Схема выпарной установки естественной циркуляции

С вынесенной греющей камерой.

1- греющая камера;

2- - выпарной аппарат;

3- брызгоулавливатель;

4- циркуляционная труба

Рис.2.

· Работа установки.

Исходный раствор подается по трубам кипятильника 1, где нагревается до температуры кипения с образованием парожидкостной смеси, которая далее поступает в выпарной аппарат (сепаратор) 2.

В сепараторе 2 парожидкостная смесь разделяется на паря растворителя и концентрированный раствор.

Пары растворителя проходят через брызгоулавливатель 3 и выводятся из процесса из верха сепаратора в виде парового потока G_п.

Выделенная брызгоулавливателем жидкая фаза из паров растворителя возвращается в кипятильник 1 по циркуляционной трубе 4.

Сконцентрированный раствор в виде потока G_к выводится из низа сепаратора.

· Показатель эффективности процесса - концентрация концентрированного раствора с_к.

· Цель управления - обеспечение с_к = с_к^зд (на максимально возможном для данной установки значении).

Материальный баланс по растворенному веществу.

Уравнение динамики:

(1),

Уравнение статики :

(2)

Из выражений (1) и (2) следует:

(3),

Предпочтительное управляющее воздействие: G_р.

Тепловой баланс выпарной установки.

Уравнение динамики процесса выпаривания:

(5).

Уравнение статики при :

(6).

В выражениях (5) и (6) принято:

· ;

· ;

· - количество испаряемого растворителя;

· - удельные теплоемкости исходного и концентрированного растворов, которые не починяются закону аддитивности;

· ,

где Dq - тепловой эффект растворения, определяемый на основании закона Гесса:

,

где q_н и q_к - интегральные теплоты растворения в начале и конце процесса.

· На основании (5) и (6):

(7).

Предпочтительные управляющие воздействия:

· для обеспечения теплового баланса процесса - расход теплоносителя G_т;

· для косвенного регулирования показателя эффективности процесса - расход исходного раствора G_р.

В типовом решении автоматизации:

· для косвенного регулирования показателя эффективности процесса выпаривания используют не температуру в аппарате, а температурную депрессию:

.

Материальный баланс по жидкой фазе (для раствора).

Уравнение динамики:

, (8),

Уравнение статики:

(9)

На основании (8) и (9):

. (10).

Предпочтительное управляющее воздействие - G_к.

Материальный баланс по паровой фазе (для раствора).

Уравнение динамики:

(11),

где М_п - мольная масса паровой фазы (растворителя),

кг/моль;

Р_п - давление в сепараторе, Па;

q_п = q_к =q_апп - температура в сепараторе, К,

V_п - объем паровой фазы в сепараторе, м³ .

Уравнение статики:

(12).

На основании (11) и (12): и предпочтительное управляющее воздействие G_п.