МНОГОКОРПУСНОЕ (МНОГОКРАТНОЕ) ВЫПАРИВАНИЕ

Многократное выпаривание проводят в нескольких последователь­но соединенных аппаратах, в которых давление поддерживают таким образом, чтобы вторичный пар предыдущего корпуса можно было использовать в качестве греющего пара в каждом последую­щем корпусе. Такая организация выпаривания приводит к значи­тельной экономии греющего пара. Если приближенно принять, что 1 кг греющего первичного пара испаряет 1 кг воды с образованием 1 кг вторичного пара, который затем в последующем корпусе уже в качестве греющего испарит также 1 кг воды и т.д., то общий расход свежего греющего пара на процесс уменьшается пропорцио­нально числу корпусов. Практически в реальных установках такое соотношение не выдерживается, оно как правило, ниже.

В зависимости от взаимного направления движения раствора и греющего пара из корпуса в корпус различают прямоточные и противоточные выпарные установки, а также установки с парал­лельной или со смешанной подачей раствора в аппараты. Наи­большее распространение в промышленных условиях получили прямоточные выпарные установки (рис. 14-2), в которых греющий пар и выпариваемый раствор направляют в первый корпус 1, затем частично упаренный раствор самотеком перетекает во второй кор­пус 2, и т. д.; вторичный пар первого корпуса направляют в качестве греющего пара во второй корпус, и т.д.

Прямоточная выпарная установка по сравнению с другими обладает некоторыми преимуществами: поскольку перетекание рас­твора из корпуса в корпус благодаря разности давлений идет самотеком, отпадает необходимость в установке насосов для пере­качивания кипящих растворов. Температуры кипения раствора и давления вторичных паров в каждом последующем корпусе ниже, чем в предыдущем, поэтому раствор в корпуса (кроме 1-го) поступа­ет перегретым. Теплота, которая выделяется при охлаждении рас­твора до температуры кипения в последующем корпусе, идет на дополнительное испарение растворителя из этого же раствора. Это явление получило название самоиспарения.

Недостатками прямоточной схемы выпарной установки являют­ся понижение температуры кипения и повышение концентрации раствора от первого корпуса к последнему. Это приводит к повыше­нию вязкости раствора и, следовательно, к снижению интенсивно­сти теплоотдачи при кипении, уменьшению коэффициента теплопе­редачи и, как следствие, к увеличению общей поверхности теплопе­-

редачи. Однако, несмотря на увеличение потребной поверхности теплопередачи, достоинства прямоточной схемы имеют превали­рующее значение, что определяет их широкое распространение.

Материальный и тепловые балансы многокорпусных установок. Уравнения материальных и тепловых балансов для многокорпус­ныхустановок представляют собой системы уравнений, записанных для каждого корпуса в отдельности. Уравнения материального баланса позволяют определить общее количество испаренной воды в установке и концентрацию растворенного компонента по корпу­сам при условии, что задан закон распределения испаренной воды по корпусам:

(14.17 (14.18)

(14.19)

где , -расходы соответственно исходного и поступающего в n-й корпус

растворов, кг/с; общее количество испаренной воды в установке и i-м корпусе, кг/с; х_н, х_к, х„ ₍ концентрации растворов соответственно исходного, упаренного ив (n — 1)-м корпусе, кг упаренного раствора на 1 кг исходного раствора.

Концентрацию упаренного раствора х _к определяют по выраже­нию (14.5).

Уравнение теплового баланса для n-го корпуса без учета отбора экстра-пара:

(14.20)

где, расходы соответственно греющего и вторичного паров в и-м корпусе, кг/с; , - расходы соответственно исходного и упаренного раствора в n-м корпусе, кг/с, энтальпии соответственно греющего и вторичного паров в и-м корпусе, Дж/кг; , энтальпии соответственно исходного, упаренного растворов и конденсата греющего пара в n-м корпусе, Дж/кг; потери теплоты в окружающую среду в n-м корпусе.

С помощью уравнений тепловых балансов для всех корпусов (14.20) и уравнения баланса по испаренной жидкости (14.18) опреде­ляют расход греющего пара в первом корпусе, расходы упаренной воды в каждом корпусе и их тепловые нагрузки.

Одной из задач расчета многокорпусных выпарных установок является определение потребной поверхности теплопередачи корпу­сов, для чего необходимо знание полезной разности температур каждого корпуса.

Полезная разность температур в многокорпусной установке и ее распределение по корпусам. Суммарную полезную разность темпе- ратур многокорпусной установки находят из уравнения

(14.21)

где разность. температур многокорпусной установки, равная разности между температурой греющего пара в первом корпусе Т_г и температурой вторичного пара, поступающего из последнего корпуса в барометрический конденсатор

(14.22)

В выражении (14.21) величина характеризует суммарные температурные потери во всех корпусах установки:

Кроме указанных выше концентрационной ' и гидростатичес­кой " депрессий в многокорпусной установке возникает еще одна температурная потеря - гидродинамическая температурная депрес­сия ". Она вызывается потерей давления вторичных паров при переходе из одного аппарата в другой на преодоление местных сопротивлений и трения. Как правило, вторичные пары - насыщен­ные, поэтому потеря давления паром влечет за собой уменьшение его температуры. По разности давлений (температур) паров на выходе из предыдущего аппарата и на входе в последующий аппарат определяют гидродинамическую депрессию '". В инженер­ных расчетах потерянное давление не рассчитывают, а без большой ошибки принимают гидродинамическую депрессию для каждого аппарата 1,0—1,5 °С.

На рис. 14-3 представлены схема и температурный график вы­парной установки с учетом всех видов депрессий.

На оси абсцисс графика представлены температуры, а на оси ординат показаны положения температурных точек в установке. В соответствии с изложенным выше точка 4 соответствует средней температуре кипения раствора, а разность между точками 4 и 7 характеризует все виды депрессий. Следовательно, разность между температурами греющего пара (точка 2) и кипения раствора (точка 4) является полезной разностью температур.

Для определения полезной разности температур в каждом кор­пусе общую полезную разность распределяют между выпар­ными аппаратами различными способами. Наиболее распростране­ны два способа распределения между корпусами.

Первый способ основан на принципе равенства поверхностей теплопередачи в каждом корпусе. По этому способу в установке возможно применение аппаратов с одинаковыми конструктивными характеристиками; при этом обеспечивается взаимозаменяемость аппаратов, упрощается и удешевляется их эксплуатация. Второй способ основан на принципе нахождения минимальной суммарной поверхности теплообмена корпусов установки и применяется для экономии дефицитного и дорогостоящего материала, из которого изготовляются выпарные аппараты.

В соответствии с первым способом распределения основным условием является следующее:

(14.23)

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: