Расчёт выпарной непрерывной установки

Pr=m×c/l=0,298×10^-3×4210/0,681=1,84

Nu=0,023× Re^0,8× Pr^0,4=0,023×20243,6×1,28=594,2

a₂=594,2×0,681/0,034=11901,5 Вт/(м²× К)

       Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок :

q^I = a₁×Dt₁  =5412,4×10=54124 Вт/м²

q^II = a₂×Dt₂ = 11901,5×19,63=233626 Вт/м²

Как видим q^I¹ q^II.

      Для второго приближения примем Dt₁ = 18 град.

      Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры на 18.0 град, рассчитаем a₁ по соотношению

            a₁₌     

=4495,16 Вт/(м²×К) 
 

Получаем :

                                                t_пл=132,9-10=122,9 ⁰ С

                                                      Dt_ст = 24,3град

Dt₂ = 45,83 – 24,3 - 18 = 3,53град

t_ср =87,07+1,8=88,8 град

                                      Re=V×d×r/m=2,2×0,034×968/0,335×10^-3=216138,5

                                      Pr=m×c/l=0,335×10^-3×4190/0,678=2,07

                                       Nu=0,023× Re^0,8× Pr^0,4=0,023×18526,17×1,34=570,98

a₂ =57098×0,678/0,034=11386 Вт/ м²×к

q^I =  80912,9 Вт/м²

q^II = 40192,6 Вт/м²

Как видно q^I¹ q^II.

      Для расчета третьего приближения построим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки от разности температур между паром и стенкой в первом корпусе(см. рис. 4) и определяем  Dt₁

                

Рисунок 4- График зависимости тепловой нагрузки от разности температур

 Получаем: Dt₁=16 град

                      Тогда:

a₁=

= 4812,4 Вт/(м²×К)

t_лл =132,9-8,0=124,9 град

Dt_ст = 23,1 град

Dt₂ =6,73 град

t_ср  =90,4 град

q^I =76998,4 Вт/м²

q^II = 76627,8 Вт/м²

q^I= q^II

      Расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3 % , расчет коэффициентов a₁ и a₂ на этом заканчиваем.

      Находим К₃ :

К₃ = 1/ (1/ 4812,4+ 3×10^-4 + 1/ 11386) = 1672,2 Вт/ (м²×К). 

      3.1.7. Распределение полезной разности температур. 

      Полезные  разности температур в корпусах установки  находим из условия равенства их поверхностей теплопередачи :

где Dt_{п j} , Q _j , K _j - соответственно полезная разность температур, тепловая нагрузка, коэффициент теплопередачи для j - го корпуса.

                       S Δt_п  =7,42+20,22+5,83=73,47 град

      Подставив численные значения, получим :

Δt_п1

21,84 град

Δt_п2= 9,58×2,4=23 град.

Δt_п3= 9,58×2,99=28,69рад.

Проверим общую  полезную разность температур установки :

SDt_п = 21,84+23+28,69= 73,47 град.

      Теперь  рассчитаем поверхность теплопередачи выпарных аппаратов :

F = Q / ( K×Dt_п ).

  F₁ =4670,75×10³ / (2049,2·21,84) = 104 м²

F₂ = 4494,21×10³ /(1869,2· 23) =104 м²

   F₃ = 4993,53×10³ /(1672,2 · 28,63) = 104 м²

      Найденные значения мало отличаются от ориентировочно определенной ранее поверхности F_ор. Поэтому в последующих приближениях нет необходимости вносить коррективы на изменение конструктивных размеров аппарата (высоты, диаметра и числа труб). Сравнение распределенных из условий равенства поверхностей теплопередачи и предварительно рассчитанных значений полезных разностей температур Dt_п подставлено ниже : 
 

 

3.1.8 Повторный расчет коэффициентов теплопередачи

                                                            I корпус

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

t_пл = 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_ср = a₁×Dt₁×Sd /l = 162,18+7,42= 669,6 град.

      Тогда

      Dt₂ = Dt_п1 - Dt_ст - Dt₁ = 21,84 – 5 – 2= 14,84 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      

Re=V×d×r/m=2,2×0,034×897/0,163×10^-3=411629,4

Pr=m×c/l=0,163×10^-3×4400/0,679=1,06

Nu=0,023× Re^0,8× Pr^0,4=0,023×31017,4×1,024=730,5

a₂=730,5×0,679/0,034=14588,9 Вт/(м²× К)

       Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок :

q^I = 16457,4 Вт/м²

q^II = 216500 Вт/м²

Как видим q^I¹ q^II.

      Для второго приближения примем Dt₁ = 5 град.

      Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры на 5.0 град, рассчитаем a₁ по соотношению

a₁=

=6544Вт/(м²×К)

Получаем :

                                                t_пл=169,6-2,5=167,1 ⁰ С

Dt_ст = 9,8 град

Dt₂ = 21,84 – 9,8 - 5 = 7,04 град

t_ср =162,18+3,52=165,7 град

                                          Re=V×d×r/m=2,2×0,034×902/0,170×10^-3=396880

                                          Pr=m×c/l=0,170×10^-3×4380/0,680=1,1

                                          Nu=0,023× Re^0,8× Pr^0,4=0,023×30125×1,04=719,8

a₂ =719,8× 0,680/0,034=14396 Вт/ м²×к