Вторичный пар из последнего корпуса направляется в конденсатор смешения (барометрический конденсатора) с целью создания в нем вакуума.
В конденсаторе поднимающиеся вверх пары конденсируются при прохождении через водяные завесы, создаваемые потоком охлаждающей воды, перетекающей с верхних полок на нижние.
Для увеличения поверхности контакта пара с водой в полках имеются отверстия, через которые последняя протекает, образуя струи и капли (в виде дождя).
Резкое уменьшение при конденсации пара занимаемого им объема приводит к созданию вакуума в конденсаторе, а значит, и в соединенном с ним выпарном аппарате.
Теоретически достижимый вакуум (точнее – остаточное давление) соответствует упругости водяного пара над смесью отработанной охлаждающей воды и образовавшегося конденсата.
Реально создается несколько меньший вакуум (остаточное давление на уровне 5000 – 10000 Па), так как в конденсатор попадают неконденсирующиеся газы.
Неконденсирующиеся газы – это, прежде всего, воздух. При выпаривании карбонатов – диоксид углерода, образующийся в результате частичного разложения солей. Последние содержатся во вторичном паре (изначально – в выпариваемом растворе), а также выделяются (десорбируются) из охлаждающей воды при попадании ее из сети в зону низкого давления (в конденсатор) и повышении ее температуры.
Наиболее заметный источник неконденсирующихся газов в конденсаторе смешения – воздух, подсасываемый извне через неплотности разъемных соединений установки.
Для поддержания заданного вакуума неконденсирующиеся газы (реально — парогазовая смесь) непрерывно отсасываются из верхней части конденсатора вакуум-насосом, чаще всего – водокольцевым.
Точного метода расчета основных размеров барометрического конденсатора смешения не существует.
Его диаметр оценивают по расходу вторичного пара и его скорости в свободном сечении (10 – 15 м/с), а затем по каталогам подбирают ближайший больший (по диаметру) конденсатор.
Число каскадов принимают 5 – 7 – этого достаточно для полной конденсации вторичного пара.
Площадь сегментных вырезов для прохода парогазовой смеси с каскада на каскад составляет 40 – 50 % от площади сечения конденсатора.
Для нормальной работы барометрического конденсатора смешения необходимо обеспечить требуемые расходные характеристики:
– расход охлаждающей воды
– объемный расход отсасываемой парогазовой смеси (последний необходим для подбора вакуум-насоса).
При использовании подземной (артезианской) воды температуру воды принимают в зависимости от географического места расположения конденсатора смешения.
В случае оборотной воды – от 15 до 30 °С. Последняя цифра определяется возможностью охладить нагретую воду в градирнях в летних условиях для данной местности.
Температура жидкости, покидающей конденсатор, вообще говоря, вследствие развитой поверхности контакта, может быть принята равной температуре конденсации паров в конденсаторе (потоковая задача теплопереноса).
Однако в практических расчетах (для большей гарантии) ее обычно принимают на 2 – 3 градуса ниже температуры конденсации паров в конденсаторе.
Температура конденсации ниже температуры насыщения вторичного пара, покидающего выпарной аппарат, на величину гидравлической депрессии. Причина появления депрессии – понижение давления пара при его транспортировании по трубопроводу от аппарата к конденсатору: с уменьшением давления понижается и температура насыщения (конденсации) пара – от пара в выпарном аппарате до температуры конденсации в конденсаторе. Из опыта работы выпарных аппаратов установлено, что эта разность составляет Dг=1–2 ºС.
Максимальная температура воды ограничена. Основные причины ограничения следующие:
– возможное отложение солей в конденсаторе и барометрической трубе (особенно интенсивное при температурах выше
50 – 55 °C);
– увеличение давления водяных паров с повышением температуры воды, что приводит к понижению парциального давления.
Для нормальной работы конденсатора смешения требуется непрерывно отводить смесь отработанной воды и образующегося конденсата. Проблема здесь возникает в связи с вакуумом в конденсаторе.
Принципиально возможен отвод жидкости с помощью насоса, однако значительный расход энергии на ее откачку делает этот способ экономически нецелесообразным.
Практически выгодно отводить жидкость из конденсатора с помощью барометрической трубы.
Гидростатическое давление столба воды в барометрической трубе вместе с давлением в конденсаторе позволяет уравновесить атмосферное давление и создать при этом гидравлический затвор, препятствующий проходу атмосферного воздуха в конденсатор.
Основные понятия и расчетные формулы
1.3.1. Расчет выпарной установки
Схема установки приведена на рис. 2. Полезная разность температур в выпарном аппарате 
(в °С) – разность между температурами греющего пара 
и кипящего раствора 
, т.е.
. (1.1)
Рис. 2. Схема выпарной установки
В многокорпусной выпарной установке полная разность температур 
– это разность между температурами пара 
, обогревающего первый корпус, и вторичного пара 
, выходящего из последнего (n-го) корпуса и входящего в конденсатор:
. (1.2)
Полезная разность температур на установке 
меньше полной на величину температурных потерь 
, вызываемых физико-химической 
, гидростатической 
и гидравлической 
депрессиями:
. (1.3)
Температура кипения раствора:
. (1.4)
Физико-химическая депрессия равна разности температур кипения раствора и чистого растворителя.
Физико-химическую депрессию сахарных растворов, фруктовых соков и сгущаемого молока можно рассчитать по формуле:
(1.5)
для томатных соков:
; (1.6)
где хк− конечная концентрация сухих веществ, %;
р – давление пара в корпусе, кПа.
Гидростатической депрессия – это повышение температуры кипения в слое жидкости, расположенном ниже зеркала на глубине, равной средней глубине. Она возникает за счет повышения давления жидкости вследствие воздействия гидростатического давления столба жидкости над ним. Для каждого корпуса можно принять 
.
Гидравлическая депрессия – это разность температур над поверхностью раствора и в конце паропровода на входе в следующий корпус или на его выходе в другой аппарат. Эта разность температур расходуется на побуждение движения вторичного пара и энергетически соответствует гидравлическим потерям в его паропроводе и затратам энергии на ускорение вначале неподвижного пара до скорости в паропроводе. Обычно в расчетах разность задают равной 
.
При равных поверхностях нагрева корпусов выпарной установки общая полезная разность температур 
распределяется между корпусами по формуле:
. (1.7)
Разность температур (в °С), необходимая для передачи заданного количества тепла Q (Вт) через поверхность нагрева F (м2) выпарного аппарата:
, (1.8)
где W – количество воды, выпаренной в аппарате, кг/с;
r – удельная теплота парообразования, Дж/кг;
u – массовое напряжение поверхности нагрева (u=W/F), кг/(м2с).
Полезная разность температур многокорпусной установки равна сумме полезных разностей температур в каждом из корпусов:
. (1.9)
Количество воды W (кг/с), выпаренной в однокорпусной выпарной установке для сгущения G (кг/с) раствора от хн до хк (мас. %):
. (1.10)
При известных хн и W конечная концентрация раствора хк (мас. %) после однокорпусной выпарной установки:
. (1.11)
Расход греющего пара на однокорпусную выпарную установку
, (1.12)
где с1 и с2 — теплоемкости раствора до и после сгущения, Дж/(кг × К);
t1 и t2 – температура раствора до и после сгущения, °С;
i 1 и i2 – энтальпии греющего и вторичного пара, Дж/кг;
ск и св – теплоемкости конденсата и воды, Дж/(кг × К);
tк – температура конденсата, °С 
.
Необходимая поверхность нагрева F (м2) аппарата
, (1.13)
где D п – расход греющего пара на п-ый корпус установки, кг/с;
r – удельная теплота парообразования, Дж/кг.
Для многокорпусной выпарной установки общее количество выпаренной воды W (кг/с) будет равно:
, (1.14)
где G – количество раствора, поступающего в первый корпус, кг/с;
хн – концентрация раствора, входящего в корпус, %.
хк– концентрация раствора, уходящего из последнего корпуса, %.
Общее количество воды, выпаренной на установке, равно сумме количеств воды, выпаренной в каждом из ее корпусов:
. (1.15)
Конечная концентрация раствора хк (мас. %) в любом п–корпусе установки:
. (1.16)
Количество воды Wп (в кг/с), выпаренной в любом п–корпусе установки, с учетом теплопотерь, составит:
, (1.17)
где Dп — расход пара на п-корпус, кг/с;
α n — коэффициент испарения, Вт/м2К;
β n – коэффициент самоиспарения,
Δn — коэффициент, учитывающий теплопотери на установке.
Для выпарной установки, работающей с отбором экстрапара Е (кг/с), общее количество выпаренной воды W (в кг/с):
, (1.18)
где п – число корпусов на установке;
x = W1 – количество воды, выпаренной в первом корпусе, кг/с;
Е1, Е2, ... , Еп-1 – отборы экстрапара в I, II и в предпоследнем корпусах, кг/с.
Общее количество воды W, выпаренной на установке, при известных отборах пара и количестве воды, выпаренной в последнем корпусе, Wп:
(1.19)
Расход греющего пара D1 (кг/с), поступающего в первый корпус, или количество выпаренной в нем воды:
. (1.20)
Количество воды W n (кг/с) выпаренной в п-корпусе:
. (1.21)
Если отработанный пар Rп (кг/с) дополнительно вводят во II корпус (I корпус при этом называют 0 – корпусом), то в приведенных выше уравнениях, учитывающих отборы экстрапара, вместо Еп подставляют (Е–R п). Например, для четырехкорпусной установки с 0 – корпусом расход пара на 0 – корпус составит:
,
а общий расход пара на установку D (кг/с): 
.
Для однокорпусной выпарной установки с паровым инжектором расход рабочего пара Dр (кг/с) определяют по формуле:
, (1.22)
где u – коэффициент инжекции (u = Dв/Dр);
Dв – количество вторичного пара, засасываемого инжектором, кг/с.
Величину коэффициента инжекции определяют по формуле:
(1.23)
где φ1, φ2, и φ3 , – соответственно коэффициенты потерь скорости в сопле, в камере смешения и в камере сжатия; 
; 
и 
;
h р – адиабатический перепад энтальпий при расширении рабочего пара от рабочего давления рР до давления вторичного пара рВ, Дж/кг;
h с – адиабатический перепад энтальпий при сжатии вторичного пара от рВ до рГ греющего пара, Дж/кг.
В аппаратах с естественной циркуляцией оптимальный уровень раствора h опт (м) в кипятильных трубах высотой Н (м), соответствующий максимальному значению коэффициента теплоотдачи α2, рассчитывают по формуле:
, (1.24)
где Н — высота кипятильной трубы, м;
ρр и ρв – плотности раствора и воды, кг/м3.
Скорость циркуляции wц (м/с) раствора в трубах можно определить по отношению h опт / H с помощью графика, (рис. 3).
Рис. 3. Зависимость скорости циркуляции от hопт/H .
Количество вторичного пара Dвт.п. (кг/с), образующегося в испарителе из горячего конденсата в результате снижения давления (температуры), рассчитывают по формуле:
, (1.25)
где Gк – количество конденсата, поступающего в испаритель, кг/с;
c к − теплоемкость конденсата, Дж/(кг × К);
t к.н. и t к.с. − температура конденсата начальная и при самоиспарении, °С;
r вт.п.− удельная теплота парообразования вторичного пара, Дж/кг.
Дата: 2018-12-28, просмотров: 2672.
