Проектирование адиабатной выпарной установки термического обессоливания воды

2.2 Основные характеристики проектируемой адиабатной выпарной установки

2.2.1 Для улучшения характеристик установки принимаем температуру воды поступающей на испарение на выходе из головного подогревателя равной t1=100 оС. Согласно рекомендациям [20] на стр. 107 температуру рассола на выходе из последней ступени принимают равной 35 – 40 оС. Исходная вода на установку подается после предочистки из корпуса 174 с температурой tисх=30 оС.

Распределение располагаемого температурного напора по ступеням предполагаем равный, как технологически наиболее выгодный [27]. Кратность концентрирования в установке принимается равной 3 [20].

Общее количество ступеней установки делим на два контура [20]. Первый контур состоит из ступеней отвода теплоты, в которых теплота конденсации образующегося пара передаётся охлаждающей воде; второй представляет собой ряд ступеней регенерации, где теплота воспринимается нагреваемым рассолом. Согласно [20] число ступеней в первом контуре принимается равным трём, так как увеличение числа ступеней ведёт к потере теплоты со сбрасываемой водой. Оптимальное же число ступеней, входящих в регенеративный контур, чаще всего равно 5 – 6, что связано с расположением конденсаторов в корпусах. Основываясь на имеющихся данных число ступеней в установке принимается равным 9.

Для предотвращения накипеобразования на поверхностях теплообмена в циркулирующий рассол добавляется антинакипин в количестве до 10 мг/л в зависимости от типа.

Установка имеет горизонтальную компоновку и устанавливается в помещении. Это позволит защитить выпарные аппараты от воздействия внешней среды и обеспечить необходимый температурный режим.

2.3 Тепловой расчёт

2.3.1 Исходные данные теплового расчёта

2.3.1.1 Число ступеней испарения N=9 шт.;

2.3.1.2 Производительность по дистилляту Gд=750 т/час=208,3 кг/с;

2.3.1.3 Общее солесодержание исходной воды bисх=300 мг/кг;

2.3.1.4 Температура греющего пара tг.п.=101 оС;

2.3.1.5 Температура рассола, поступающего в первую ступень установки (после головного подогревателя) t1=100 оС;

2.3.1.6 Температура исходной осветлённой воды (летний режим) tисх.=30 оС;

2.3.1.7 Температура кипения раствора в последней ступени (принимается по технико-экономическим показателям) tк=40 оС;

2.3.1.8 Температура воды водооборотного цикла составляет: подающей tохл1=28 оС и обратной tохл2=35 оС.

2.3.1.9 Нагрузка 1 м2 поверхности камеры испарения sS=0,85 кг/м2.

2.3.2 Определим расход рассола, поступающего в первую камеру испарения G

	(2.3)

 

где rср= 2331,85 кДж/кг – средняя теплота парообразования в установке;

Сср=4,198 кДж/кг*К – средняя теплоёмкость воды, поступающей на испарение по таблице 2-8 [18];

Kот = 1% – коэффициент, учитывающий величину оттяжек парогазовой смеси из камер испарения по рекомендациям на стр. 184 [14].

2.3.2 Средний температурный напор между ступенями Dt

	(2.4)

 

(2.5) (2.6) (2.7) (2.8) (2.9) (2.10) (2.11) (2.12) (2.13)

2.3.3 Полагая равенство перепада температур по ступеням находим температуру кипения рассола по ступеням tкi

2.3.3.1 В первой ступени tк1=t1-Dt=100-6,67=93,33 оС;

2.3.3.2 Во второй ступени tк2=tк1-Dt=93,33-6,67=86,66 оС;

2.3.3.1 В третьей ступени tк3=tк2-Dt=86,66-6,67=79,99 оС;

2.3.3.1 В четвёртой ступени tк4=tк3-Dt=79,99-6,67=73,32 оС;

2.3.3.1 В пятой ступени tк5=tк4-Dt=73,32-6,67=66,65 оС;

2.3.3.1 В шестой ступени tк6=tк5-Dt=66,65-6,67=59,98 оС;

2.3.3.1 В седьмой ступени tк7=tк6-Dt=59,98-6,67=53,31 оС;

2.3.3.1 В восьмой ступени tк8=tк7-Dt=53,31-6,67=46,64 оС;

2.3.3.1 В девятой ступени tк9=tк8-Dt=46,64-6,67=40 оС.

2.3.4 Найдём количество выпаренной воды по ступеням Gi

2.3.4.1 В первой ступени G1

	(2.14)

 

где С1=4,205 кДж/кг*К – изобарная теплоёмкость воды при температуре кипения в первой ступени по таблице 2-4 [18];

r1=2274,7 кДж/кг – удельная теплота парообразования при температуре в первой камере испарения по таблице 2-1 [18].

2.3.4.2 Во второй ступени G2

	(2.15)

 

2.3.4.3 В третьей ступени G3

2.3.4.4 В четвёртой ступени G4

	(2.16)
		(2.17)

 

	(2.18)

 

2.3.4.5 В пятой ступени G5

2.3.4.6 В шестой ступени G6

	(2.19)

 

2.3.4.7 В седьмой ступени G7

2.3.4.8 В восьмой ступени G8

	(2.20)

 

	(2.21)

 

2.3.4.9 В девятой ступени G9

2.3.4.10 Количество пара на оттяжку, поступающего в конденсатор теплоиспользующих ступеней Gот’

			(2.22)
	(2.23)

 

2.3.4.11 Количество пара на оттяжку, поступающего в конденсатор теплоотводящих ступеней Gот”

2.3.5 Определим температуру вторичного пара по ступеням установки tsi с учётом величины физико-химической D1’ , гидростатической D1” и гидродинамической депрессий D1’’’

	(2.24)

 

2.3.5.1 В первой ступени ts1

ts1=tк1-D1’-(D1”-D1’’’)=93,33-0,4-0,4=92,53 оС;

где D1’=0,4 оС – физико-химическая температурная депрессия, вычисленная по формуле на стр. 95 [20] (одинаковая для всех ступеней испарения)

где bср=0,04% - средняя концентрация рассола в установке;

D1”-D1’’’=0,4 оС – сумма гидростатической и гидродинамической депрессий в первом аппарате по рекомендациям [20] на стр. 96.

2.3.5.2 Во второй ступени ts2

ts2=tк2-D2’-(D2”-D2’’’)=86,66-0,4-0,6=85,66 оС;

где D2”-D2’’’=0,6 оС - сумма гидростатической и гидродинамической депрессий во втором аппарате по рекомендациям [20] на стр. 96.

2.3.5.3 В третьей ступени ts3

ts3=tк3-D3’-(D3”-D3’’’)=79,99-0,4-0,8=78,79 оС;

где D3”-D3’’’=0,8 оС - сумма гидростатической и гидродинамической депрессий во втором аппарате по рекомендациям [20] на стр. 96.

2.3.5.4 В четвёртой ступени ts4

ts4=tк4-D4’-(D4”-D4’’’)=73,32-0,4-1,0=71,92 оС;

где D4”-D4’’’=1,0 оС - сумма гидростатической и гидродинамической депрессий во втором аппарате по рекомендациям [20] на стр. 96.

2.3.5.5 В пятой ступени ts5

ts5=tк5-D5’-(D5”-D5’’’)=66,65-0,4-1,2=65,05 оС;

где D5”-D5’’’=1,2 оС - сумма гидростатической и гидродинамической депрессий во втором аппарате по рекомендациям [20] на стр. 96.

2.3.5.6 В шестой ступени ts6

ts6=tк6-D6’-(D6”-D6’’’)=59,98-0,4-1,4=58,18 оС;

где D6”-D6’’’=1,4 оС - сумма гидростатической и гидродинамической депрессий во втором аппарате по рекомендациям [20] на стр. 96.

2.3.5.7 В седьмой ступени ts7

ts7=tк7-D7’-(D7”-D7’’’)=53,31-0,4-1,6=51,31 оС;

где D7”-D7’’’=1,6 оС - сумма гидростатической и гидродинамической депрессий во втором аппарате по рекомендациям [20] на стр. 96.

2.3.5.8 В восьмой ступени ts8

ts8=tк8-D8’-(D8”-D8’’’)=46,64-0,4-1,8=44,44 оС;

где D8”-D8’’’=1,8 оС - сумма гидростатической и гидродинамической депрессий во втором аппарате по рекомендациям [20] на стр. 96.

2.3.5.9 В девятой ступени ts9

ts9=tк9-D9’-(D9”-D9’’’)=39,97-0,4-2,0=37,57 оС;

где D9”-D9’’’=2,0 оС - сумма гидростатической и гидродинамической депрессий во втором аппарате по рекомендациям [20] на стр. 96.

2.3.5.10 Определим среднюю температуру пара на оттяжку, поступающего в конденсатор из теплоиспользующих ступеней tSср1

2.3.5.11 Определим среднюю температуру пара на оттяжку, поступающего в конденсатор из теплоиспользующих ступеней tSср2

2.3.6 Находим количество оборотной воды, необходимое для конденсации паров парогазовой смеси оттяжек в каждом из конденсаторов

2.3.6.1 Количество оборотной воды, подаваемое в конденсатор теплоиспользующих ступеней Gохл1

где rср1=2320,4 кДж/кг – удельная теплота парообразования при средней температуре пара поступающего в конденсатор по таблице 2-1 [18];

Сохл.ср=4,179 кДж/кг´К – теплоёмкость охлаждающей воды при средней температуре по таблице 2-8 [18].

2.3.6.2. Количество охлаждающей воды, подаваемое в конденсатор теплоотводящих ступеней Gохл2

где rср1=2395,8 кДж/кг – удельная теплота парообразования при средней температуре пара поступающего в конденсатор по таблице 2-1 [18];

2.3.7 По температуре насыщения по таблице 2-1 [18] определим удельные теплоты парообразования в каждой ступени ri

r1=2276,8 кДж/кг;

r2=2294,5 кДж/кг;

r3=2311,9 кДж/кг;

r4=2329,0 кДж/кг;

r5=2346,1 кДж/кг;

r6=2362,9 кДж/кг;

r7=2379,5 кДж/кг;

r8=2395,8 кДж/кг;

r9=2406,5 кДж/кг.

2.3.7 Рассмотрим несколько вариантов тепловой схемы установки

2.3.7.1 Первый вариант

2.3.7.1.1 В схеме ступени разделены на два контура: шесть – теплоиспользующие и три – теплоотводящие. Конденсация пара в последних трёх ступенях осуществляется оборотной водой. Кроме того, для снижения расхода охлаждающей воды в седьмую и восьмую ступени заводится рассол из последней ступени испарения, а исходная вода перед подачей на испарение нагревается в теплоотводящих ступенях. Кратность концентрирования в данной схеме принимаем по рекомендациям на стр. 85 [20] a=3.

2.3.7.1.1. По тепловой схеме составляем материальные балансы потоков с учётом известной величины кратности концентрирования

	(2.39) (2.40) (2.41)

 

2.3.7.1.2 Из совместного решения уравнений (2.39) и (2.41) находим величину расхода продувочной воды Gпр

2.3.7.1.3 Тогда расход исходной воды Gисх

2.3.7.1.4 Количество циркулирующего раствора Gцирк по формуле (2.40)

2.3.7.1.5 Кратность циркуляции Кц

2.3.7.1.5 Удельная производительность установки по дистилляту d

2.3.7.1.6 Общее солесодержание продувочной воды bк

bк=bисх´a=300´3=900 мг/кг.

2.3.7.1.7 Определим количество охлаждающей воды, необходимое для обеспечения конденсации пара в теплоотводящих ступенях Gохл

2.3.7.1.7.1 Находим количество теплоты, которое необходимо отвести в конденсаторах-пароохладителях каждой из трёх теплоотводящих ступеней

2.3.7.1.7.1.1 Количество теплоты, которое необходимо отвести в седьмой ступени Q7

2.3.7.1.7.1.2 Количество теплоты, отводимое в восьмой ступени Q8

2.3.7.1.7.1.3 Количество теплоты, отводимое в девятой ступени Q9

2.3.7.1.7.2 Из условия обеспечения недогрева в седьмой ступени Dн~5 оС, задаёмся температурой охлаждающего рассола и исходной воды на выходе из седьмой ступени tв7=46 оС найдём количество теплоты отбираемое рассолом в седьмой и восьмой ступенях Qр

где Gр=1740 кг/с – расход рассола на выходе из последней камеры испарения;

h’7=192,53 кДж/кг и h’к=167,45 кДж/кг – соответственно энтальпии рассола на выходе из конденсатора-пароохладителя седьмой ступени и на выходе из камеры испарения девятой ступени.

2.3.7.1.7.3 Найдём количество теплоты отбираемое в седьмой и восьмой ступенях исходной водой Qи.в.

где hи.в.’9=147,81 кДж/кг – энтальпия исходной воды при температуре на выходе из девятой ступени tи.в.9=35,3 оС, найденной из условия равного перепада температур между ступенями охлаждения Dtи.в.=(tв7-tисх)/3=(46-30)/3=5,3 оС.

2.3.7.1.7.4 С учётом найденных величин, определим количество оборотной воды, необходимое для полной конденсации пара в седьмой и восьмой ступенях Gохл 7,8, предполагая независимую её подачу в девятую ступень

где Сохл.ср.=4,179 кДж/кг´К – истинная изобарная теплоёмкость охлаждающей воды при средней её температуре tв.ср.=(tохл2+t)/2 =(40+25)/2=32,5 оС во втором контуре установки по таблице 2-4 [18].

2.3.7.1.7.5 Определим количество теплоты, отбираемое исходной водой в девятой ступени Qи.в.9

где hисх’=125,66 кДж/кг– энтальпия исходной воды по таблице 2-1 [18].

2.3.7.1.7.6 Тогда количество оборотной воды, необходимое для конденсации паров в девятой ступени составит Gохл9

2.3.7.1.7.7 Суммарное количество охлаждающей воды, которое необходимо подать в теплоотводящие ступени составит Gохлт

Gохлт=Gохл7,8+Gохл9=1715,6+1601,2=3316,8 кг/с.

2.3.7.1.7.8 Общее количество оборотной воды с учетом охлаждения конденсаторов составит GохлS

GохлS=Gохлт+Gохл1+Gохл2=3316,8+112,1+55,9=3484,8 кг/с.

2.3.7.1.8 Найдём температуру воды на выходе из каждой ступени конденсатора tвi, учитывая, что первые шесть ступеней охлаждаются водой, поступающей на опреснение, а последние три – оборотной водой, циркулирующим рассолом и исходной водой.

2.3.7.1.8.1 Температура охлаждающего рассола на выходе из шестой ступени составляет tв6

где Сср=4,190 кДж/кг – истинная изобарная теплоёмкость воды при средней температуре поступающего на опреснение рассола по таблице 2-4 [18].

2.3.7.1.8.2 Температура охлаждающего рассола на выходе из пятой ступени составляет tв5

2.3.7.1.8.3 Температура рассола на выходе из четвёртой ступени tв4

2.3.7.1.8.4 Температура рассола на выходе из третей ступени tв3

2.3.7.1.8.5 Температура охлаждающего рассола на выходе из второй ступени tв2

2.3.7.1.8.6 Температура охлаждающего рассола на выходе из первой ступени tв1

2.3.7.1.9 Найдём количество пара, подаваемого в головной подогреватель Gп

где hп’’=2684,1 кДж/кг – энтальпия насыщенного пара, подаваемого в головной подогреватель, при температуре tп=105 оС по таблице 2-1 [18],

hп’=440,17 кДж/кг – энтальпия конденсата при температуре в подогревателе.

2.3.7.1.10 Удельный расход теплоты составит dт

2.3.7.2 Второй вариант

2.3.7.2.1 Схема предполагает последовательное включение по исходной воде всех девяти ступеней. Исходная вода смешивается с циркуляционной и подаётся в конденсатор-пароохладитель девятой ступени.

2.3.7.2.2 Задаваясь температурой воды на входе в первый конденсатор-пароохладитель tвх1=32,5оС по формуле (3-38) [8] найдём величину отношения Gцирк/G

2.3.7.2.3 Тогда расход циркулирующей воды составит Gцирк

Gцирк=0,25*G=0,25*1950,5=487,6 кг/с.

2.3.7.2.4 По материальному балансу схемы определим расход исходной воды Gисх

Gисх=G-Gцирк=1950,5-487,6=1462,9 кг/с.

2.3.7.2.5 Тогда расход продувочной воды составит Gпрод

Gпрод=G-G*(1-Кот)-Gцирк=1950,5-208,3*(1+0,01)-487,6=1252,5 кг/с.

2.3.7.2.5 Кратность концентрирования a

2.3.7.2.6 Общее солесодержание продувочной воды bк

bк=a´bисх=1,2´300=360 мг/кг.

2.3.7.2.7 Кратность циркуляции Кц

2.3.7.2.8 Удельная производительность установки по дистилляту d

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10