Расчёт выпарной непрерывной установки

Общая полезная разность температур равна :

SDt_п = Dt_п1 + Dt_п2 + Dt_п3

      Полезные  разности температур по корпусам ( в  ⁰ С ) :

Dt_п1 = t_г1 - t_к1 =179,8 -167,76= 12,04

Dt_п2 = t_г2 - t_к2 =163,77-138,26=25,51

Dt_п3 = t_г3 - t_к3 = 133,57-89,21= 44,36 
 

      Общая полезная разность температур :

SDt_п =12,04+25,51+44,36= 81,91 ⁰ С

      Проверим  общую полезную разность температур :

 SDt_п = t_г1 - t_бк - (SD^I + SD^II + SD^III )=179,8 – 81,36 - (3+5,77+7,76) =  81,9 ⁰ С 

3.1.4. Определение тепловых нагрузок. 

      Расход  греющего пара в 1-й корпус, производительность каждого корпуса по выпаренной воде и тепловые нагрузки по корпусам определяются путем совместного решения уравнений  тепловых балансов по корпусам и уравнения баланса по воде для всей установки:

Q₁ = D×( I_г1 - i₁ ) = 1.03×[ G_н×с_н×( t_к1 - t_н ) + w₁×( I_вп1  - с_вt_r1 ) ] ;

Q₂ = w₁×( I_г2 - i₂ ) = 1.03×[ ( G_н - w₁ )×c₁( t_к2 - t _к1 ) + w₂×( I_вп2  - с_вt_r2 ) ] ;

Q₃ = w₂×( I_г3 - i₃ ) = 1.03×[ ( G_н - w₁ - w₂)×c₂×( t_к3 - t_к2 ) + w₃×( I_вп3  - с_вt_r3 ) ] ;

W = w₁ + w₂ + w₃ ; 

где 1.03 - коэффициент, учитывающий 3 % потерю тепла в окружающую среду.

      с - теплоемкости растворов соответственно исходного, в первом , втором и третьем  корпусах, кДж / ( кг×К ) [Приложение 1].

            t_н - температура кипения исходного раствора при давлении в 1-м корпусе

t_н = t_вп1 + D^I_н = 164,77+1= 165,77⁰ С. 

Q₁ = D×(2784,2-763,12) = 1.03×[ 8,33× 3,65× (167,76 – 165,77) + w₁×(2768,93 - 4,19×167,76)] ;

Q₂ = w₁×(2768,93-692,45) = 1.03×[( 8,33 - w₁)×3,4×(138,26-167,76) + w₂×( 2739,38- 4,19× 138,26 )] ;

Q₃ = w₂×(2739,38-587,17) = 1.03×[(8,33 - w₁ - w₂)×2,64×( 89,21-138,26) + w₃×(2642,8-  4,19×89,21)] ;

W = w₁ + w₂ + w₃ = 6,116 

      Решение этой системы уравнений дает следующие  результаты:

D = 2,27 кг/с ;  w₁ = 2,14 кг/с ;  w₂ = 2,3 кг/с ;   w₃ = 2,47 кг/с;  

Q₁ = 4670,75 кВт ;  Q₂ = 4494,21 кВт ;  Q₃ = 4993,53 кВт ;  
 

Результаты расчета сведены в таблицу 

 

      Наибольшее  отклонение вычисленных нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе от предварительно принятых не превышает 5 %, поэтому не будем пересчитывать концентрации и температуры кипения растворов по корпусам. 
 
 

3.1.5. Выбор конструкционного материала. 

      Выбираем  конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора CaCl₂  в интервале изменения концентраций от 5 до 40 %  . В этих условиях химически стойкой является сталь марки 30ХГС. Скорость коррозии ее  менее 0,003 мм/год при t=100⁰ С, коэффициент теплопроводности l_ст = 25,1 Вт / (м×К). 

3.1.6. Расчет коэффициентов теплопередачи. 

Коэффициенты  теплопередачи для первого корпуса  определяют по уравнению аддитивности термических сопротивлений :

К₁ = 1 / ( 1/ a₁ + S d / l + 1/ a₂ )

      Примем, что суммарное термическое сопротивление  равно термическому сопротивлению  стенки d_ст / l_ст и накипи d_н / l_н . Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем.

S d / l = 0,002 / 37.68 + 0,0005 / 2 = 3,0×10^-4    м²×К / Вт.

      Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося  пара к стенке a₁ равен :

a₁ = 2,04×[(r₁×r²_ж1×l³_ж1)/(m_ж1 ×H×Dt₁)] ^0,25

где r₁ - теплота конденсации пара, Дж/кг ; r_ж1 ,  l_ж1 ,   m_ж1 - плотность (кг / м³ ), теплопроводность Вт / (м×К), вязкость (Па×с) конденсата при средней температуре пленки t_пл = t_г1 - Dt₁ /2 , где Dt₁ - разность температур конденсации пара и стенки, град.

                                                            I корпус

      Расчет  ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем Dt₁ = 2 град.

t_пл = 169,6 – 2/2 = 168,6 ⁰ С

a₁ =

= 8228,7 Вт/(м²× К)

Для установившегося  процесса передачи тепла справедливо  уравнение: 

      q = a₁Dt₁ = Dt_ст / (S d / l) = a₂×Dt₂

где q - удельная тепловая нагрузка, Вт / м² ;

      Dt_ст - перепад температуры на стенке, град. ;

      Dt₂ - разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой  кипения раствора, град.

      Отсюда

      Dt_ст = a₁×Dt₁×Sd /l = 8228,7×2×3×10^-4 = 5 град.

      Тогда

      Dt₂ = Dt_п1 - Dt_ст - Dt₁ = 7,42 – 5 – 2= 0,42 град.

      Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения  в вертикальных кипятильных трубах при условии принудительной циркуляции раствора равен:

a₂ =Nu×l/d_вн      

t_ср= t_к+Dt₂ /2=162,18+0,21=162,4⁰ С

Re=V×d×r/m=2,2×0,034×907/0,174×10^-3=389905,7

Pr=m×c/l=0,174×10^-3×4360/0,683=1,11

Nu=0,023× Re^0,8× Pr^0,4=0,023×29700,77×1,04=710,44