загрузка...
 
6.2. Балансові рівняння випарного апарата
Повернутись до змісту

6.2. Балансові рівняння випарного апарата

Розрахункова схема випарного апарата наведена на рисунку 6.3.

а)

б)

Рисунок 6.3 – Розрахункова схема випарного апарата:

а – схема матеріальних і енергетичних потоків; б – процеси

у T, s – діаграмі

Відповідно до даної схеми систему у межах контура: “А” перетинають такі потоки:

- гріючої пари (вхід – 1г, вихід – 2г);

- випаровуваного розчину (вхід – 1р, вихід – 2р);

- вторинної пари (вихід – 1w);

- тепловий потік у навколишнє середовище – .

Процес конденсації гріючої пари у T, s – діаграмі зображений при постійному тиску рГ зі зміною станів у межах 1г – 2г. Процес кипіння розчину відбувається при тиску рw з переходом стану розчинника з 1*P в 1w, де індексом “*” позначатимуться параметри розчинника при температурі кипіння.

Позначимо масові витрати потоків у вигляді:

 – масова витрата гріючої пари;

 – масова витрата вторинної пари, що виходить з даного апарата;

 – масова витрата розчину, що надходить на випаровування в апарат (початкове значення);

 – масова витрата упареного розчину (кінцеве значення).

Також позначимо:

 – концентрація розчину (за абсолютно сухою речовиною у розчині) на вході у випарний апарат;

 – концентрація розчину на виході з апарата.

З урахуванням позначень можна записати:

- матеріальний баланс за абсолютно сухою речовиною, що знаходиться у розчині

        ;                           (6.1)

матеріальний баланс випарного апарата

.                                     (6.2)

На базі даних балансових рівнянь можна отримати рівняння зв'язку витрати вторинної пари та інтервалу зміни концентрації розчину

,                        (6.3)

,                        (6.4)

або, позначивши;

,                               (6.5)

,                             (6.6)

при цьому матиме місце рівність :

,                             (6.7)

;                             (6.8)

енергетичний баланс випарного апарата при використанні першого закону термодинаміки для потокових систем має вигляд

,         (6.9)

де h1w, h1p, h2p, h1Г, h2Г – питомі ентальпії робочих середовищ відповідних потоків.

Використання представлених балансових рівнянь залежить від цільового призначення розрахунку. Проте у будь-якому випадку необхідно знати витрату енергоносіїв. Для гріючої пари з рівнянь випливає, що

,               (6.10)

.          (6.11)

При визначенні питомої ентальпії h2p необхідно враховувати тепловий ефект концентрації розчину. Величину теплостоків у навколишнє середовище беруть у вигляді частки від теплового навантаження на апарат .

Цю величину втрат тепла забезпечують шляхом облаштування необхідної товщини ізоляційного матеріалу. При припущенні, що , можна використати рівність ;

ексергетичний баланс випарного апарата у межах контуру “А” на рисунку 6.3

,                     (6.12)

де  – потік ексергії палива випарного апарата;

 – потік ексергії продукту випарного апарата;

 – потік деструкції і втрат випарного апарата.

Ексергетична ефективність випарного апарата

,                   (6.13)

або з урахуванням величин питомих ексергій

.               (6.14)

Заміна відношення масових витрат вторинної пари і гріючого агента відповідно до виразу (6.11) приводить рівняння ексергетичної ефективності випарного апарата до вигляду

,                 (6.15)

або,  використовуючи позначення, прийняті у розділі 2.2.6:

,                                (6.16)

де температурна функція перетворень для розчину

            (6.17)

і для гріючої пари (котельної пари)

.                                   (6.18)

Як показують розрахунки, ексергетична ефективність безпосередньо самого випарного апарата досить висока, і зі зменшенням корисної різниці температур  вона досягатиме максимального значення.

Проте цільове призначення випарного апарата полягає у зміні концентрації розчину, а не в отриманні вторинної пари, і в цьому випадку, при скиданні потоку вторинної пари у навколишнє середовище з рівняння (6.13) виключається величина .

Більш правильним є розгляд ексергетичної ефективності не випарного апарата а всієї установки, про що йдеться у наступному розділі.



загрузка...