Тепловой баланс многокорпусного выпаривания.

Для каждого корпуса многокорпусной выпарной установки тепловой баланс составляют пользуясь уравнением для однокорпусного аппарата:

Q = D(I_r -

Рассмотрим тепловой баланс трехкорпусной вакуум – выпарной прямоточной установки, первый корпус которой обогревается свежим насыщенным водяным паром (первичным). Расход свежего пара D₁ кг/с, его энтальпия I_r1 [кДж/кг] и температура θ₁ [˚С]. После первого корпуса отбирается Е₁ [кг/с] и после второго – Е₂ [кг/с] экстропара. Соответственно, расход вторичного пара из первого корпуса, направляемого в качестве греющего во второй, составляет (W₁ – E₁) [кг/с]; и вторичного пара из второго корпуса, греющего третий - (W₂ – E₂) [кг/с], где W₁, W₂ – масса воды, выпаренной в первом и втором корпусах соответственно.

 

Уравнения тепловых балансов корпусов:

1. Q₁ = D₁(I_r1 -

2. Q₂ = (W₁ – E₁)*(I₁ -

3. Q₃ = (W₂ – E₂)*(I₂ -

t₀ – температура исходного раствора

с₀ – средняя удельная теплоемкость исходного раствора

t_к1, t_к2, t_к3 – температуры кипения раствора по корпусам

с₁, с₂, с₃ – средние удельные теплоемкости раствора по корпусам

θ₁, θ₂, θ₃ – температура греющего пара по корпусам

с′₁, с′₂, с′₃ – средние удельные теплоемкости греющего пара по корпусам

с′′₁, с′′₂, с′′₃ – средние удельные теплоемкости воды.

Q_{конц1,2,3} – тепло концентрирования растворов по корпусам.

Q _п1,2,3 – потери тепла в о.с. по корпусам.

 

Уравнение теплового баланса для n – ого корпуса:

Q_n = (W_n-1 – E_n-1)*(I_n-1 -

Выражение тепловых балансов изменяется в соответствии со схемой движения греющего пара и раствора в многокорпусной установке. Из уравнения теплового баланса определяют расход энергии пара и тепловые нагрузки по корпусам.

 

 

Общая полезная разность температур и ее распределение по корпусам.

Общая разность ∆t_общ  температур многокорпусной прямоточной установки представляет собой разность температур между температурой Т₁ первичного пара, греющего первый корпус, и температурой насыщения пара в конденсаторе, т.е.

∆t_общ = - Т′_конд, где Т₁ – температура первичного пара.

Общая разность температур не может быть полностью использована в виду наличия температурных потерь. Поэтому полезная разность температур для всей установки будет меньше ∆t_общ. В однокорпусном аппарате ∆t_общ = разности между температурой конденсации греющего пара и температурой кипения раствора с учетом выражения:

для многокорпусной выпарной установки общая полезная разность температур равна разности между температурой свежего пара, греющего первый корпус, и температурой насыщенного пара в конденсаторе за вычетом суммы температурных потерь во всех корпусах установки (с учетом гидравлической дипрессии), т.е.:

 

Выбор числа корпусов.

 

С увеличением числа корпусов многокорпусной выпарной установки снижается расход греющего пара на каждый кг выпариваемой воды.

В однокорпусном выпарном аппарате на выпаривание 1 кг воды примерно расходуется 1 кг греющего пара. Соответственно, в двухкорпусной выпарной установке наименьший расход греющего пара на выпаривание 1 кг воды, который должен составлять 0,5 кг, соответственно, в трехкорпусной – 1/3 кг, в четырехкорпусной – ¼ кг и т.д.

Расход греющего пара на выпаривание 1 кг воды в многокорпусных выпарных установках приближенно обратно пропорционально числу корпусов. В действительности расход греющего пара на 1 кг выпариваемой воды больше и практически в зависимости от числа корпусов в.у. изменяется следующим образом в следующей связи:

число корпусов	расход греющего пара кг/кг выпариваемой воды 1
1	1,1
2	0,57
3	0,4
4	0,3
5	0,27

 

Из этих данных видно, что если при переходе из однокорпусной выпарной установки в двухкорпусную экономия греющего пара составляет около 50 %, а при переходе от 4-х к 5-ти эта экономия уменьшается до 10 % и становится еще меньше при дальнейшем возрастании числа корпусов. Снижение экономии греющего пара с увеличением числа корпусов выпарной установки указывает на целесообразность ограничения числа ее корпусов. Основной причиной, определяющей предел числа корпусов выпарной установки, является возрастание температурных потерь с увеличением числа корпусов. Для осуществления теплопередачи необходимо в каждом корпусе обеспечить полезную разность температур, т.е. разницу между греющим паром и кипящим раствором, равную обычно 5-7 ˚С для аппаратов естественной циркуляции и не менее 3˚С для аппаратов с принудительной циркуляцией. Обычно число корпусов многокорпусных выпарных установок не меньше двух, но не превышает 5-6. Наиболее часто многокорпусные установки имеют 3-4 корпуса.