Выбор числа ступеней выпаривания

КЛАССИФИКАЦИЯ И ВЫБОР МВУ

С учетом потерь тепла расход греющего пара в установке с n ступенями приближенно определяется по формуле:

(1)

где количество выпариваемого растворителя во всех ступенях установки.

Из [1] ясно, что увеличение числа ступеней в обратной пропорциональности снижает расход пара на МВУ, но также в прямой пропорции увеличивает общую поверхность теплообмена выпарных аппаратов, т. е. увеличивает капитальные затраты.

Разработана методика технико-экономического анализа и определения оптимального числа ступеней МВУ по эксплуатационным затратам в зависимости от стоимости обслуживания установки, а также затрат на греющий пар, воду и электроэнергию [1]. Оптимальное число ступеней по названной методике ориентировочно можно определять по формуле:

(2)

где - коэффициент теплоотдачи в последней ступени выпарной установки, . На рис. 3 показаны обычные пределы изменения коэффициента теплопередачи для вертикальных выпарных аппаратов с естественной и принудительной циркуляцией выпариваемого раствора, значениями которых можно пользоваться для предварительных расчетов [2]. Высокие коэффициенты теплопередачи имеют место при выпаривании разбавленных растворов, а низкие – при выпаривании вязких высококонцентрационных растворов. Штриховая линия на рис.3 приближенно представляет нижний предел для растворов с вязкостью

- поправочный коэффициент, учитывающий уменьшение коэффициента теплоотдачи от ступени к ступени МВУ; можно принимать ;

- температура насыщения греющего пара на входе в установку:

=158,8, °С;

- энтальпия вторичного пара в последней ступени установки, Дж/кг. Определяется из [3] по давлению вторичного пара в последней ступени
:

=2683, кДж/кг;

- энтальпия кипящего раствора в последней ступени установки, Дж/кг. Ориентировочная величина определяется следующим образом:

а) из [3] по давлению определяется температура вторичного пара последней ступени установки :

t =75,89, С;

б) из [2] по конечной концентрации раствора определяется нормальная физико-химическая температурная депрессия для данного раствора :

;

С;

в) по формуле И.А. Тищенко определяется действительная физико-химическая температурная депрессия для раствора в последней ступени МВУ :

; (3)

где - скрытая теплота парообразования вторичного пара последней ступени, кДж/кг. Определяется из [3] по давлению :

=4,303·10^-3 С;

г) гидростатическая температурная депрессия в последней ступени может быть для предварительных расчетов выбрана в пределах 2-5°С, причем большая цифра относится к высококонцентрированным растворам:

=3 С;

д) температура кипения раствора в аппарате последней ступени определяется по соотношению, :

(4)

,°С;

е) по конечной концентрации раствора и температуре из [4,27,30] определяется средняя теплоемкость раствора :

=3,401, кДж/(кг К);

ж) определяется энтальпия кипящего раствора по формуле:

(5)

, кДж/кг;

- температура раствора, подаваемого в первую ступень
установки:

= -8=150,84 , °С;

- расход начального раствора на установку:

=14,кг/c;

- теплоемкость начального раствора Дж/(кг×К). Определяется из [4,27,30] по концентрации и температуре раствора, подаваемого в МВУ:

=3,878 , кДж/(кг×К);

- теплоемкость охлаждающей воды для конденсатора
МВУ, Дж/(кг×К). Определяется из [4] по средней температуре воды в конденсаторе:

=4,174 ,кДж/(кг×К);

- начальная температура охлаждающей воды:

=20 ,°С;

- конечная температура охлаждающей воды, °С. Разница между температурами конденсации вторичного пара и уходящей воды составляет в противоточных конденсаторах °С, а в прямоточных °С.

=75,89-5=70,89 ,°С;

А – стоимость обслуживания, ремонта и автоматизации 1 м² поверхности теплообмена МВУ:

А=420,руб./(м²ч);

В – стоимость греющего пара:

В=19,руб./кг;

С – стоимость охлаждающей воды:

С=0,7,руб./кг.

В первую очередь формула (2) применима для МВУ с аппаратами принудительной циркуляции. В аппаратах с естественной циркуляцией раствора гидродинамика и теплообмен целиком определяются величиной полезной разности температур, а с увеличением числа ступеней МВУ эта величина на каждую ступень уменьшается.

При выпаривания растворов с вязкостью до 0,002 Па×с в аппаратах с естественной циркуляцией на ступень должен составлять 10-15°С, при увеличении вязкости до 0,005 Па×с увеличивается на 7-9 °С. В аппаратах с принудительной циркуляцией минимальная может быть равной

6-8°С на ступень.

;

Округяем до ближайшего целого числа. Отсюда следует, что число ступеней мы принимаем равным 4 шт.

Проверяем температурный перепад по ступеням :

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ МВУ