Досліждення процесу випарювання гідроокису калію, аналіз його виробництва, страница 10

Для гарячого потоку №7 – це холодний потік № 3.1 з потоковою теплоємністю СР₁₂= 1,72 кВт/°С.

Відповідно навантаження на цей потік буде:

DН_Т3 = СР₇ (Т_S – Т_Т) = 1,047 (155,2 – 55)=104,9 кВт

Таким же чином підбираємо партнера для гарячого потоку №4, з потоковою теплоємністю СР₄= 3,76 кВт/°С, йому підходить холодний потік № 3.3, з потоковою теплоємністю СР_3.3= 3,76 кВт/°С.

Відповідно навантаження на цей потік буде:

DН_Т4 = DН₃ – (DН_Т2 + DН_Т3) = 820,57 (485,93 + 104,9)=229,74 кВт

Максимізуємо навантаження на гарячому потоці №4. Оскільки теплової енергії, яка залишилась у потока №4 забагато для того, щоб нагріти поток №1, тому теплова енергія потока №4 розподіляється між потоками №1 і №2 практично порівну. Таким чином для зберігання ΔТ_min = 30 °C на теплообмінниках, поток №2 раціонально розщепити на дві вітки з потоковими теплоємкостями СР_5.1=5,2кВт/°C та СР_5.2 = 4,43 кВт/°C відповідно на одній з яких уже стоїть теплообмінник.

Навантаження на потоки будуть наступні:

DН_Т5 = СР_5.2 (Т_S2 – Т_Т2)=4,43 (104,1 – 71,1) = 146,23 кВт

DН_Т6 = DН₄ – DН_Т5 – DН_Т4 = 525,65 – 146,23 – 229,74 = 149,65 кВт

Що довести температури на потоках №1 і №2 до цільових, ставимо на кожен з цих потоків по одному утилітному теплообміннику і розраховуємо навантаження на них наступним чином:

DН_Н1 = DН₁ – DН_Т6 = 289,22 – 149,65 = 139,57 кВт

DН_Н2 = DН₂ – DН_Т1 – DН_Т5 = 317,8 – 109,79 – 146,23 = 61,77 кВт

Нам невідомі температури потоків на гарячій стороні встановлених теплообмінників. Використовуючи рівняння балансу ентальпії, обчислюємо відсутні температури.

Звідки температура гарячого теплоносія на холодній стороні теплообмінника №1 визначиться величиною:

Т_вих1 = 71,1 + 109,79/5,2 = 92,22 °С

Температура на виході з теплообмінника №4 після охолодження конденсата другого корпуса визначиться величиною:

Т_вих2 = 40 + 229,74/3,76 = 101,1 °С

Температура на виході з гарячої сторони теплообмінника №5 визначиться величиною:

Т_вих2 = 101,1 + 146,23/3,76 = 140 °С

Таким чином, ми закінчили проектування системи теплообміну вище пінча й нижче пінча.

Н1, Н2 – нагрівачі; 1, 2, 3 – холодні потоки; 4, 5, 6, 7 – гарячі потоки;

1, 2, 3, 4, 5, 6 – теплообмінники

Рисунок 3.9 – Сіткова діаграма технологічних потоків і єднальних їхніх теплообмінників технологічної системи випарювання при ΔТ_min = 30°С

Оскільки у нас два ΔТ_min, то для другого ΔТ_min = 12°С аналогічно користуючись правилами для теплообмінників та СР правилами, розсташували теплообмінники і підігрівачі на сітковій діаграмі, як показано на рис. 3.10.

При зрівнюванні цих двох сіткових діаграм видно, що кількість гарячих утиліт однакова в обох випадках Q_Н = 201,34 кВт. Видно, що перша сіткова діаграма працює при ΔТ_ср від 30 до 61°С, для теплообінників і має загальну площу 100,23 м², а друга при ΔТ_ср від 19 до 56°С і площа дорівнює 120 м², тому раціональніше буде використати першу сіткову діаграму, оскільки вона має меншу площу і несе менші затрати на придбання обладнання і програмного забезпечення ніж друга.

В якості робочого варінта була прийнята перша сіткова діаграма для якої розроблена технологічна схема показана на рисунку 3.11.

У результаті зробленої роботи одержали дані наведені в табл. 3.5.

Н1, Н2, Н3 – нагрівачі; 1, 2, 3 – холодні потоки; 4, 5, 6, 7– гарячі потоки;

1, 2, 3, 4, 5 – теплообмінники

Рисунок 3.10 – Сіткова діаграма технологічних потоків і єднальних їхніх теплообмінників технологічної системи випарювання при ΔТ_min = 12°С

Таблиця 3.5 – Порівняння енергетичних характеристик існуючої та пропонованої в проекті реконструкції теплообмінних мереж технологічної системи випарювання

В результаті проробленої роботи була виконана оптимізація теплообмінної мережі процесу випарювання для обраних цільових функцій рис. 3.11.