Теплообменники смешения. Деаэраторы

Теплообменники смешения. В теплообменниках смешения можно осуществить нагревание или охлаждение газов и жидкостей, а также процессы испарения и конденсации. Основным условием их эффективной работы является высокая степень контакта между газом и теплоносителем, что достигается оформлением аппарата в виде колонны с насадкой, практически не отличающейся по конструкции от абсорбционных аппаратов. Теплообменники смешения характеризуются высокими коэффициентами теплопередачи и большой производительностью, а также незначительным гидравлическим сопротивлением. Они особенно удобны для конденсации водяного пара водой и поэтому часто применяются в производствах, где реакции проводятся в присутствии водяного пара как разбавителя. Теплообменники смешения удобно применять и в тех случаях, когда в качестве хладагента используется ожиженный целевой продукт. Например, в производствах хлористого метила и метилена реакционный газ охлаждается в холодильнике смешения, орошаемом хлористым метиленом. Теплообменники смешения очень удобно применять при работе с агрессивными средами. Стенки аппарата могут быть футерованы коррозионно–стойким материалом, а насадка изготовлена из такого же материала, причем это не оказывает абсолютно никакого влияния на условия теплопередачи, так как последняя происходит в пленке жидкости на поверхности нас и стенок. Таким образом, теплообменники смешения во всех случаях могут быть изготовлены из дешевых материалов. Возможность применения смесительных теплообменников ограничена тем, что далеко не всегда допустимо смешение реакционных газов с теплоносителями. Объясняется это двумя обстоятельствами: 1) вредным влиянием теплоносителя на компоненты реакционной смеси; 2) нежелательностью разбавления смеси парами или жидкими теплоносителями. Например, при производстве этилового спирта прямой гидратацией этилена не следует использовать конденсаторы смешения, так как это вызовет разбавление спирта водой, что приведет к повышению расхода пара в процессе ректификации. В качестве теплообменников смешения могут использоваться, помимо аппаратов с насадкой, также колонны с механическим распыливанием жидкости, однако это вряд ли целесообразно, так как усложнения конструкции не дает особых преимуществ. Весьма эффективными теплообменниками смешения оказались пенные аппараты. Область их применения: химическая, металлургическая, пищевая промышленность; производство строительных материалов, минеральных удобрений и т.д. Процессы в которых они применяются: нагрев, охлаждение, увлажнение, осушка газов, пылеулавливание, сорбция, ректификация и т.д. Их преимущества, определяющие широкий диапазон использования: простота конструкций; высокие коэффициенты тепломассообмена развитые поверхности контакта фаз и как следствие небольшие габариты большие объемные расходы обрабатываемого газа широкий диапазон регулирования параметров. Их классифицируют в первую очередь в зависимости от назначения и они имеют следующие названия: Кондиционеры – для осушения или увлажнения воздуха; нагрева и охлаждения – для нормальных микроклиматических условий Скрубберы (насадочные и безнасадочные) – применяются в системах газоочистки для осаждения пыли, золы, смолы путем промывки газов водой Смесительные подогреватели – для нагрева жидкости за счет тепла воздуха, газа или пара Конденсаторы – конденсация отработанного пара охлаждающей водой на электростанциях Градирни – охлаждение больших количеств циркуляционной воды за счет тепломассообмена с воздухом окружающей среды Сушила (конвективные сушилки) – тепломассообмен между поверхностью обрабатываемого материала и сушильным агентом, каковым может быть горячий воздух, дымовые газы или перегретый пар с различными присадками Ректификационные колонны – для разделения многокомпанентных смесей на составляющие в зависимости от температуры кипения компонентов (разделение воздуха, крекинг нефтепродуктов и т.д.) Сорбционные аппараты (абсорберы, адсорберы) – для поглощения некоторых компонентов многокомпонентных смесей сорбентом Термические деаэраторы – для удаления из воды агрессивных газов. По конструкциям бывают следующие виды аппаратов: 1. Полые или безнасадочные колонны или камеры с распыливанием или без распыливания жидкого теплоносителя в газовой среде. При распыливании соприкосновение жидкости и газа осуществляется на поверхности образующихся пузырьков. Отличаются малым сопротивлением по газовому потоку, но имеют большие габариты. 2. Насадочные колонны. Соприкосновение газа с жидкостью происходит на смоченной поверхности насадки (кольца Рашига, куски кокса, хордовые насадки и другие устройства, обеспечивающие пленочное стекание жидкости). Преимущества по сравнению с безнасадочными: меньшие геометрические размеры. Недостатки: увеличенные гидравлические сопротивления для движения газов за счет забивания насадки различными твердыми отложениями; расходуется дополнительная энергия на вентиляцию. 3. Каскадные аппараты – имеют внутри горизонтальные или наклонные полки или перегородки, и жидкость перетекает с полки на полку. 4. Струйные смесительные (контактные) аппараты – нагрев воды эжектируемым или эжектирующим паром. 5. Пленочные контактные подогреватели – нагрев воды паром почти до температуры насыщения пара. Преимущества: 1. простота 2. компактность 3. независимость коэффициента теплоотдачи от чистоты поверхности, т.е. от загрязнения накипью, маслом и т.д. Недостатки: 1. коррозия корпуса из-за значительного количества кислорода в воде и частично в конденсирующемся паре. 6. Пенные аппараты – для улавливания из газов плохо смачиваемой (гидрофобной) пыли. Принцип работы основан на образовании пены при контакте воды и газа. Оптимальная скорость газа на решетку 2-2,5 м/с. В нормальных условиях ½ сливается через отверстия в решетке и ½ через порог. Степень очистки газа может составлять 90-95%. В контактных (смесительных) теплообменниках тепломассообмен в основном происходит между влажным газом (бинарной парогазовой смесью) и водой при их непосредственном контакте. Наиболее распространенным в промышленности влажным газом является воздух, т.е. смесь сухого воздуха и водяных паров. Рассмотрим свойства влажного воздуха. Рассмотрим объем влажного воздуха V,м3, в котором содержится L,кг сухого воздуха и D,кг водяных паров при барометрическом давлении P и температуре T. Введем понятия абсолютной влажности ρп, кг/м3, влагосодержания d (или x), г влаги/кг сух. воздуха (кг влаги/кг сух. воздуха) и относительной влажности φ. 1. Абсолютной влажностью ρп – называют массу водяного пара, кг, содержащуюся в 1м3 газа. ρп = D/V (57) Пар будем считать идеальным газом, тогда по уравнению Клапейрона ρп = Pп/(RпT), (58) где Rп – газовая постоянная водяного пара, Rп = 461,6 ДЖ/кг К. Масса пара в воздухе может изменяться от нуля (Pп = 0) до некоторого максимума, при котором пар находится в насыщенном состоянии (Pп = Ps), определяемого при постоянном барометрическом давлении Pб температурой смеси T. Тогда ρп max = Ps/(RпT). (59) 2. Влагосодержанием d(x) – называют отношение массы пара к массе сухого воздуха, содержащегося в том же объеме влажного газа d = 1000 D/L, г/кг сух. воздуха d = 1000x, x – кг/кг сух. воздуха 2. Относительной влажностью φ – называют степень насыщения газа паром и выражается φ = ρп / ρп max (а) (60) Если воздух – смесь идеальных газов φ = (PпRпT) / (PsRпT) = Pп / Ps (б). (61) Расхождение в определении φ по (а) и (б) не более 2%. По закону Дальтона Pб = Pп + Pв, где Pб – барометрическое давление , Pв – парциальное давление сухого воздуха. Тогда D = D / L 1000 = (PпVRвT) / (PвVRпT) 1000 =1000(PпRв) / (PвRп) = (287/461,6) 1000 Pп/Pв = 622 Pп/Pв = 622 Pп/(Pб – Pп) (1), где Pп – парциальное давление пара, Rв = 287 Дж/кг К. С учетом (б) d = 622 φ Ps/(Pб – φPs), x = 0,622 φ Ps/(Pб – φPs). Параметром, характеризующим воздух как теплоноситель, является энтальпия. При этом обычно пользуются значением энтальпии влажного воздуха H, отнесенной к массе сухого воздуха. Тогда количество теплоты, содержащейся в объеме влажного воздуха V, запишется L hв + D hп = L H, где (62) hв и hп – энтальпи сухого воздуха и водяного пара соответственно Кдж/кг. H = hв + 0,001d hп (63) hп = rо + cп t, где (64) rо = 2493 Кдж/кг – теплота парообразования при 0оС, Cп = 1,97 Кдж/кг К – теплоемкость водяного пара, Cв = 1,0036 Кдж/кг К ≈ 1,0 Кдж/кг К – теплоемкость сухого воздуха. Тогда окончательно энтальпия влажного воздуха H ≈ 1,0 t + 0,001 d (2493 + 1,97 t), Кдж/кг (65) На основе этих положений в 1918 году профессором Рамзиным Л.К. была разработана H,d диаграмма – параметры влажного воздуха при постоянном давлении. Существуют H(I) – d диаграммы для различных пределов температур и в различных масштабах энтальпий и влагосодержания. Для расчетов отопления и вентиляции диаграмма для температур в диапазоне от –30оС до +60оС. Для расчета сушилок в диапазоне от +200оС до +1300оС и влагосодержание от 80 до 700 г/кг сух. возд. Существует I-x диаграмма Молье, практически не отличающаяся от диаграммы Рамзина. Наиболее распространена диаграмма ВТИ, дающая расхождение в пределах 3-5% от расчета по точным формулам. Диаграмма строится косоугольной под углом 136о, для того чтобы изотермы не совпадали с изоэнтальпами. Изотермы строятся на основании уравнения (62). (Задаются значения температур и определяется значение энтальпии). Изотермы незначительно расходятся друг от друга. Внизу диаграммы строится линия парциальных давлений водяных паров. Затем проводится линия φ = 100% - линия насыщенного водяными парами воздуха (pп = ps). (из таблицы находят ps при соответствующей температуре). После построения линии насыщенного воздуха выделяются две области: • верхняя – область ненасыщенного воздуха; нижняя – область пересыщенного воздуха, в котором лишняя влага находится в капельном состоянии. При φ‹ 100% pп = ps φ. При t ≥ 100оС линия φ = const – идет вверх, т.к. ps не может быть больше барометрического давления для которого построена диаграмма. Деаэраторы. Вода всегда содержит растворенные в ней газы (кислород и свободную углекислоту), которые являются агрессивными и способны вызвать коррозию оборудования и трубопроводов различного назначения. Деаэраторы служат для устранения подобных газов из питательной и подпиточной воды. Приборы применяются в самых различных отраслях промышленности, чаще всего – в энергетической и химической. Деаэрация (дегазация) – процесс, обеспечивающий защиту от газовой коррозии. Термическая деаэрация наиболее распространена. При ней осуществляется нагрев воды, при постоянном давлении, что дает возможность растворенным в воде газам постепенно выделиться и освободить воду. Затем высвобожденные газы устраняются из деаэратора избыточным паром. От объема деаэратора будет зависеть время пребывания в нем воды, которое необходимо для удаления газов и разложения карбонатов. Деаэрация воды широко применяется в качестве основного метода борьбы с коррозией пароводяного тракта и тепломеханического оборудования тепловых электростанций, промышленных и районных отопительных котельных. Безопасность эксплуатации деаэраторов обеспечена наличием в баке предохранительного устройства, который способен защитить от опасного повышения давления и повышения уровня воды. Существует несколько видов деаэраторов. Каждый из них обладает своими преимуществами и недостатками. Термическая деаэрация воды на ТЭС. Растворенные в воде агрессивные газы — кислород и углекислота могут вызывать коррозию стали, особенно питательного тракта и водяных экономайзеров котлов. Коррозия усиливается с повышением температуры и давления воды. Растворенная в питательной воде углекислота подразделяется на свободную (в виде газа) и связанную (в виде бикарбонатов и карбонатов). Последняя сама по себе безвредна для стали, но в процессе термического разложения бикарбонатных и карбонатных ионов при высокой температуре образуется свободная двуокись углерода, которая с паром поступает в регенеративную систему турбин, где растворяется в конденсате и повышает его агрессивные свойства. Кислород и свободная углекислота поступают в питательную воду с присосами воздуха в конденсатор и аппаратуру регенеративной системы, находящуюся под вакуумом, и с добавочной водой. Правилами технической эксплуатации электростанций нормируется содержание растворенного в питательной воде кислорода. За деаэратором, до точки ввода гидразина (или сульфита натрия), оно должно быть не более 20 мкг/кг, если котлы рассчитаны на давление менее 10 МПа, и не более 10 мкг/кг, если котлы, рассчитаны на давление, 10 МПа и выше. Свободная угле­кислота в воде после деаэратора должна отсутствовать, а показатель рН (при 25 0С) питательной воды должен поддерживаться в пределах; 9,1 ±0,1. Вода для питания испарителей и паропреобразователей должна содержать растворенный кислород не более 20 мкг/кг. В подпиточной воде тепловых сетей при максимальной температуре сетевой воды 76—150° С содержание растворенного кислорода должно быть не более 50 мкг/кг. Термическая деаэрация является основным методом удаления из воды растворенных газов. По закону Генри равновесная концентрация растворенного в воде газа, мкг/кг, про­порциональна парциальному давле­нию этого газа рг. над ее поверхно­стью и не зависит от присутствия других газов: Где - коэффициент растворимости газа в воде, мкг/(кг-МПа), численно равный равновесной концентрации при парциальном давлении 1 МПа (рис. 41) рис.41. Коэффициенты растворимости кислорода и углекислого газа в зависимости от температуры воды. Концентрацию растворенного в воде газа можно выразить через равновесное парциальное давление: . Когда парциальное давление газа над поверхностью воды ниже равновесного (), происходит десорбция (выделение) газа из раствора; если , происходит адсорбция (поглощение) газа водой. При равенстве = наступает состояние динамического равновесия. Таким образом, чтобы обеспечить удаление из воды растворенного в ней газа, надо понизить его парциальное давление в окружающем пространстве. Этого можно, в частности, достигнуть, заполняя пространство водяным паром. Процесс десорбции газа из раствора будет в этом случае сопровождаться подогревом воды до температуры насыщения. Движущей силой процесса десорбции газа является разность равновесного парциального давления газа в деаэрируемой воде и парциального давления его в паровой среде. Быстрота и полнота процесса удаления газа из раствора зависит от скорости отвода выделяющегося газа из окружающего пространства что необходимо для поддержания его парциального давления внутри деаэратора. на минимальном уровне, а также от площади поверхности контакта воды с паром на единицу количества деаэрируемой воды и температуры воды, оказывающей влияние на коэффициент в формуле Генри. Кроме того, необходимо соблюдение в активной зоне деаэратора принципа противотока деаэрируемой воды и греющего пара. Термические деаэраторы выполняют на электростанциях несколько функций: помимо деаэрации воды они служат для ее сбора, смешения, подогрева и хранения запаса деаэрированной питательной воды. В энергетике применяется много типов деаэраторов, их можно классифицировать по рабочему давлению, по способу подвода греющего пара и по способу дробления потока воды. По рабочему давлению деаэраторы подразделяются на вакуумные. атмосферные и повышенного давления. В вакуумных деаэраторах давление ниже атмосферного и для отсоса выделяющихся из воды газов требуется эжектор. Имеется опасность повторного «заражения» воды кислородом вследствие присоса воздуха из атмосферы в тракт между деаэратором и установленным после него насосом. Вакуумные деаэраторы применяются в случаях, когда требуется деаэрировать воду при температуре ниже (подпиточную воду тепловых сетей. воду в тракте химической водоподготовки). К ним следует причислить деаэрационные приставки конденсаторов и сетевых подогревателей. Атмосферные деаэраторы работают с небольшим избытком внутреннего давления над атмосферным(0,02 МПа); необходимым для эвакуации выделяющихся из воды газов. Температура деаэрированной воды здесь составляет около 104 °С. Преимущество деаэраторов является минимальная необходимая толщина стенки колонки, где происходит процесс деаэрации, и аккумуляторного бака для хранения запаса деаэрированной воды (экономия металла). В настоящее время атмосферные деаэраторы применяются главным образом для деаэрации добавочной воды ТЭС, питательной воды испарителей и подпиточной воды теплосети. Деаэраторы повышенного давления (обычно рд=0,60,7 МПа) применяются для деаэрации питательной воды энергетических котлов на ТЭС с начальным давлением пара10 МПа и выше. В этом случае сокращается количество последовательно включенных в регенеративной схеме ПВД до двух-трех, что удешевляет регенеративную установку и повышает ее надежность. При вынужденном.отключении. ПВД температура питательной воды котлов в этом случае падает не столь резко, как при деаэраторах, атмосферного давления- (лишь до 158-164 ° С против 104 °С). По способу подвода греющего пара различают деаэраторы перегретой воды, барботажные и смешивающие. В деаэраторах перегретой воды пар поступает сначала в предвключенный поверхностный подогреватель, где вода, подлежащая последующей деаэрации, нагревается до температуры, превышающей на 5— 10°С температуру насыщения при давлении в деаэраторе. Чтобы вода в подогревателе не закипела, давление воды должно быть на 0,2-0,3 МПа выше, чем в деаэраторе. При вводе в деаэратор давление воды снижается и вода вскипает, выделяя пар, который заполняет колонну. Принцип предварительного перегрева с последующим вскипанием воды способствует улучшению качества деаэрации. Полезный для термической деаэрации принцип предварительного перегрева воды с последующим вскипанием реализуется в деаэраторах барботажного типа ,все более широко .применяющихся в энергетике. В них пар вводится под уровень воды в аккумуляторе или в промежуточной емкости, располагаемой в колонке. За счет гидростатического подпора вводимый в слой воды пар имеет несколько повышенное давление по сравнению с давлением в паровом пространстве колонки. При контакте с водой в глубине слоя пар нагревает ее до температуры, превышающей температуру насыщения у поверхности. При движении увлекаемой пузырьками пара воды вверх барботажного отсека вода вскипает и интенсивно выделяет растворенные газы. Рис. 42 зависимость глубины деаэрации (остаточной концентрации растворенного в воде кислорода )от относительного расхода пара на барботаж для деаэратора ДСП -800 с барботажной приставкой в баке- аккумуляторе. Рис. 43 зависимость остаточной концентрации растворенного в воде кислорода от относительного расхода выпара для струйного смешивающего деаэратора (кружки-эксперементальные точки, линия-обобщающая кривая) Будучи компактными, барботажные устройства обеспечивают хорошее удаление из воды растворенного кислорода и не допускают его по падания в питательную воду при резком возрастании расхода воды через аппарат. Устройства обеспечивают удаление из воды свободной двуокиси углерода, а также термическое разложение связанной углекислоты NaHC03. К недостаткам барботажных деаэраторов относят опасность заброса воды в турбину из деаэратора по паропроводу отбора греющего пара при резких сбросах нагрузки и повышенное давление требующегося пара. Опасность заброса воды можно уменьшить, применяя малоемкие барботажные тарелки в колонке. Для эффективной работы барботажных устройств относительный расход пара на барботаж должен быть около 14—15 кг на тонну деаэрируемой воды (рис. 42.). В деаэраторах смешивающего типа греющий пар вводится в нижнюю часть колонки, заполняя ее, а вода в ее верхнюю часть. Поток воды дробится на капли, струи или пленки для увеличения поверхности контакта с паром и движется навстречу ему сверху вниз. Выделяющиеся из воды газы(и др.) удаляются через линию выпара расположенную в верху колонки. Вместе с газами из колонки деаэратора удаляется некоторое количество пара, называемое выпаром. Выпар обусловливает дополнительную потерю теплоты и теплоносителя и из этих соображений должен быть минимальным. От относительного расхода выпара существенно зависит качество деаэрации воды в деаэраторе любого типа: существует некоторый минимальный относительный расход выпара (рис. 43), ниже которого начинает резко возрастать содержание растворенного кислорода в деаэрированной воде. В то же время увеличение расхода выпара сверх этого значения, мало влияет на качество деаэрации воды, поэтому чрезмерное увеличение выпара бесполезно для работы; деаэратора и лишь увеличивает потерю теплоты и теплоносителя. Оптимальный относительный расход выпара составляет 1,5—2 кг на 1 т. деаэрируемой воды, а при наличии в исходной воде значительного количества свободной или связанной углекислоты — 2—3 кг на 1 т. деаэрируемой воды. Рис. 44 Вертикальная цилиндрическая колонна струйно-капельного деаэратора с дырчатыми тарелками. 1-патрубок для подвода основного конденсата 2- патрубок для отвода выпара 3- патрубок для подвода конденсата сетевых подогревателей 4-смеситель 5-дырчатые тарелки 6- патрубок для подвода дренажа из ПВД 7- патрубок подвода пара от уплотнений штоков клапанов и от расширителей дренажей 8-подвод греющего пара из отбора турбины. Струйные деаэраторы могут выполняться с переливными корытами или с дырчатыми тарелками. Следует заметить, что вытекающие из отверстий в тарелках струи воды находятся на расстоянии 200-400 мм От устьев отверстий распадается на капли .Отверстия в тарелках имеют диаметр 4-7 мм. А расстояние по высоте между соседними тарелками 300-500мм. Деаэраторы с дырчатыми тарелками(рис. 44) в прошлом широко применялась на ТЭС , однако они требовали сооружения высоких колонок с 5-10 последовательными тарелками и, несмотря на это не обеспечивали высококачественной деаэрации, необходимой для питательной воды современных котлов. Производительность на единицу площади горизонтального сечения колонки была ограниченной и для крупных блоков приходилось устанавливать на аккумуляторных баках несколько колонок. Пленочные деаэраторы просты в изготовлении и компактны в вертикальном направлении. Различают деаэраторы с упорядоченной и с неупорядоченной насадкой. Первая может выполняться в виде вертикальных или наклонных пакетов из плоских или гофрированных стальных листов или в виде пакетов вертикальных отрезков концентрических труб. В качестве. неупорядоченной насадки чаще всего применяются омегообразные тела или стальные кольца . размером около 30x30 мм, загружаемые россыпью на металлическую сетку, опирающуюся на ребристую решетку, и накрытые сверху другой сеткой . Вода подается сверху через водораспределитель на насадку, орошает ее и пленками стека .;г по поверхности насадки вниз Пар поступает в колонку через парораспределитель ниже слоя насадки и направляется через имеющиеся между элементами насадки промежутки вверх навстречу потоку воды. Пленочные деаэраторы малочувствительны к загрязнению накипью, шламом и окислами железа. При выполнении насадки из нержавеющей стали дополнительное загрязнение воды окислами железа после деаэратора невелико. Деаэраторы пленочного типа довольно широко применялись на энергоустановках для деаэрации подпиточной воды тепловых сетей и питательной воды котлов. В настоящее время от них отказались по следующим причинам. а) большая чувствительность к перегрузкам, приводящим к обращенному движению воды и к гидравлическим ударам. б) недостаточная удельная пропускная способность на единицу площади поперечного сечения колонки , приводящая к необходимости установки большого количества параллельных колонок на крупных энергоблоках. в) неустойчивость насадочного слоя, возможность его смещения под динамическим воздействием пара и воды, что приводило к гидравлическим и тепловым перекосам, к смятию насадки, уменьшению ее удельной поверхности и к некачественной деаэрации воды. В настоящее время для обеспечения требующейся глубокой термической деаэрации воды на крупных блоках ,начали применяться двухступенчатые деаэраторы. В качестве первой ступени используются дырчатые тарелки (деаэрация в струях),а второй- паровой барботаж на тарелках в колонках. От использования затопленной в аккумулятор ном баке дополнительной барботажной ступени отказались из-за усложненной конструкции, трудностей обслуживания и ремонта ,сложности регулирования расхода Пара на барботаж необходимости иметь сторонний источник пара на барботаж или специальную защиту против заброса воды в турбину при резких сбросах нагрузки. Некоторое время для крупных блоков применялись стройно барботажные деаэраторы с горизонтальной колонкой. Их недоставками были стесненное расположение тарелок ввиду, ограничений по высоте и чувствительность к отклонениям от горизонтали при установке тарелок, что приводила к гидравлическим и тепловым переносам и к ухудшению качества деаэрации. Рис. 45. Деаэрационная колонка струйно барбатажного типа В то же время проведенные испытания показали для барботажных тарелок наличие больших резервов по производительности при условии их : оптимальной загрузки по пару. Принято решение вернуться к верти­кальным колонкам, разработаны и испытаны новые деаэраторы со встроенными в колонку компактными барботажными устройствами, не нуждающимися в паре от постороннего источника. Поскольку барботажные устройства способны эффективно работать лишь в узком диапазоне паровых нагрузок, предложено при больших тепловых нагрузках байпасировать избыток греющего пара в зону массовой конденсации помимо барботажного устройства к струйному отсеку. Последний в этом деаэраторе служит лишь для нагрева воды до температуры, близкой к насыщению, и для грубой предварительной деаэрации воды. После успешных испытаний деаэраторных колонок этого типа разработана новая струйно-барботажная колонка (рис1.5) которая первоначально предназначалась для блоков мощностью 500МВт.Горизонтальные колонки сняты с производства. Колонке присущи следующие особенности основная роль в процессе деаэрации возложена на барботажную ступень ,встроенную в колонку, а предвключенный струйный отсек предназначен лишь для интенсивной конденсации пара, прошедшего через барботажный слой. На барботажный участок подается строго оптимальное количество пара, что устанавливается автоматически с помощью гидростатического саморегулирующегося перепускного устройства. В оснастку деаэратора входит охладитель выпара,где конденсируется пар, удаляемый из верхней части колонки вместе с неконденсирующимися газами для ее вентиляции. Теплота выпара используется для подогрева какого-либо потока воды на станции. Температура охлаждающей воды на входе в охладитель выпара должна быть не выше 60—70 °С. Конденсат выпара сливается в один из дренажных баков и возвращается в цикл электростанции. Для ограничения расхода выпара у деаэраторов повышенного давления на линиях выпара устанавливают шайбы При параллельной установке нескольких деаэраторов недопустимо их объединение по линиям выпара с применением общего охладителя: В этом случае возможен переток неконденсирующихся газов из одного деаэратора в другой с ухудшением работы последнего. Другими элементами оснастки деаэраторов являются регуляторы давления и уровня воды и регуляторы перелива. Назначение регулятора давления, воздействующего на клапан подачи греющего пара в колонку с импульсом по давлению в деаэраторе,— поддержание постоянства давления в деаэраторе, что необходимо для обеспечения высоко качественной деаэрации воды. Греющий пар поступает из отбора турбины. Обычно этот отбор не является регулируемым и давление в нем изменяется с нагрузкой. Чтобы обеспечить постоянство необходимого давления в деаэраторе в некотором интервале нагрузок турбины, необходимо иметь в отборе некоторый запас давления. При дальнейшем снижении нагрузки и давления в отборе питание деаэратора паром переключается на отбор более высоко го давления. Чтобы при такой схеме питания деаэратора паром обеспечить должное использование пара отбора на регенерацию, деаэратор подключают к отбору параллельно с регенеративным подогревателем высокого давления, куда поступает недросселированный пар из отбора без снижения своей греющей способности. Эта схема называется схемой включения деаэратора без энергетических потерь. В настоящее время обсуждается вопрос о возможности работы деаэраторов на скользящем давлении, однако практического опыта работы по такой технологии имеется недостаточно. Регулятор уровня воды предназначен для поддержания в аккумуляторном баке деаэратора постоянного уровня воды приблизительно на 3/4 высоты (диаметра) бака. Регулятор уровня обычно воздействует на поток добавочной воды, восполняющей потери в системе. Добавочная вода не обязательно подается непосредственно в деаэратор: она может поступать в тракт основного конденсата в точку, где температура близка к температуре добавочной воды. На новых установках добавочная вода подается в конденсатор турбины, и тогда предусматривается установка двух регуляторов уровня: один поддерживает постоянный уровень конденсата в конденсаторе турбины и воздействует на поток добавочной воды, второй поддерживает постоянство уровня в деаэраторе и воздействует на поток основного конденсата. Назначение регулятора пёрелива — сброс излишков воды из деаэратора при повышении уровня сверх допустимого значения Резерв питательной воды в аккумуляторных баках деаэраторов ранее нормировался в размере 30- минутного запаса при работе электростанции с полной нагрузкой. В дальнейшем, с ростом единичных мощностей установок, объем нормируемого запаса питательной воды был уменьшен, до 5-минутного расхода, поскольку с увеличением потребления питательной воды становится невозможным создать аккумуляторные баки столь большой вместимости. В этом случае на электростанциях предусматривается запас холодного конденсата в баках под атмосферным давлением, снабженных перекачивающими насосами. При параллельной установке нескольких аккумуляторных баков для выравнивания в них уровня воды применяют систему водяных и паровых уравнительных линий. Современные конденсаторы регенеративного типа с минимальным паровым сопротивлением и высокой воздушной плотностью при правильно выбранных эжекторах для отсоса паровоздушной смеси и при отсутствии переохлаждения конденсата выдают конденсат с малым содержанием растворенного кислорода. Содержание кислорода в конденсате можно дополнительно снизить по средством деаэрации в барботажной приставке конденсатосборника, куда для этой цели подводится пар из нижнего регенеративного отбора турбины. Выпарные установки. Выпаривание - термический процесс концентрирования растворов твердых веществ при кипении и частичном удалении жидкого растворителя в виде пара. В пар превращается растворитель, растворенное вещество остается в аппарате. При концентрации растворенных веществ в воде удаляется до 90% первоначального веса. Впервые выпаривание получило распространение в производстве сахара, а дальше в химической промышленности. Процесс выпарки растворов имеет принципиальное отличие от процесса кипения чистой воды в испарителях. Например: при нормальном барометрическом давлении вода закипает при 100° С, 70% водный раствор аммиачной селитры (NH4NO3) при 120°С. Однако температура образующегося насыщенного пара будет 100°С. Температура кипения раствора всегда выше температуры кипения растворителя. Понижение температуры, образующихся из раствора водяных паров по сравнению с температурой кипения раствора называют физико-химической температурной депрессией ∆1=tр-ts (66) tр- температура кипения раствора, °С ts- температура образующихся паров воды, °С Для раствора одного и того же вещества температурная депрессия увеличивается с повышением его концентрации. Концентрация раствора – отношение массы сухого вещества в растворе к общей массе раствора в %. в = Gсух/(W+ Gсух) . 100%, где Gсух – масса сухого вещества в растворе, W – масса растворителя в растворе. Температурная депрессия определяется из справочной литературы. Процесс выпарки характерен не только наличием температурной депрессии, но и значительным изменением физических постоянных раствора, связанным с изменением его концентрации. С повышением концентрации раствора увеличивается его вязкость, плотность и температурная депрессия, и понижается теплоемкость и теплопроводность. , кДж/кг °С (67) Св – теплоемкость воды, в – концентрация раствора. Классификация выпарных аппаратов. а) делятся на периодические и непрерывные. I. Периодические. Жидкость подается в аппарат, выпаривается до определенной концентрации веществ и удаляется из аппарата. Применяются: при небольшой производительности аппарата или когда сгущенная жидкость не поддается откачке насосом, либо, когда требуется выпарить весь растворитель. II. Непрерывного действия. Неконцентрированный (слабый) раствор подается непрерывно, а упаренный (крепкий) раствор отводится непрерывно. Преимущества: 1. более экономичны в тепловом отношении, т.к. отсутствуют потери, связанные с расходами тепла на периодический разогрев аппарата. Аппараты непрерывного действия компонуются во многокорпусные выпарные установки, раствор проходит последовательно через ряд отдельных аппаратов, при этом устанавливается большая концентрация раствора, чем в предыдущем корпусе. б) по давлению внутри аппарата. 1. Вакуумные. Применяются в следующих случаях: а) когда раствор под влиянием высокой температуры разлагается, изменяет цвет, запах (молоко, сахар) ; б) раствор при атмосферном давлении имеет высокую температуру кипения (раствор аммиачной селитры, едкого калия и т.п.) в) когда греющий теплоноситель имеет низкую температуру и, следовательно, нужно снижать температуру кипения раствора; г) для увеличения располагаемого температурного перепада во многокорпусной установке. 2. При атмосферном давлении. Самые простые по конструкции аппараты. 3. При избыточном давлении Когда при выпаривании вторичный пар может быть использован как теплоноситель в других теплообменниках. Наиболее распространено использование в качестве греющего теплоносителя в выпарных установках водяного пара. Аппараты с паровым обогревом. Чаще всего – вертикальные выпарные аппараты с трубчатой поверхностью нагрева. Для облегчения очистки поверхности нагрева от накипеобразований пар подается в межтрубное пространство, а раствор кипит в трубках. Три вида выпарных аппаратов поверхностного типа: а) с естественной циркуляцией раствора; б) с принудительной циркуляцией раствора; в) пленочные аппараты. а) с естественной циркуляцией раствора Движущей силой естественной циркуляции раствора является разность весов столба жидкости в опускных трубах и парожидкостной эмульсии в подъемных за счет разницы плотностей ж и э. Движущий напор (68) ц – скорость циркуляции; Pтр – потери напора на трение; Pм.с – потери напора на местные сопротивления. Основным элементом является греющаяся камера, являющаяся по конструкции кожухотрубчатым теплообменником. В трубах подается обычно раствор, в межтрубном пространстве пар. В современных аппаратах при наличии одной или нескольких необогреваемых циркуляционных опускных труб при разности температур греющего пара и раствора 710С достигается высокая скорость и кратность циркуляции. При высоте кипятильных труб 5м и t=20С при естественной циркуляции можно получить скорость циркуляции 23 м/с. Кратностью циркуляции k называют отношение количества раствора G, кг/с, циркулирующего в контуре выпарного аппарата, к паропроизводительности аппарата W, кг/с (69) где d – внутренний диаметр кипятильной трубки; n – число трубок ц – скорость циркуляции; р – плотность раствора. К=2030 Парожидкостная эмульсия поступает в сепаратор, пар уходит, а жидкость поступает в циркуляционную трубу и смешивается с раствором, поступившим на выпарку. Для увеличения скорости циркуляции раствора в выпарных аппаратах делают выносные опускные трубы. Рис. 46. Выпарная установка с естественной циркуляцией. Существуют конструкции аппаратов с несколькими греющими камерами для возможности чистки одного из кипятильников во время работы остальных. Такие аппараты могут применяться как для кристаллизующихся, так и для пенящихся растворов. При этом устанавливают солеотделитель. Для выпарки концентрированных электролитических щелоков используются аппараты с горизонтальной греющей камерой, которую на колесах легко откатывать для чистки и ремонтов. Кроме того для кристаллизирующихся растворов используются аппараты с наклонной выносной греющей камерой. Преимущества: 1. Удобство ремонта и чистки 2. Вследствие наклона увеличивается поверхность паровых пузырьков и скорость циркуляции. Недостатки: 1. Сложность монтажа. б) с принудительной циркуляцией раствора. Назначение: Для выпарки вязких растворов, имеющих высокую температуру кипения. Циркуляция жидкости обеспечивается пропеллерным или центробежным насосом ц. =1,53,5 м/с. Преимущества: Закипание происходит только на небольшом участке верхней части кипятильных трубок. Уменьшается образование накипи и в сочетании с большими скоростями жидкости в трубках обеспечивается более высокий коэффициент теплопередачи, чем при естественной циркуляции. Недостатки: Затраты энергии на перекачку. в) пленочные аппараты. Для выпарки некристаллизующихся растворов и растворов, чувствительных к высоким температурам. С поднимающейся пленкой. Кипятильные трубки заполняются на 1/41/5 их высоты. При кипячении пузырьки пара, двигаясь вверх, увлекают раствор, распределяя его тонким слоем по внутренней поверхности трубки. Испарение в тонком слое, движущемся с большой скоростью (до 20 м/с), что увеличивает коэффициент теплоотдачи по сравнению с циркуляционными трубами. Для максимального эффекта греющие трубки выполняются длиной 68м. Рис. 47. Выпарная установка с принудительной циркуляцией С падающей пленкой, опускающейся к сепаратору вниз под действием силы тяжести. Такие аппараты используются для концентрирования густых чистых некристаллизующихся растворов. Вторичный пар отводится в трубопровод, а концентрированный раствор отбирается через патрубок для производственных целей или отводится в следующий корпус. Циркуляция раствора отсутствует. Выпарные аппараты контактного типа с погружным горением. Назначение: Для выпаривания и нагрева агрессивных сред: кислот (серной, соляной, фосфорной и так далее) и солей (хлористого кальция, медного и железного купоросов и так далее). Корпус выполняется из углеродистой стали и внутри футеруется кислотоупорными материалами. По конструкции: а) с погружными горелками с барботажными устройствами, выполняются из материала термо и химически стойкого. б) аппараты эрлифтного типа (газлифт). Рис. 48. Выпарные аппараты контактного типа с погружным горением Внутри корпуса цилиндрический сосуд, где находится горелка. Между корпусом горелки и внутренним сосудом кольцевая щель, по которой эрлифтным путем (за счет разности плотности газожидкостной смеси в кольцевом зазоре и корпусе) выбрасываются продукты горения, воздух и некоторое количество жидкости из нижней части аппарата. Если недостаточная концентрация перепускают на повторное испарение. Достоинства: 1) высокая коррозийная стойкость. 2) простота устройства; 3) отсутствие греющих поверхностей нагрева и высокий коэффициент теплоотдачи. Недостатки: 1) меньшая тепловая экономичность по сравнению с установками использующими пар от ТЭЦ; 2) взрывоопасность газовой смеси в аппарате. Многокорпусные выпарные установки. Совокупность нескольких выпарных аппаратов, в которых вторичный пар из каждого предыдущего аппарата направляется в греющую камеру последующего, называется многокорпусной выпарной установкой. Применением многокорпусных установок достигается значительная экономия греющего пара. Расход греющего пара можно определить по формуле: (70) W – количество выпаренной воды во всех корпусах, кг/ч; n – число корпусов; 0,85 – учет общих тепловых потерь. По опытам при переходе от однокорпусной к двухкорпусной установке удельный расход пара снижается около 50%; от 4-х к 5-ти около 10%; от 10-ти к 11-ти 1%. Оптимальное число, обоснованное технико-экономическими расчетами nопыт34. Существуют несколько схем многокорпусных выпарных установок. а) Прямоточная (рис. 49) – греющий пар, вторичный пар и раствор движутся в одном направлении. Рис. 49.Прямоточная многокорпусная выпарная установка. PI>PII>PIII Достоинство: экономичность в расходе пара и электрической энергии. Недостатки: для сгущения вязких растворов может быть неприменима или иметь большую поверхность нагрева по сравнению с противоточными. б) Противоточная (рис. 50)– слабый раствор в последний корпус по направлению движения греющего теплоносителя и последовательно через корпуса поступает к первому. Применяются такие схемы для выпаривания вязких растворов, которые в условиях прямотока в последних корпусах (при низких температурах и высокой концентрации растворов) становятся настолько вязки, что плохо двигаются в трубопроводах. Рис. 50. Противоточная многокорпусная выпарная установка. в) с параллельным питанием раствором (рис. 51) – для кристаллизующихся (насыщенных) растворов. Применяются конструкции выпарных аппаратов с солеотделителями, имеющими внизу фильтрующую сетку. Рис. 51. Многокорпусная выпарная установка с параллельным питанием раствора г) с параллельным включением аппаратов по греющему пару. Если греющий пар низкого давления, а требуется иметь большую производительность установки. По питанию раствором могут соединяться по любой схеме. Многокорпусные вакуумно-испарительные установки Применяются для выпаривания сильно кристаллизующихся растворов (NaCl, опреснения морской воды, CuSO4). В тех случаях когда многокорпусные аппараты поверхностного типа неэффективны, так как тепла на нагрев затрачивается гораздо больше, чем на испарение. Эффективность вакуумно-испарительной системы повышается, если по технологии нужно низкую температуру концентрата (2530С). 1-2. Вакуумные испарители 3. Подогреватель раствора 4 .Эжекторы 5. Поверхностные конденсаторы Рис. 52. Многокорпусные вакуумно-испарительные установки Слабый раствор проходя поверхностные конденсаторы подогреваются вторичным паром и окончательно подогреваются в подогревателе раствора (3). Таким образом раствор нагревается до температуры выше температуры кипения (tкип) в вакууме, который создается в вакуум-испарителях (1 и 2) эжекторами 4. Во 2 испарителе поддерживается больший вакуум, чем в 1 (P2PB. Тогда P=pa+pb=Paa+ Pbb Обозначим ya – молекулярная доля компонента А в парах Если Pa>Pb, то есть А является летучим компонентом смеси, то , то есть содержание летучего компонента в парах всегда больше содержания в жидкости. Если Paх всегда азеотропической точки не существует. Разделение всегда возможно. 3. Для частично растворимых жидкостей содержание летучего компонента в парах вычисляются в две стадии. В пределах растворимости по закону Рауля или по экспериментальным таблицам, во второй фазе – по закону Дальтона. Дистилляционные установки. Процессы дистилляции и ректификации ясно можно представить при рассмотрении их на температурных диаграммах. Дистилляционные установки: непрерывного и периодического действия. 1. Подогреватель (из состава А в В) 2. Дистилляционный аппарат I-II ступень t-x,y диаграмма дистилляции из (В в С) 3. Конденсатор (из С в Д) 4. Дистилляционный аппарат II ступени (из D в Е). 5. Дефлегматор - происходит частичная конденсация паров (EF) и получается влажный пар т.F 6. Сепаратор (FL) 7. Конденсатор (LM) 8. Дистилляционный бак (FK) (K) 9. Бак готовой продукции (M). Рис. 56. Схема двухступенчатой дистилляционной установки непрерывного действия с дефлегмацией и сепарацией во II стадии. Рис. 57. Принципиальная схема tx диаграмма. 1. Конденсация с понижением температуры от t1 до t2. 2. Получаются пары с x3>x4. 3. т.F смесь сухого пара с конденсацией (х3) и жидкости с поглощением (х4). 4. Доля пара отрезок Fk. Доля жидкости отрезок FL. 6. Конденсируется и получается жидкость с x5>x3 и поступает в 9. 7. Жидкость x4 вести сушку материала, из которого необходимо удалить не только свободную, но частично и связанную влагу, то зависимость убы­ли влаги от времени может быть изображена графиком (рис. 6-1). Скорость сушки dw/dx (изменение количества испаряемой влаги во времени вначале постоянна, затем наступает уменьшение ее. Период I — соответствует времени удаления свободной влаги х±, II—-времени удаления связанной влаги хг- В период постоянной скорости сушки темпе­ратура на поверхности материала равна температуре мокрого термоме­тра b = tM. В период падающей скорости сушки температура материала повышается и стремится к температуре сушильного агента. В период постоянной скорости сушки происходит адиабатическое испарение жидкости. При влажности материала, большей гигроскопической, т.е. при наличии свободной влаги, парциальное давление водяного пара над материалом равно давлению над чистой водой и не зависит ни от влажности, ни от характера материала. Давление водяного пара р над материалом является функцией его равновесной влажности, и кривая, изображающая эту функцию приданной постоянной температуре, называется изотермой сорбции. Равновесная влажность, соответствующая р/рнаС=1 или ф=100%, называется гигроскопической влажностью wT; она является границей между связанной влагой и свободной. Продолжим рассмотрение кинетики процесса сушки по рис. 6-1. Точка перехода от постоянной скорости сушки к падающей (точка С на рис. 6-1) называется критической; она соответствует началу удаления из материала связанной или гигроскопической влаги. Соответствующая этой точке влажность называется критической влажностью материала Wнр. Критическая влажность больше гигроскопической, так как при сушке материала влажность внутренних слоев больше, чем на его поверхности. Значение критической влажности тем меньше отличается от значения гигроскопической влажности, чем меньше разница во влажности на поверхности и внутри материала. Поэтому критическая влажность зависит от толщины материала и режима сушки (скорости и параметров сушильного агента). В первый период сушки влажных материалов испарение влаги с его поверхности происходит так же, как со свободной поверхности воды, и подчиняется тем же законам. Интенсивность испарения жидкости со свободной поверхности при стационарном режиме приближенно можно определить по формуле Дальтона I=W/Ft=βp(Pu—Рс), кг/(мс) ,(82) где W — количество испаренной жидкости, кг; F — поверхность испарения, м2; Рр — коэффициент массоотдачи, отнесенный к разности парциальных давлений, кг влаги/(м2-с • Па); ра — парциальное давление диффундирующего вещества над жидкой (твердой поверхностью), Па; рс— парциальное давление этого же компонента вдали от поверхности раз­дела фаз, Па; т — время, с. Для приближенных расчетов пользуются формулой I=5,7w°.8(рп—рс), кг/(м2-ч), (83) где w — скорость воздуха; м/с; pп и рс — в паскалях. Количество испаренной жидкости может быть также определено по уравнению I=вс(рп—рс), кг где вс — коэффициент массоотдачи, отнесенный к разности концентраций диффундирующего вещества, м/с; рп и рс — концентрации диффундирующего вещества на жидкой (твердой) поверхности раздела фаз и вда­ли от поверхности раздела фаз, Коэффициенты массоотдачи вС и вр связаны соотношением вP = вС./RT. (84) Между количеством испаренной жидкости и количеством затрачен­ного тепла имеется следующая зависимость: q = Ir=a(tc—tn), Дж/(м2-с-°С), (85) где r— удельная теплота испарения, Дж/кг; a— коэффициент теплообмена, Дж/(м2-с-°С), Вт/(м2-°С); tc, tu—температуры окружающей среды и поверхности испарения, °С. При анализе процессов сушки пользуются понятиями интенсивности I и скорости сушки N, между которыми имеется следующая связь. В период постоянной скорости сушки температура .материала постоянна dt/dx=0, и если тепло, необходимое для испарения влаги, отбирается из окружающего воздуха путем теплообмена конвекцией, то интенсивность испарения / прямо пропорциональна плотности потока тепла на поверхности тела где NC= (dw/dr) о — скорость сушки в периоде постоянной скорости, м3/ч; Rv=V/F — отношение объема тела к его поверхности, м; р0 — плотность абсолютно сухого материала, кг/м3. При сушке влага в материале может перемещаться к его поверхности под действием разности ее концентрации, под влиянием термовлаго-проводности и под действием градиента избыточного давления, возникающего в материале при высокотемпературной сушке, когда температура материала t>100°С (фильтрационный перенос). Закон термовлагопроводности, по которому влага в материале перемещается по направлению теплового потока, а газ—.в противоположную сторо­ну, был открыт А. В. Лыковым П. Д. Лебедев из анализа экспериментальных данных доказал, что при температуре материала, близкой или большей 100 °С, наблюдается фильтрационный перенос влаги, когда движущей силой является нерелаксируемый градиент давления В общем виде уравнение переноса массы при сушке материала мо­жет быть записано следующим образом: I=-pC(qm grad W+δ qm grad t+ ар grad p) где qm — количество жидкости, переместившееся внутри тела в единицу времени через единицу поверхности, названное плотностью потока жидкости или массы, кг/(м2-ч); ат — коэффициент потенциалопроводности, м2/ч; ар — коэффициент фильтрационного переноса, м2/ч Существует большое количество типов и конструкций сушильных установок, для которых в следующем параграфе дается классификация по различным признакам, в том числе и по способу подвода тепла к сушимому материалу (конвективному, терморадиационному и кон­тактному) . Наибольшее распространение получили конвективные сушилки. Им и будет в дальнейшем уделено наибольшее внимание. Материальный баланс продукта, подвергающегося сушке. Количества испаренной из материала влаги и количество сухого и сырого продукта связаны уравнением баланса сушки. Введем следующие обозначения: d — количество материала, поступающего в сушилку, кг/ч; G2 — количество высушенного материала (после удаления части влаги), кг/ч; GCyx — количество абсолютно сухого материала, из которого удалена вся влага (свободная и связанная), кг/ч; w01 и w02—начальные влажности материала на общую и абсолютно сухую массу, %; w1C, и w2C —конечные влажности материала на общую и абсолютно сухую массу, %; W — количество испаренной влага, кг/ч. Пользуясь этими обозначениями, можно написать уравнение материального баланса продукта, подвергающегося сушке: G1= G2+W W=G1- G2= w1- w2=( G1 w01- G2 w02)/100,кг/ч W= G1*( w01- w02)/(100- w02)= G2*( w01- w02)/(100- w01)= G1*( wc1- wc2)/(100- wc2)= G2*( wC1- wc2)/(100- wc1) В результате получим основное уравнение материального баланса (G1 w01)/100+L0*X0=(G2 w02)/100+L2*X2 или w1+(L0*d0)/1000=w2+(L2*d2)/1000 Расчет теоретической сушилки по I-d-диаграмме. Теоретической сушилкой называют воображаемую сушилку с предва­рительным подогревом сушильного агента, в которой отсутствуют поте­ри тепла в окружающую среду, на нагревание транспортных устройств и высушиваемого материала, а температура материала на входе и вы­ходе из сушильной камеры равна О °С. Тепловой баланс теоретической сушилки имеет вид: Luh+qk=Uh, Дж/ч, где Iо — энтальпия влажного воздуха, поступающего в подогреватель, кДж/кг воздуха; А — энтальпия влажного воздуха после подогревателя при входе в сушилку, кДж на 1 кг воздуха; h — энтальпия влажного воздуха за сушилкой, кДж/кг воздуха; qk — количество тепла, сообщаемое воздуху в подогревателе, кДж/ч. Процесс в теоретической сушилке на I-d -диаграмме построен на рис. 6-8. Линия АВ соответствует подогреву воздуха в калорифере от температуры to до температуры U. Процесс сушки — затрата тепла на испарение влаги и влагообмен между воздухом и высушиваемым материалом— идет по линии I=const и изображается отрезком ВС. Если, например, на i-d-диаграмме 1 мм соответствует влагосодержанию 0,2 г на 1 кг сухого воздуха, то I=1000/0,2DС=5000/DC, где отрезок DC выражен в миллиметрах. Разность I—Iо на диаграмме выражается длиной отрезка АВ (мм), умноженной на соответствующий масштаб энтальпии, т. е. I1—I2=АВ-Мх. Тепловой баланс теоретической сушилки. Основным условием работы теоретической сушилки является равенство I1=I2= const. При этом расход тепла на подогрев воздуха q=I (I1—Io) =I (I2—Io) q1-расход тепла на испарение влаги из материала q2-потери тепла сушильным агентом ,входящим с температурой t0 и выходящим с температурой t2 q3-потери тепла вследствие увеличения энтальпий влаги в сушильном агенте при входе в сушилку. Расчет действительной сушилки. В действительной сушилке могут иметь место дополнительные потери и подвод тепла, например: нагрев воздуха в калориферах, установленных в самой сушильной камере, тепловыделения при химических реакциях, разморажива­ние влаги, находящейся в материале в виде льда, нагрев сушильного агента в вентиляторе и др. В табл. 6-3 приведен тепловой баланс действительной сушилки. Таблица 1 Тепловой баланс действительной сушилки для летнего времени Наименование статьи баланса Приход Расход Тепло, поступающее с воздухом Тепло, поступающее с материалом Тепло, поступающее с транспортными устройствами Дополнительный нагрев воздуха в подогревателе, установленном в сушильной камере Потери тепла в окружающую среду L0I0+Qп Cвод.WV1+G2C/mV1 GтрСтрVтр Qдоб ----- L2I2 G2С''V2 GтрСтрVтр --- QГ В табл. 1 через 'Qn.П обозначено тепло, полученное воздухом перед сушилкой— в выносном подогревателе. Составляющие теплового баланса сушилок периодического дейст­вия относят к отдельным периодам сушки, они имеют размерность кДж/период, а для сушилок непрерывного действия — к 1 ч работы, они имеют размерность кДж/ч. При составлении тепловых балансов сушилок следует учитывать тепловыделение от вентиляторов, которое необходимо прибавлять в зави­симости от схемы сушилки к Qn.B или <2ДОб. Тепло на прогрев сушильной камеры в сушилках непрерывного действия принимают равным нулю. Уравнение теплового баланса для действительной сушилки непре­рывного действия имеет вид: L0I0+Qп+Cвод.WV1+G2C/mV1+GтрСтрVтр+Qдоб=L2I2+ +G2С''V2+ GтрСтрVтр+ QГ Рис. 61. Построение действительных процессов сушки на I-D-диаграмме. Построение процесса для действительной сушилки на I-d-диаграмме. Построение процесса для действительной сушилки на I-d-диаграмме при наличии тепловых потерь начинается, как это показано на рис. 6-9,а, с построения теоретического процесса. Затем на энтальпии i=const теоретического процесса выбирается произвольная точка С0 и вниз от нее откладывается отрезок C0E0Mj=A/l. После замены его значением для условий данной точки Со получается C0E0=AD0C0Md/1000 Mt=D0CoMm. Далее из точки В проводится политропа ВЕ0 действительного про­цесса. На линии ВЕ0 находится конечная точка действительного процесса С, определяемая пересечением этой линии с заданной в расчете линией постоянной влажности фг или линией температуры t2, соответст­вующими состоянию уходящего из сушилки воздуха. Определенное по­ложение политропы действительного 'процесса при заданном значении A/l, не зависящее от выбранного положения точки Со на линии i=const, проведенной от точки В, объясняется подобием получающихся при этом треугольников. Из рассмотрения рис. 6-9,а следует, что, на­пример, треугольник C0E0D0 подобен треугольнику CiEtDi. Для боль­шей точности построения действительного процесса точку С0 на линии I=const следует выбирать возможно дальше от точки В. На рис. 6-9,а можно заметить, что конечной точке процесса С на линии h=const соответствует влагосодержание w2 и энтальпия 12 меньшие, чем в теоретическом процессе, и вследствие этого больший расход воздуха на 1 кг испаренной влаги 1=1000/DCMd, так как DC0), политропа процесса располагается выше линии теоретического процесса. Разница в построении этого процесса и процесса при Д<0 состоит только в том, что отрезок CoE0=ACeDoMd/1000 Mi следует откладывать от точки Со вверх, как показано на рис. 6-9,6. В этом случае d2~>dt2 и расходы воздуха и тепла в основном калорифере на 1 кг испаренной влаги меньше, чем в теоретической сушилке. Сушилки с рециркуляцией. Большое применение на прак­тике имеют сушилки, работающие с рециркуляцией сушильного агента, т. е. с частичным возвратом отработавшего воздуха в сушилку для повторного использования его. По выходе из сушилки поток отработавшего влажного воздуха с параметрами, соответствующими точке С или Ci, разветвляется: часть воздуха выпускается в атмосферу, а другая возвращается к вентилятору. Вместо выброшенного отработавшего воздуха в систему подается такое же количество свежего воздуха с параметрами, соответствующими точке А. Свежий воздух смешивается с отработавшим. Полученная смесь с параметрами точки М нагревается в калорифере до состояния, характеризующегося точкой Ви и поступает в сушилку. По выходе из сушильной камеры поток смеси снова разветвляется и т. д. На I-d-диаграмме процесс в такой теоретической сушилке изображается линией AMBiCiM. Расходы свежего и выбрасываемого из системы отработавшего воздуха для такой теоретической сушилки одинаковы и выражаются формулой так как всю испаренную влагу уносит только удаляемый отработавший воздух. Количество циркулирующего воздуха в сушилке определяется из условия, что 1 кг смеси увеличивает в сушилке свое влагосодержание с dCM до d2, LТ=(1000/DC1Md)=1000/dT2—dсм Как видно из последней формулы, возврат отработавшего воздуха значительно увеличивает количество циркулирующего воздуха, а следо­вательно, и расход энергии на вентилятор. Так как AB/DCi=MBi/D'Ci, то расход тепла q=l(I—Iо), кДж на 1 кг влаги. Рециркуляция сушильного агента применяется, как правило, при сушке деформирующихся материалов, досок, деревянных и керамиче­ских изделий и тому подобных материалов, требующих во избежание их растрескивания значительного содержания влаги в сушильном аген­те для уменьшения интенсивности испарения влаги с поверхности ма­териала. При работе без рециркуляции необходимо было бы увлажнять су­шильный агент перед вводом в сушильную камеру и затрачивать на это дополнительно тепло. Применение рециркуляции позволяет вести суш­ку при высоких влагосодержаниях сушильного агента без расхода теп­ла на его увлажнение. Кроме того, при рециркуляции возможно регу­лирование влажности воздуха в сушильной камере, благодаря чему улучшается качество высушенного материала. Рециркуляцию воздуха применяют и для недеформируемых мате­риалов, не требующих обязательной сушки во влажном воздухе. Сушилки с промежуточным подогревом воздуха. Рис. 63. Процесс сушки с промежуточным подогревом воздуха Воздух подогревается на промежутках поверхностях нагрева F1, F2, F3 до температур t1’, t1’’, t1’’’. Процесс теоретической сушки AB’C1B”C2B’”C3. Расход воздуха одинаков для всех зон Расход тепла определяется отрезками АВ1, С1В” и С2В”’ =АВ Для многоступенчатого процесса расход воздуха и расход тепла равны одноступенчатому процессу АВС3, однако t1