Элементы расчета однокорпусной выпарной установки

Материальный баланс. На выпаривание поступает G_н кг/сек исходного раствора концентрацией х_н и отводится G_ккг/сек упаренного раствора концентрацией х_к. Если в аппарате выпаривается W кг/сек воды, то материальный баланс можно записать в виде двух уравнений:

по всему веществу:

, (2-1)

по растворенному сухому веществу:

. (2-2)

Из пяти переменных, входящих в эти уравнения, три должны быть заданы. Обычно известны: расход исходного раствора G_н, его концентрация х_н и требуемая концентрация упаренного раствора х_к:

Тогда с помощью выражений (2-1) и (2-2) определим производительность аппарата:

по упаренному раствору - ,

по выпариваемой воде -

.

Тепловой баланс. Введем следующие обозначения: Д - расход греющего пара; I, I_вт - энтальпии греющего и вторичного пара; i_H, i_K - энтальпии исходного и упаренного раствора; I_п.к.=с¢×Q - энтальпия парового конденсата, где с¢ - удельная теплоемкость, а Q - температура конденсата, ^OC.

Определим приход и расход тепла (рис.2.6).

Приход тепла:

1. С исходным раствором -

;

2. С греющим паром - Д×I.

Расход тепла:

С упаренным раствором –

;

С вторичным паром – W·I_вт;

С паровым конденсатом – Д·c´·Θ;

Потери тепла в окружающую среду – Q_п.

Тогда тепловой баланс однокорпусной выпарной установки выразится следующим уравнением

+ Д×I = + W·I_вт+

+ Д·c´·Θ+ Q_п.

Здесь энтальпия исходного раствора (с_н - удельная теплоемкость, а t_н - температура), а упаренного ,(t_к - температура кипения раствора).

Заменив в последнем выраженииG_нна сумму G_к+W, получим:

+ Д×I = +

+ W·I_вт+ Д·c´·Θ+ Q_п.(2-3)

Из уравнения (2-28) находим расход греющего пара:

.

Отсюда можно сделать вывод, что расход пара зависит от величины трех слагаемых правой части:

1. Расхода пара на изменение энтальпии выпариваемого раствора;

2. Расхода парана непосредственное выпаривание растворителя (например, воды);

3. Расход пара на компенсацию потерь тепла в окружающую среду.

Если принять, что исходный раствор поступает в аппарат предварительно нагретым до температуры кипения, т.е. t_н = t_к, а потери тепла в окружающую среду составляют как обычно 2-5%, то значениями первого и третьего слагаемых в первом приближении можно пренебречь.

Тогда:

. (2-4)

Поверхность нагрева непрерывно действующего выпарного аппарата определяется из основного уравнения теплопередачи:

,

где - тепловая нагрузка аппарата;

- коэффициент теплопередачи;

Δt- полезная разность температур;

α₁ - коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара к стенке;

α₂ - коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору.

Следует помнить, что значение коэффициента теплопередачи снижается по мере повышения концентрации и вязкости раствора, а также с понижением температуры его кипения.