Расчет однокорпусной выпарной установки

       Исходный  раствор подается насосом в последний  по ходу греющего пара (третий) корпус, из которого упаренный раствор перекачивается во второй корпус, и т. д., причем из первого  корпуса удаляется окончательно упаренный раствор. Свежий (первичный) пар поступает в первый корпус, а вторичный пар из этого корпуса направляется для обогрева второго корпуса, затем вторичный пар из предыдущего корпуса используется для обогрева последующего. Из последнего корпуса вторичный пар удаляется в конденсатор.

       Отметим одно существенное достоинство многокорпусных выпарных установок, работающих по противоточной схеме.

       В первом корпусе выпарной прямоточной  установки наименее концентрированный раствор получает необходимое для выпаривания тепло от греющего пара наиболее высоких рабочих параметров, а в последнем корпусе наиболее концентрированный (и наиболее вязкий) раствор выпаривается при помощи вторичного пара наиболее низких параметров. Таким образом, от первого корпуса к последнему (по ходу раствора) повышается концентрация и понижается температура выпариваемого раствора, что приводит к возрастанию его вязкости. В результате коэффициенты теплопередачи уменьшаются от первого корпуса к последнему.

       В многокорпусных противоточных установках в первом корпусе наиболее концентрированный раствор выпаривается за счет тепла пара наиболее высоких параметров, в то время как в последнем корпусе исходный раствор самой низкой концентрации получает тепло от вторичного пара, имеющего наиболее низкие давления и температуру. Поэтому при противотоке коэффициенты теплопередачи значительно меньше изменяются по корпусам, чем при прямотоке.

         Однако необходимость перекачивания  выпариваемого раствора из корпусов, где давление меньше, в корпуса  с более высоким давлением  является серьезным недостатком противоточной схемы, так как применение промежуточных циркуляционных насосов (насосы 4 и 5 на рис. 3) связано со значительным возрастанием эксплуатационных расходов. 
 
 

                                                                                                                                   Вторичный пар 

  Рис.1.4 Многокорпусная выпарная установка с параллельным питанием корпусов

       .Противоточные выпарные установки используют при выпаривании растворов до высоких конечных концентраций, когда в последнем корпусе (по ходу раствора) возможно нежелательное выпадение твердого вещества. Кроме того, по такой схеме выпаривают растворы, вязкость которых резко возрастает с увеличением концентрации раствора.

       По  схеме с параллельным питанием корпусов (рис. 1.4) исходный раствор поступает одновременно во все три корпуса установки. Упаренный раствор, удаляемый из всех корпусов, имеет одинаковую конечную концентрацию.

       Установки такой схемы используют, главным  образом, при выпаривании насыщенных растворов, в которых находятся частицы выпавшей твердой фазы (что затрудняет перемещение выпариваемого раствора из корпуса в корпус), а также в тех процессах выпаривания, где не требуется значительного повышения концентрации раствора.

       1.4. Общая полезная  разность температур  и ее распределение  по корпусам

       Общая разность температур многокорпусной прямоточной установки представляет собой разность между температурой первичного пара, греющего первый корпус, и температурой вторичного пара, поступающего из последнего корпуса в конденсатор Общая разность температур не может быть полностью использована ввиду наличия температурных потерь

       Для многокорпусной выпарной установки  общая полезная разность температур равна разности между температурой свежего пара, греющего первый корпус, и температурой конденсации вторичного пара, выходящего из последнего корпуса, за вычетом суммы температурных потерь во всех корпусах установки. 
 

       1.5. Выбор числа корпусов 

       С увеличением числа корпусов многокорпусной выпарной установки снижается расход греющего пара на каждый килограмм выпариваемой воды. Как было показано, в однокорпусном выпарном аппарате, на выпаривание 1 кг воды приближенно расходуется 1 кг греющего пара.

       При переходе от однокорпусной установки  к двухкорпусной экономия греющего пара составляет приблизительно 50%, то при переходе от четырехкорпусной к пятикорпусной установке эта экономия уменьшается до 10% и становится еще меньше при дальнейшем возрастании числа корпусов. Снижение экономии греющего пара с увеличением числа корпусов выпарной установки указывает на целесообразность ограничения числа ее корпусов.

       Однако  основной причиной, определяющей предел числа корпусов выпарной установки, является возрастание температурных  потерь с увеличением числа корпусов. Для осуществления теплопередачи необходимо обеспечить в каждом корпусе некоторую полезную разность температур, т. е. разность температур между греющим паром и кипящим раствором, равную обычно не менее 5-7 °С для аппаратов с естественной циркуляцией и не менее 3 °С для аппаратов с принудительной циркуляцией.

       При увеличении числа корпусов сверх допустимого предела сумма температурных потерь может стать равной или даже больше общей разности температур, которая не зависит от числа корпусов установки. В результате выпаривание раствора станет невозможным.

       Обычно  число корпусов многокорпусных

выпарных установок  не меньше двух, но не превышает пяти-шести. Наиболее часто многокорпусные установки имеют три, четыре корпуса.

Рис.   1.6.  Определение оптимального   числа      корпусов  многокорпусной выпарной установки:

1 - стоимость    пара;          2 - амортизационные   расходы;                                3 - суммарная стоимость   выпаривания 1 кг   воды.

       Чем больше число корпусов установки, тем      меньшая полезная разность температур приходится на каждый корпус и, следовательно, тем больше, при одной и той же производительности, общая поверхность нагрева выпарной установки. Приближенно общая поверхность нагрева выпарной установки увеличивается пропорционально числу ее корпусов. Практически вследствие температурных потерь, возрастающих с увеличением числа корпусов, возрастание общей поверхности нагрева установки является еще большим. Таким образом, в -многокорпусных установках экономия греющего пара связана с увеличением общей поверхности нагрева установки.

       Чем выше концентрация выпариваемого раствора, тем больше температурные потери и тем меньшее число корпусов может быть последовательно соединено в одну установку. Вместе с тем чем интенсивней, циркуляция раствора, тем меньше допустимая полезная разность температур в каждом корпусе и тем больше предельное число корпусов.

       Практически выбор числа корпусов наиболее рационально производить исходя из технико-экономических соображений.

       С увеличением числа корпусов достигается все большая экономия греющего пара и снижается общая стоимость расходуемого на выпаривание пара. Одновременно с увеличением числа корпусов возрастают капитальные затраты и амортизационные расходы.

       Удельный  расход пара снижается сначала быстро, а затем все медленнее с увеличением числа корпусов. Поэтому если нанести на график (рис. 6) зависимость стоимости выпаривания 1 кг воды от числа корпусов, то стоимость пара изобразится кривой 1. Амортизационные расходы можно приближенно считать пропорциональными числу корпусов (линия 2, близкая к прямой). Складывая ординаты линий 1 и 2, получают общую стоимость выпаривания 1 кг воды (кривая 3). Точка минимума на этой кривой соответствует наименьшим суммарным расходам на выпаривание и отвечающее ей число корпусов n_опт может быть в первом приближении принято в качестве оптимального.

       Оптимальное число корпусов можно определять с помощью расчета на электронно-вычислительных машинах. Методы оптимизации параметров выпарных установок с использованием ЭВМ, а также методы математического моделирования этих установок рассматриваются в специальной литературе.