Материальный баланс выпарной установки

Начальная концентрация раствора, поступающего на выпаривание:

Конечная концентрация после выпаривания в п-корпусной выпарной установке:

Из этих выражений следует, что:

где Gc — масса (расход) сухого вещества в растворе; GH и GK — расходы раствора начального и конечного соответственно.

Массовый расход конечного раствора можно выразить из этих формул через начальный расход и соответствующие концентрации:

Расход выпаренной влаги представляет собой разность начального и конечного раствора:

Поскольку расчет обычно ведут на 1 кг начального раствора, то, разделив левую и правую часть последнего уравнения на GH, получим удельный расход выпаренной влаги:

Соответственно для первого корпуса выпарной установки получим:

Для первого и второго корпусов аналогично:

Для п-корпусной установки:

где — влага, выпаренная во всех корпусах выпарной установки; Ъп — концентрация на выходе из п-го корпуса.

Из последнего выражения можно определить конечную концентрацию, если известно количество влаги, которую нужно выпарить:

Тепловой баланс выпарной установки

Тепловой баланс выпарной установки составляется с целью определения расхода греющего пара, подаваемого в первый корпус. Для простоты вывода составим тепловой баланс на примере двухкорпусной выпарной установки, принципиальная схема которой показана на рис. 3.5.

Тепловые потери в установке при составлении теплового баланса не учитываем. Они составляют 3...5 %.

Тепловой баланс I корпуса

Приход теплоты:

  • • с греющим паром — dpi;
  • • с раствором — c0t0.

Расход теплоты:

  • • с конденсатом греющего пара — d1x1;
  • • с уходящим раствором — (1 - co1)c1t1;
  • • с вторичным паром — оур['.

Уравнение теплового баланса показывает равенство прихода и расхода теплоты: Расчетная схема двухкорпусной выпарной установки для составления теплового баланса

Рис. 3.5. Расчетная схема двухкорпусной выпарной установки для составления теплового баланса:

Ь0, Ьь Ь2— концентрации растворов на входе, выходе из I корпуса и выходе из установки соответственно; с0, сг, с2 — удельные теплоемкости растворов в тех же местах; t0, tv t2 — температуры растворов там же; i{, dг — энтальпия и расход греющего пара; — энтальпия конденсата из I-го корпуса; т2 — энтальпия конденсата из II корпуса; i{', i2 — энтальпия вторичного пара по корпусам1; Ш] — количество выпаренной влаги в I корпусе; ш2 — количество выпаренной влаги в II корпусе; е1; е2 — отборы вторичного пара из I и II корпусов; (сщ — Sj) — количество вторичного пара из I корпуса, поступающего во II корпус; (1 — со1) — количество раствора, поступающего из I корпуса во II корпус; (1- «щ- ся2) —

количество раствора, выходящего из II корпуса

1 Поскольку расчет ведется на 1 кг раствора начальной концентрации, все расходы выражаются в долях от 1 кг.

По определению теплоемкости смеси:

где св — теплоемкость воды.

Иначе это можно представить так:

Подставляем это значение в уравнение баланса:

Отсюда находим количество влаги, выпаренной в I корпусе:

^ ^ _j f _?

Обозначая = — -—, а рх = —-——, получим следующее

й"-свh-Св-к

выражение для расчета влаги, выпаренной в первом корпусе:

где — коэффициент испарения (обычно принимается равным 1 для всех корпусов, так как показывает, сколько воды испаряется за счет конденсации греющего пара); Pj — коэффициент самоиспарения, показывающий, какое количество воды испаряется за счет теплоты самого раствора, поступающего в корпус.

Поскольку а: = 1, имеем:

Тепловой баланс II корпуса

Приход теплоты:

  • • с вторичным паром из I корпуса — (coj - e1 )i";
  • • с раствором из I корпуса — (1 - co1)c1t1;

Расход теплоты:

  • • с конденсатом экстрапара из I корпуса — ((% - е{]т2 ;
  • • С УХОДЯЩИМ раСТВОрОМ - (1- (% - (X)2)c2t2',
  • • с вторичным паром-С0212 •

Уравнение теплового баланса II корпуса:

Так же, как и для I корпуса, заменяем: и аналогично:

Группируем члены и определяем <д2:

Введем обозначения:

где а2 — коэффициент испарения II корпуса, а (32 — коэффициент самоиспарения II корпуса.

Получим:

или, учитывая, что о)!= d] + с0(3:, запишем: откуда получаем:

Суммируя первое и второе уравнение баланса, запишем: Обозначая

напишем:

откуда и получаем искомый расход греющего пара:

В общем случае п-корпусной установки

(Коэффициенты хп; уп; zt определяются по книге П. Д. Лебедева (табл. 4.3, а и б))[1].

Приведенный вывод станет более понятным при рассмотрении примера расчета двухкорпусной выпарной установки, приведенного ниже.

  • [1] Лебедев П. Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. М. : Энергия, 1972.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >