(8)

где IВП – энтальпия вторичного греющего пара, кДж/кг; сВ , сН – теплоемкости соответственно воды и конденсата греющего пара, кДж/(кг×К); tК – температура конденсата греющего пара, К; М – масса конденсата, кг.

Полезная разность температур в каждом корпусе может быть рассчитана по уравнению:

(9)

Анализ этого уравнения показывает, что величина Δtпер/2 представляет собой дополнительную температурную потерю. В связи с этим общую полезную разность температур выпарных установок с аппаратами с вынесенной зоной кипения нужно определять по следующему выражению:

(10)

1.3 Расчёт полезной разности температур

Общая полезная разность температур равна:

(11)

Полезные разности температур по корпусам (в °С) равны:

Тогда общая полезная разность температур равна:

°С

Проверим общую полезную разность температур:

°С

1.4 Определение тепловых нагрузок

Расход греющего пара в первый корпус, производительность каждого корпуса по выпаренной воде и тепловые нагрузки по корпусам определим путём совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения баланса по воде для всей установки:

(12)

(13)

(14)

(15)

где 1,03 – коэффициент, учитывающий 3 % потерь в окружающую среду; сН, с1, с2 – теплоёмкости растворов соответственно исходного (начальной концентрации), в первом и во втором корпусе, кДж/(кг∙К); Q1конц, Q2конц, Q3конц – теплота концентрирования по корпусам, кВт; tН – температура кипения исходного раствора в первом корпусе, °С:

где - температурная депрессия для исходного раствора. При решении уравнений (12) – (15) можно принять Iвп1 ≈ Iг2; Iвп2 ≈ Iг3; Iвп3 ≈ Iбк.

Анализ зависимостей теплоты концентрирования от концентрации и температуры показал, что она наибольшая для третьего корпуса. Поэтому рассчитаем теплоту концентрирования для третьего корпуса:

(16)

где Gсух – производительность аппаратов по сухому Na2SO4, кг/с; Δq – разность интегральных теплот растворения при концентрациях х2 и х3, кДж/кг [4].

кВт

Сравним Q3конц с ориентировочной тепловой нагрузкой для третьего корпуса Q3 ОР:

Поскольку Q3конц составляет значительно меньше 3% от Q3ор, в уравнениях тепловых балансов по корпусам пренебрегаем величиной Qконц.

Получим:

Решаем эту систему уравнений:

кг/с

кг/с

кг/с

кг/с

Решение системы уравнений даёт следующие результаты: D = 0,83 кг/с; w1 = 0,83 кг/с; w2 = 0,89 кг/с; w3 = 0,95 кг/с; Q1 = 1854,5 кВт; Q2 = 1820,5 кВт; Q3 = 2000,5 кВт.

Наибольшее отклонение вычисленных нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе от предварительно принятых (w1 = 0,81 кг/с; w2 = 0,89 кг/с; w3 = 0,97 кг/с) не превышают 5 %, поэтому не будем пересчитывать концентрации и температуры кипения растворов по корпусам.

Полученные величины сводим в таблицу 1.

Таблица 1 Параметры растворов и паров по корпусам

1.5 Выбор конструкционного материала

Выберем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора Na2SO4 в интервале изменения концентраций от 6 до 30 % [5]. В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х17. Скорость коррозии её менее 0,1 мм/год, коэффициент теплопроводности λст = 25,1 Вт/(м∙К).