Материальный и тепловой балансы однокорпусной выпарной установки.

Согласно материальному балансу количество сухих веществ в растворе до и после выпаривания остается постоянным.

G(B_н/100) = (G —W)(B_к/100),

откуда количества выпаренной воды:

W = G(1‑ B_н/B_к),

где G —количество раствора поступившего на выпаривание, кг/с;

B_н и B_к —начальная и конечная концентрации раствора, %_масс;

W —количество выпаренной воды, кг/с.

Расход греющего пара определяют из уравнения теплового баланса (сим. рис.)

Приход тепла:

с раствором Q₁= Gc₁t₁;

c греющим паром Q₂= D i_пп.
Расход тепла:

с упаренным раствором Q₃= (Gc₂-Wc_в)t₂;
со вторичным паром Q₄= W i_вп;
с конденсатом Q₅= Dc_кt_к;
потери тепла — Q_п.

Тепловой баланс запишется в виде:

Q₁ + Q₂ = Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q_п,

или

Gc₁t₁ + Di_пп=(Gc₂-Wc_в)t₂ + W i_вп + Dc_кt_к + Q_п.

Отсюда расход греющего пара на выпаривание раствора:

G(c₂t₂ —c₁t₁) W(i_вп —c_вt₂) Q_п
D = ─ ─ ─ ─ ─ ─ + ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ + ─ ─ ─ ─ ─,
i_пп —c_кt_к i_пп —c_кt_к i_пп —c_кt_к

где c₁ и c₂ —теплоемкости раствора до и после выпаривания;

c_в и c_к —теплоемкости воды и конденсата;

t_к —температура конденсата;

t₁ и t₂ —температура раствора до и после выпаривания;

i_пп и i_вп —энтальпия первичного и вторичного пара.

Таким образом, общий расход пара складывается из расхода тепла на нагрев раствора до температуры кипения, расхода тепла на выпаривание определенного количества воды и на компенсацию потерь в окружающую среду.

Первое слагаемое может быть отрицательным (когда раствор поступает в аппарат перегретым), равным нулю (когда раствор подогрет до температуры кипения) и положительным (если температура раствора ниже температуры кипения).

Отношение расхода пара к количеству выпаренной воды называют удельным расходом пара. На практике считают, что на образование 1 кг вторичного пара в однокорпусной выпарной установке расходуется 1, 1 —1, 2 кг первичного пара.

Поверхность нагрева выпарного аппарата определяется из основного уравнения теплопередачи:

Q = K F Δ t.

Тепловая нагрузка аппарата

Q = D(i_пп —c_кt_к) = Dr.

Тогда

F = Dr/(KDt),

где r —скрытая теплота парообразования при данном давлении;

К —коэффициент теплопередачи;

Dt —полезная разность температур.