Полезная разность температур в корпусе

(14.24)

Тогда суммарная полезная разность температур

С учетом (14.22)

( 14.26)

или

(14-27)

Тогда для произвольного корпуса [уравнение (14.23)]

(14.28).

Таким образом, при равенстве поверхностей теплопередачи в каждом корпусе суммарная полезная разность температур распре­деляется пропорционально отношению тепловой нагрузки к коэф­фициентам теплопередачи в каждом корпусе.

Согласно 2-му способу распределения (дается без вывода), для любого n-го корпуса

(14.29)

т. е. при минимальной суммарной поверхности теплопередачи мно­гокорпусной установки общая полезная разность температур рас­

пределяется пропорционально квадратному корню из отношения тепловой нагрузки к коэффициенту теплопередачи в каждом кор­пусе.

Зависимости (14.28) и (14.29) даюг надежные результаты в том случае, если коэффициенты теплопередачи по корпусам несильно зависят от движущих сил в этих корпусах.

Предельное и оптимальное число корпусов многокорпусной уста­новки. Расход теплоты уменьшается с увеличением числа корпусов. Отсюда, казалось бы, правомерен вывод о целесообразности суще­ственного увеличения числа корпусов. Однако на практике в мно­гокорпусных выпарных установках число корпусов ограничено и обычно не превышает десяти (чаще 3-5). Это объясняется тем, что с увеличением числа корпусов повышаются температурные потери и поэтому снижается общая движущая сила процесса-полезная разность температур установки. Графическая иллюстрация такой ситуации представлена на рис. 14-4.

Для упрощения принято, что для всех вариантов установок (от одно- до трехкорпусной-области 1-Ш на рис. 14-4) общая разность температур _о6щ установки и температурные депрессии в каждом корпусе одинаковы. Поскольку _общ снижается с увеличением числа корпусов, то при одной и той же производительности общая поверхность теплопередачи будет возрастать. С увеличением числа корпусов движущая сила процесса при _общ = соnst в каждом корпусе _п снижается, но для обеспечения достаточно интенсивного процесса кипения величина не должна быть ниже 5-7 °С (для аппаратов с естественной циркуляцией раствора). В противном случае кипение будет вялым, неинтенсивным, с низким значением коэффициента теплоотдачи а ₂ (см. разд. 11.8). Поэтому при расчете выпарных установок необходимо, чтобы значение полезной разно­сти температур для каждого корпуса не было меньше минимально­го.

Предельное число корпусов n_пред ориентировочно можно опреде­лить из следующего выражения:

(14.30)

где - сумма температурных потерь (депрессий) в одном корпусе.

Если предел числа корпусов определяется минимально допусти­мой полезной разностью температур, то оптимальное число корпусов-технико-экономическим анализом, учитывающим капи­тальные вложения и эксплуатационные затраты.

Капитальные вложения увеличиваются практически пропорцио­нально числу корпусов, а эксплуатационные затраты с ростом чис­ла корпусов уменьшаются за счет экономии теплоносителя. На рис. 14-5 условно показана зависимость капитальных и эксплуата­ционных затрат от числа корпусов.

Складывая капитальные вложения и эксплуатационные затраты, определяют суммарные затраты. Минимум этих затрат соответст­вует оптимальному числу корпусов.

Порядок (схема) расчета многокорпусной выпарной установки. Задача расчета многокорпусной выпарной установки сводится к вы­бору оптимального числа корпусов, проводимому описанным выше методом. Расчет же произвольного числа корпусов предполагает определение основных геометрических характеристик, включая кон­струкцию аппарата и его поверхность теплопередачи, а также технологических параметров работы (давления, температуры, рас­хода потоков и т. п.).

В основе всех расчетов лежит система уравнений материальных и тепловых балансов для всей установки в целом и каждого корпуса в отдельности, уравнений для расчета коэффициентов теплопереда­чи и поверхности теплообмена для каждого корпуса, уравнений для расчета основных физических и термодинамических характеристик потоков растворов и паров. Естественно, что эта система уравнений

решается с использованием ЭВМ. Однако, вне зависимости от выбранных конструкций выпарных аппаратов, общая методика расчета остается, как правило, одной и той же. Методика расчета многокорпусной установки основана на такой последовательности решения уравнений:

определяют общее количество испаренной воды-по уравнению (14.17)-и распределение ее по какому-либо правилу между корпуса­ми, например по опытным данным. В первом приближении доли испаренной воды можно распределять поровну между корпусами (задавшись предварительно числом корпусов);

с помощью уравнений (14.18) и (14.19) рассчитывают концентра­ции вещества в потоках растворов, поступающих в каждый корпус установки и выходящих из него;

находят общий перепад давления по всей установке-по уравне­нию (14.22)-и распределяют его между корпусами (в первом приближении можно поровну);

по значениям давлений паров и концентраций растворов в аппа­ратах определяют температуры греющих и вторичных паров, тем­пературы кипения растворов с учетом всех температурных депрес- сий-по уравнениям (14.12)—(14.14), суммарную полезную разность температур - по уравнению (14.21)-и полезные разности темпера­тур по корпусам-по уравнению (14.11);

с помощью уравнений тепловых балансов (14.20) находят тепло­вые нагрузки в каждом аппарате;

в зависимости от конструкции выпарного аппарата рассчитыва­ют коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи в корпусах-по уравнению (11.72);

с учетом тепловых нагрузок и коэффициентов теплопередачи распределяют суммарную полезную разность температур [уравне­ния (14.28) и (14.29)] между корпусами. Сравнивают распределен­ную полезную разность температур с найденной из расчета и в слу­чае расхождения (выше заданной величины), например, более 5%) расчет повторяют. В основу уточненного расчета закладывают найденные по распределению полезные разности температур. Расче­ты проводят методом итераций до совпадения принятых и распре­деленных полезных разностей температур;

по уравнению теплопередачи определяют потребную поверх­ность теплопередачи выпарного аппарата и по ней подбирают его нормализованные размеры.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: