2.3.2. Матеріальний баланс

Рисунок 2.4. До складання матеріального балансу БВУ

1-3 – корпуси;

4 – барометричний конденсатор;

5 – вловлювач;

6 – насос.

За аналогією з матеріальним балансом для однокорпусної випарної установки складаємо матеріальний баланс для БВУ, відповідно до якого загальна кількість води W, що випарюється у всіх корпусах, складає

, (23)

де G_н і в_н - витрата і концентрація початкового розчину;

в_п - концентрація упареного розчину, що видаляється з останнього корпуса.

Виходячи з рівнянь для однокорпусної установки, можна визначити концентрації розчину на виході з кожного корпуса БВУ (індекси 1, 2, 3, . . . , n відповідають порядковому номеру корпуса).

(24)

(25)

(26)

(27)

2.3.3. Тепловий баланс

Розглянемо тепловий баланс три корпусної вакуум-випарної прямотечійної установки, перший корпус якої обігрівається свіжою насиченою водяною парою (рис. 4.).

Витрати свіжої (первинної) пари D₁ (кг/сек), його ентальпія I_г1 і температура ₁C.

Після першого корпуса відбирається Е₁ (кг/сек) і після другого корпуса Е₂ (кг/сек) екстра-пари. Відповідно витрати вторинної пари з першого корпуса, що направляється як гріюча у другий корпус, складає (W₁ - E₁) кг/сек і вторинної пари з другого корпуса, гріючої третій корпус (W₂ - E₂) кг/сек, де W₁ , W₂ - кількості води, що випарюється в I і II корпусах відповідно.

Рівняння теплових балансів корпусів:

I корпус

(28)

II корпус

(29)

III корпус

(30)

де с'₁; с'₂; с'₃ - питомі теплоємності парового конденсату при температурах конденсації ₁; ₂; ₃ відповідно;

c₁; c₂; c₃ - питомі теплоємності розчину по корпусах (при середній температурі розчину в кожнім корпусі);

с''₁; с''₂; с''₃ - питомі теплоємності води при температурі t_k1; t_k2; t_k3;

t₀; t_k1; t_k2; t_k3 - температура початкового розчину і температура кипіння розчину по корпусах;

Q_конц1; Q_конц2; Q_конц3 - теплоти концентрування розчину по корпусах;

Q_п1; Q_п2; Q_п3 - утрати тепла в навколишнє середовище по корпусах.

Утрати тепла в навколишнє середовище приймають рівним 3..5% від Q₁, Q₂, Q₃ відповідно.

У вакуум-випарній установці з паралельним рухом гріючої пари і розчину в наслідок самовипару останнього члени теплового балансу, що виражають витрату тепла на нагрівання розчину до температури кипіння в даному корпусі, у всіх корпусах (крім першого) будуть мати негативне значення.

Зокрема, для трьохкорпусної випарної установки:

t_k2<t_k1 і t_k3<t_k2 ,

Для рішення системи рівнянь, які ми розглянули вище, їх доповнюють рівнянням матеріального балансу по воді, що випарюється, яке має вигляд

W=W₁+W₂+W₃ , (31)

де W - загальна кількість води, що випарюється в установці, визначена з рівняння матеріального балансу.

З рівнянь теплового балансу визначають витрати гріючої пари і теплові навантаження корпусів.

2.3.4. Загальна корисна різниця температур і її розподіл по корпусах

Загальна різниця температур ∆t_заг багатокорпусної прямотечійної установки являє собою різницю між температурою Т₁ первинної пари, гріючої перший корпус, і температурою вторинної пари Т'_к, що надходить з останнього корпуса в конденсатор

∆t_заг = Т₁ -Т'_к . (32)

Загальна різниця температур не може бути цілком використана через наявність температурних утрат. Тому корисна різниця температур для всієї установки буде менше ∆t_заг.

Для БВУ загальна корисна різниця температур дорівнює різниці між температурою Т₁ свіжої пари, гріючої перший корпус, і температурою конденсації Т'_n вторинної пари, що виходить з останнього (n-го) корпуса, за винятком суми температурних утрат ∆ в усіх корпусах установки (з обліком ∆'''), тобто

∆t_кор=Т₁-Т'_n - ∆ . (33)

Загальна корисна різниця температур ∆t_кор повинна бути розподілена між корпусами з урахуванням умов їх роботи. Як випливає з основного рівняння теплопередачі, поверхня нагріву (F) корпуса при заданих тепловому навантаженні Q і коефіцієнті теплопередачі k визначається величиною ∆t_кор. Відповідно зменшення коефіцієнту теплопередачі по корпусах, обумовлене, наприклад, збільшенням в'язкості розчину, що випарюється, можна компенсувати збільшенням корисної різниці температур в них.

Поверхня нагріву усієї випарної установки при даних теплових навантаженнях корпусів буде також залежати від розподілу загальної корисної різниці температур між корпусами. В основі найбільш застосовуваних способів розподілу t_кор лежать економічні міркування.