Тепловые расчеты многоступенчатых выпарных батарей

Тепловые расчеты выпарных батарей разделяют на проектные и поверочные.Проектный расчет выполняют при проектировании с целью определения теплообменных поверхностей кипятильников выпарных аппаратов и теплообменников. Поверочный расчет выполняют при анализе работы действующих выпарных батарей.

Обычно в проверочных расчетах используется метод И.А.Тищенко - решение уравнений полного теплового баланса (УПТБ) МВУ. Уравнение баланса массы и энергии составляются для каждого теплоиспользующего элемента МВУ.

Традиционный метод решения этих уравнений - метод исключения

зависимых переменных, содержит различные коэффициенты и допущения, введение которых лишает решение наглядности и делает его громоздким. К тому же каждая конкретная задача начинается с вывода уравнений и их решения. Между тем, можно свести систему уравнений полного теплового баланса (СУПТБ) к системам линейных алгебраических уравнений. Методы решения этих уравнений общеизвестны и реализованы на электронных вычислительных машинах

 Поверочный расчет выпарных батарей

Поверочный расчет позволяет получить информацию о распределении выпаренной воды, определить коэффициенты теплопередачи по корпусам выпарных аппаратов, подогревателей и, таким образом, проанализировать работу всей батареи и отдельных теплоиспользующих элементов

Проектный тепловой расчет.

 Проектный расчет производится, когда известны параметры теплоносителей на входе и выходе из установки и их расходы, число ступеней и схема выпаривания. Целью расчета является установление поверхности теплообмена и температурного режима работы МВУ.

Существует много вариантов расчета, отличающихся, главным образом, степенью точности определения параметров.

Для целей математической оптимизации и ориентировочных тепловых расчетов рекомендуется следующий метод, в котором приняты допущения:

- при подводе единицы массы греющего пара в кипятильник выпарного аппарата производится эквивалентное количество вторичного пара;

- процесс выпаривания ведут в адиабатических условиях ((φ= 1);

- теплота конденсата на выходе из кипятильников в схеме не используется и компенсирует не учтенные потери теплового потока при его отводе через термическую изоляцию и не изолированные участки оборудования.

Расчет начинают с составления таблицы исходных величин:

t_n, r_n, Δt_n, T_n, Θn, Δh_n, F_n, i_n, Δi_n, C_n

где:

n - номер корпуса выпарного аппарата; t_n, r_n, - температура и энергия фазового перехода пара на входе в n кипятильник; Δt_n - полезный температурный напор (задается), T_n - температура кипения раствора; Θn - физико-химическая температурная депрессия, Δh_n - гидростатическая депрессия, , t_n, i_n, Δi_n - температура и энтальпия вторичного пара, гидравлическая депрессия,

C_n - концентрация раствора по корпусам (задается путем равномерного распределения повышения концентрации по корпусам).

Гидростатическую депрессию определяем по формуле:

ΔР = х ∙ h / 2 ∙ 10⁴(4.11)

где:

х ∙ h - кажущийся уровень в аппарате, х ∙ h = 0,1; h - высота кипятильной трубы.

Для аппарата с падающей пленкой и принудительной циркуляцией ΔР =О. Потери на гидравлическую депрессию (i) принимается равными одному градусу на каждый корпус.

Физико-химическую температурную депрессию определяют из таблиц, графиков или по специальным уравнениям; плотность раствора - по таблицам экспериментальных данных или уравнений в функции концентрации и температуры раствора. Расчет исходных данных величин, начинаем с последнего корпуса.

На основе исходных данных определяем тепловые потоки по корпусам выпарных аппаратов по методике, рассмотренной в поверочном расчете. При этом уточняются выбранные концентрации по корпусам и соответствующие их параметры (физико-химическая температурная депрессия, температура вторичного пара и др.).

Далее вычисляются аналитически (или принимаются из экспериментальных данных) коэффициенты теплопередачи по корпусам. Последним этапом расчета является определение поверхности теплообмена кипятильников выпарных аппаратов.

Составление таблицы исходных данных рассмотрим на примере трехступенчатой прямоточной выпарной установки.

Таблица 4.1

Основные конструкции выпарных аппаратов

Существует множество конструкций выпарных аппаратов. В производстве чаще всего используют выпарные установки с трубчатой или пластинчатой теплообменной поверхностью. Выпарные аппараты целлюлозной промышленности и технологические схемы на их основе представляют достижения лучших зарубежных и отечественных фирм.