, затрачиваемой в термокомпрессоре на сжатие пара. На практике, в связи с расходом тепла на подогрев раствора и потерей тепла в окружающее пространство, необходимо добавлять к греющему пару небольшое количество свежего пара для компенсации этих потерь.
Эффективность работы термокомпрессора характеризуется величиной коэффициента инжекции, так как с увеличением его значения требуется меньший расход пара рабочего высокого давления на компрессор.
В многокорпусных выпарных установках давление вторичного пара последовательно снижается от первой ступени к последней и соответственно увеличивается необходимая степень сжатия вторичного пара. Так как коэффициент инжекции в значительной степени зависит от степени сжатия вторичного пара, то его минимальное значение будет при установке термокомпрессора на последней ступени установки. Следовательно, для обеспечения процесса выпаривания необходимым количеством сжатого пара (смеси), величина отбора вторичного пара должна снижаться от первой ступени к последней. Это видно из уравнения материального баланса для термокомпрессора:
, (10.89)
где – расход сжатого пара, поступающего в первый корпус установки;– расход вторичного пара;– расход рабочего пара;– коэффициент инжекции.
Целесообразность отбора вторичного пара с той или иной ступени установки и его величина решается в каждом конкретном случае отдельно. Однако из эксплуатационных соображений отбор вторичного пара на турбокомпрессор целесообразно производить из первой ступени установки. Во-первых, при высоких коэффициентах инжекции обеспечивается более стабильная работа компрессора даже при некотором колебании манометрического режима работы установки. Во-вторых, унос раствора с вторичным паром в первой ступени, как правило, минимальный, в результате чего будет меньше засоряться пароструйный инжектор и будет обеспечиваться условие получения более чистого конденсата паровой смеси.
Следует иметь в виду, что чрезмерно большой отбор вторичного пара может привести к нарушению нормальной работы последующих корпусов выпарной установки (изменению температурного режима) и в конечном итоге – к снижению производительности. Особенно это касается установок, оснащенных выпарными аппаратами с естественной циркуляцией раствора.
Схема выпарной установки смешанного тока с термокомпрессором представлена на рис. 10.9.
На приведенной выше схеме часть вторичного пара первого корпуса отбирается на термокомпрессор, где он сжимается до необходимых параметров паром высокого давления (МПа) и направляется в греющую камеру этого же корпуса; остальная часть вторичного пара поступает на обогрев второго корпуса. Таким образом, свежий пар поступает в первый корпус только при запуске установки, выведении ее на рабочий режим и компенсации потерь. Сокращение энергозатрат для такой схемы составляет примерно 20 %.
Рисунок 10.9 – Схема МВУ с термокомпрессором: ВА – выпарные аппараты; И – испарители конденсата; П – подогреватели исходного раствора
В заключение следует отметить, что работа выпарной установки с термокомпрессором экономически эффективнее, чем без него, но возможность применения термокомпрессора ограничена специфическими параметрами его работы в составе выпарной установки: малой степенью сжатия и высокой производительностью.