Формирование критерия оптимальности
Критерий оптимальности:
,
где 
- стоимость выпаривания, 
;
- суммарное количество выпаренной воды, 
;
- стоимость топлива, ;
- низшая теплота сгорания топлива, 
;
- общая удельная мощность циркуляционных насосов, 
;
- количество циркуляционных насосов;
- стоимость и изготовление 
поверхности, 
(принимаем);
- стоимость циркуляционного насоса, 
(принимаем);
- коэффициент амортизационных отчислений (принимаем);
- число часов работы в год.
2.2. Матрица планирования эксперимента
Составляем матрицу планирования эксперимента для трёх переменных. Выбираем нулевой уровень для каждой переменной и шаг для каждой переменной и определяем звёздные точки.
| Номер опыта | Матрица плана | Стоимость выпаренной воды | |||
| Х1 | Х2 | Х3 | |||
| Ядро плана | 1 | -1 | -1 | -1 | 0,090 |
| 2 | +1 | -1 | -1 | 0,096 | |
| 3 | -1 | +1 | -1 | 0,058 | |
| 4 | +1 | +1 | -1 | 0,060 | |
| 5 | -1 | -1 | +1 | 0,166 | |
| 6 | +1 | -1 | +1 | 0,128 | |
| 7 | -1 | +1 | +1 | 0,223 | |
| 8 | +1 | +1 | +1 | 0,155 | |
| Звездные точки | 9 | -1,682 | 0 | 0 | 0,091 |
| 10 | +1,682 | 0 | 0 | 0,090 | |
| 11 | 0 | -1,682 | 0 | 0,120 | |
| 12 | 0 | +1,682 | 0 | 0,087 | |
| 13 | 0 | 0 | -1,682 | 0,073 | |
| 14 | 0 | 0 | +1,682 | 0,284 | |
| Центр плана | 15 | 0 | 0 | 0 | 0,086 |
Таблица. 1. - План эксперимента в кодовых значениях переменных
Расчеты
Исходные данные:
1. Концентрация раствора: - на входе 
,
- на выходе 
;
2. Расход раствора: 
;
3. Теплоемкость воды: 
;
4. Теплоемкость раствора: 
;
5. Температура исходного раствора: 
;
6. Гидравлическая депрессия: 
;
7. Температура вторичного пара из последнего (по пару) корпуса выпарной батареи: 
;
8. Общий температурный напор (задается матрице): 
;
9. Температура греющего пара на выпарную батарею: 
;
10. Недогрев в теплообменнике: 
;
11. Минимальный нагрев в теплообменнике: 
;
12. КТП в единичном теплообменнике: 
;
13. КТП в выпарном аппарате: 
.
1. Материальный баланс:
где 
- расход раствора, 
;
- расход греющего пара на батарею, ;
- расход вторичного пара, ;
- суммарное количество выпаренной воды, ;
- расход конденсата суммарных вторичных паров на выходе из батареи, ;
- расход конденсата греющего пара ( 
), .
2. Тепловой баланс:
где 
- теплоемкость раствора, 
;
- температура исходного раствора, 
;
- энтальпия греющего пара на батарею, 
;
- энтальпия пара на выходе из батареи, ;
- теплоемкость воды, 
;
- температура конденсата, ;
- температура греющего пара, .
Из теплового баланса находим температуру конденсата 
.
Циркуляционный расход на трубу:
при скорости 
.
Расход раствора на одну трубу:
где 
- расход раствора на одну трубу;
- плотность раствора, 
;
- переводной коэффициент из 
в 
.
5. Количество трубок в аппарате:
где 
- суммарная поверхность теплообмена, 
;
- диаметр одной трубки, 
;
- длина трубки, .
Напор для одной трубки
,
где 
- коэффициент расхода;
- ускорение свободного падения, 
;
- сечение входного отверстия насадки, 
.
7. Полезная работа, развиваемая насосом:
,
где 
- объемный расход раствора на одну трубу, 
;
0,36 - переводной коэффициент, учитывающий перевод 
в и расход раствора в час.
8. Действительная мощность, потребляемая насосом:
,
где 
- КПД насоса (принимаем).
9. Удельные эксергетические потери:
, 
;
где 
- энтальпия конденсата, 
;
- температура пара на выходе из батареи;
- температура окружающей среды, ;
- расход и соответствующая ему энтропия i-го потока на выходе и входе в узел взаимодействия, 
, ;
Вход:
- Пар: 
при 
;
- Раствор: 
;
- 
при 
.
Выход:
- Вторичный пар: 
при 
;
- Крепкий раствор: 
;
- 
при 
;
- Конденсат греющего пара: 
при 
;
- Конденсат суммарных вторичных паров: 
при 
.
10. Критерий оптимальности:
где - стоимость выпаривания, ;
- суммарное количество выпаренной воды, ;
- стоимость топлива, ;
- низшая теплота сгорания топлива, ;
- общая удельная мощность циркуляционных насосов, ;
- количество циркуляционных насосов;
- стоимость и изготовление поверхности, (принимаем);
- стоимость циркуляционного насоса, (принимаем);
- коэффициент амортизационных отчислений (принимаем);
- число часов работы в год.