Оптимизация выпарных аппаратов принудительной циркуляцией раствора

Оптимизация - это целенаправленная деятельность, за­ключающаяся в получении наилучших результатов в соответ­ствующих условиях.

Для определения оптимальной скорости раствора в циркуляционном контуре выпарного аппарата, м/с, по мини­муму годовых приведенных затрат рекомендуется следующее уравнение:

, (176)

где α_1i - коэффициент теплоотдачи при конденсации водя­ного пара на наружной стенке кипятильной трубы, Вт/(м²-К) (для первой ступени α₁ = α_E, формула (43))

R^ОПТ_i - оптимальное термическое сопротивление теп­лопередачи для i - го выпарного аппарата, (м²-К)/Вт; определяется в результате решения уравнения

(177)

Здесь

(178)

где ξ -коэффициент, учитывающий амортизацию оборудо­вания выпарной установки и коэффициент экономиче­ской эффективности, руб./(руб.год); ξ = 0,23..0,30 руб./(руб.год);

Ц_А - стоимость оборудования выпарной установки, отнесенная к 1 м² поверхности теплообмена выпарного аппарата, руб/м²;

Ц_эл - стоимость электроэнергии для привода циркуля­ционного насоса выпарного аппарата, руб/кВт-ч;

τ - время работы выпарной установки, час/год;

, (179)

где d - внутренний диаметр кипятильной трубы, м;

ξ_пр - приведенный коэффициент сопротивления цир­куляционного контура аппарата; в диапазоне Re = 10⁴..5∙10⁵ можно считать ξ_ПР = 19,9;

ρ_p,i - плотность выпариваемого раствора в i - м корпу­се, кг/м³ (по результатам п. 3.4);

; (180)

, (181)

где λ_р,i, Вт/(м-К), V_p,i,, м2/с, Pr_p,i, - соответственно коэф­фициент теплопроводности, коэффициент кинематиче­ской вязкости и число Прандтля выпариваемого раство­ра в i - м корпусе (из п. 3.4);

η_H - к.п.д. насосной установки выпарного аппарата;

изменяется в пределах 0,5..0,8;

L_i - высота кипятильной трубы в i - корпусе, м.

(182)

В данном случае значения геометрических, гидравличе­ских и теплофизических параметров в комплексах E' и B_2i выбираются конкретно для каждого аппарата выпарной уста­новки по средней концентрации и температуре кипения выпа­риваемого раствора.

Рекомендуется следующая последовательность опера­ций при определении оптимальной скорости циркуляции во всех аппаратах выпарной установки:

1. В соответствующих диапазонах изменения концен­трации и температуры раствора на выпарной установке вычисляют его теплофизические свойства ρ_P,i, Вт/(м-К); ν_P,i., м²/с и критерий Pr_p,i. [4].

2. Предварительно принимают значения следующих ве­личин: d, м; ξ_пр, η_H,l, m, ξ, руб/(руб.год); Ц_А, руб/м2; Ц_ЭЛ, руб/кВт-ч; τ, ч/год.

3. Вычисляют комплексы Э, А_2i,В_2,i,Е_i² для каждой ступени выпаривания.

4. По формулам (176) и (177) определяют оптимальные скорости циркуляции в заданном диапазоне изменения вели­чины коэффициента теплоотдачи при конденсации пара и строят графики функции W_ОПТ = f (b_i), где за постоянные па­раметры выбраны α_1i и t_pi (например, для раствора Na₂SO₄, рис. 5).

5. Определяют средние концентрации и температуры кипения раствора в аппаратах ϑ_i, °С; для каждого аппарата определяется коэффициент теплоотдачи α_li, °С; и по найден­ным bˉ_i, ϑ_i и α_1i по графикам на рисунке 5 находят W_2i для каждого аппарата МВУ.

Вычисления с целью построения графика W_ОПТ = f(b_i, ϑ_i) для любого раствора можно произвести на персональном компьютере по программе "Воск-4".

РАСТВОР Na2SO4

Рис. 5. Температура раствора, °С:

1-100; 2-105; 3-110; 4-115; 5-120

Рис. 6. Конструктивная схема нижней части сепаратора выпарного аппарата