Расчет многокорпусной выпарной установки.

Наиболее простым методом расчета многокорпусной выпарной установки является метод Классена. При расчете принимают следующие допущения:

1) раствор поступает в корпус перегретым, а эффект самоиспарения компенсируется тепловыми потерями;

2) 1 кг греющего пара выпаривает из раствора 1 кг воды, т.е.

образует 1 кг вторичного пара.

Метод дает вполне удовлетворительные результаты для расчета двух и трехкорпусных установок. Погрешность в определении выпаренной воды и расхода пара возрастает с увеличением числа корпусов. Наибольшая ошибка имеет место для последнего корпуса, работающего под вакуумом, т.к. в последнем корпусе наблюдается наибольший эффект самоиспарения и наименьшие потри тепла.

Основные положения метода Классена рассмотрим на примере выпарной установки, состоящей из n корпусов с заданными отборами экстрапара Е₁, Е₂, Е₃,... Е_n-1 и количеством выпаренной воды W во всей установке.

Количество выпаренной воды по корпусам будет:

1 корпус — W₁ = D₁ = X

2 корпус — W₂ = D₂ = D₁ - E₁ = X - E₁

3 корпус — W₃ = D₃ = D₂ - E₂ = X - E₁ - E₂

....................................

n корпус — W_n = D_n = D_n-1 - E_n-1 = X - E₁ - E₂ -... - E_n-1

Общее количество выпаренной воды:

W = W₁ + W₂ + W₃ +...+ W_n = nX - (n‑ 1)E₁ - (n‑ 2)E₂ -...- E_n-1

Тогда расход греющего пара

W + (n‑ 1)E₁ + (n‑ 2)E₂ +...+ E_n-1
Х = W₁ = D₁ = ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─
n

Количество воды выпаренной в любом корпусе можно определить из выражения:

W_n = [W - E₁ - 2E₂ -...- (n‑ 1)E_n-1]/n.

Отсюда можно получить выражение, связывающее общее количество выпаренной воды с заданными пароотборами и количеством воды, выпаренной в последнем корпусе:

W = E₁ + 2E₂ + 3Е₃ +... + (n‑ 1)E_n-1 + nW_n.

В частном случае для пятикорпусной выпарной установки получим:

Общее количество выпаренной воды:

W = E₁ + 2E₂ + 3Е₃ + 4Е₄ + 5W₅.

Расход греющего пара:

W + 4E₁ + 3E₂ + 2E_n-1 + Е₄
W₁ = D₁ = ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─.
5

Анализируя полученные уравнения можно сделать выводы:

1.Производительность выпарной установки зависит от пароотбора и возрастает при его увеличении. Влияние пароотбора на производительность увеличивается от головного к хвостовому корпусу;

2.При увеличении пароотбора возрастает расход греющего пара на первый корпус;

3.При вычислении количества выпаренной воды в последнем корпусе может получиться отрицательный результат. Это значит, что необходимо изменить принятый пароотбор: уменьшить его из хвостовых и увеличить их головных корпусов;

4.Экономически выгоднее увеличивать пароотбор из хвостовых и уменьшать из головных корпусов т.к. это повышает в большей степени производительность или уменьшает расход греющего пара. Однако вторичный пар из хвостовых корпусов имеет более низкую температуру и его использование ограничено. Поэтому экстрапар отбирают из головных корпусов;

5.При выпаривании без пароотбора выпаренная вода равномерно распределяется по корпусам установки, т.е. W₁=W₂=W₃=...=W_n=W/n.

Полной разностью температур многокорпусной выпарной установки является разность между температурой греющего пара в первом корпусе и температурой вторичного пара последнего корпуса:

Dt_полн = t_пп.1 —t_вп.n.

Температурные потери всех корпусов:

_{n n n n}
S D_i = D₁ + D₂+...+ D_n = S D_{i ф‑ х}+ S D_{i гс}+ S D_{i г}.
^{i=1 i=1 i=1 i=1}

Полезный температурный перепад для всей установки:

_n
Dt = Dt_полн —S D_i.
ⁱ⁼¹

Для распределения полезной разности температур между отдельными корпусами пользуются следующими формулами:

1. При минимальной общей поверхности нагрева всех корпусов полезную разность температур определяют пропорционально отношению (Q/K)^{0, 5}: _____

Dt₁ × √ Q_n/K_n
Dt_n = ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─,
_n ____
S × √ Q_n/K_n
¹

где Dt₁ —полезная разность температур первого корпуса; Q_n —тепловя нагрузка n‑ корпуса; K_n —коэффициент теплопередачи в n‑ корпусе.

При расчете выпарной установки с минимальной общей поверхность теплопередачи, поверхности отдельных корпусов могут значительно отличаться друг от друга. По конструктивным соображениям желательно иметь распределение полезной разности температур, обеспечивающее одинаковые поверхности теплообмена отдельных корпусов установки.

2. Из условия одинаковой поверхности нагрева полезная разность температур распределяется пропорционально отношению Q/K и определяется по формуле:

Dt₁ (Q_n/K_n)
Dt_n = ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─,
_n
S (Q_n/K_n)
¹