Выпарной аппарат

3.2.5 Ориентировочный выбор подогревателя.

Для обеспечения турбулентного режима номинальная площадь проходного сечения должна быть меньше рассчитанной. Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара не зависит от режима течения в межтрубном пространстве, следовательно, необязательно рассчитывать скорость движения пара и проходное сечение межтрубного пространства

              Выбор теплообменных аппаратов производится по проходному сечению трубного пространства  / 3, табл. 2.3 /.

3.2.6. Параметры подогревателя необходимые для уточнённого расчёта.

3.2.7. Уточнённый расчет подогревателя на ЭВМ.

              По данным п. 3.2.4.-3.2.6. Произведём уточнённый расчёт подогревателя результаты расчёта представлены в (приложении 3).

3.2.8.       Расчёт гидравлического сопротивления кожухотрубчатых теплообменников

              Скорость жидкости в трубах:

                                                                      (31)

              Скорость раствора для обоих подогревателей тр, м/с:

м/с

              Коэффициент трения  рассчитывается по формуле / 3, ф-ла. 2.31 / :

                                                        (32)

              где              е – относительная шероховатость труб;

е=/dэкв                                                                                    (33)

                            где               - высота выступов шероховатостей (в расчётах можно принять               =0.2 мм)

              Тогда относительная шероховатость труб для первого и второго теплообменника соответственно:

е1=0.2/(20-4)=0.0125

е2=0.2/(25-4)=0.0095

              Коэффициент трения для первого теплообменника 1:

              Коэффициент трения для второго теплообменника 2:

              Диаметр штуцеров в распределительной камере dтр.ш=150 мм / 3, табл. 2.6 / (для каждого теплообменника, скорость в штуцерах тр.ш, м/с:

м/с

              Формула для определения гидравлического сопротивления в трубном пространстве ртр, Па / 3, ф-ла. 2.35 /:

                            (34)

              Гидравлического сопротивления в трубном пространстве для первого теплообменника ртр1:

= 709.98 Па

              Гидравлического сопротивления в трубном пространстве для второго теплообменника ртр2:

= 597.12 Па

              Число рядов труб омываемых теплоносителем в межтрубном пространстве m приближенно принимается / 3, ф-ла. 2.34 /:

                                                                                    (35)

              где              n – количество труб

              Для первого теплообменника m1:

              Для второго теплообменника m2:

Число сегментных перегородок для первого теплообменника Х1 / 3, табл. 2.7/:

Х1=6

              Число сегментных перегородок для второго теплообменника Х2:

Х2=10

              Диаметр штуцеров к кожуху dмтр.ш / 3, табл. 2.6 /:

dмтр.ш=150 мм

              Скорость потока в штуцерах (для каждого из теплообменников) по ф-ле. (31):

м/с

              Скорость жидкости в наиболее узком сечении межтрубного пространства для первого теплообменника Sм.тр=0.017 м2:

м/с

              Скорость жидкости в наиболее узком сечении межтрубного пространства для второго теплообменника Sм.тр=0.025 м2:

м/с

              Значение Re межтрубного пространства:

                                                                                    (36)

              Значение Re межтрубного пространства для первого теплообменника:

              Значение Re межтрубного пространства для второго теплообменника:

              Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства рмтр, Па                               / 3, ф-ла. 2.36 /:

              (37)

              Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства для первого теплообменника рмтр1, Па:

=18.338 Па

              Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства для второго теплообменника рмтр1,2:

= 13.05 Па

3.2.9.              Выбор аппарата по каталогу.

Проанализировав данные уточнённого расчёта, а также расчёт гидравлического сопротивления, мы видим, что оба теплообменника одинаково хорошо подходят (расходы теплоносителей одинаковы, гидравлические сопротивления различаются незначительно).На мой взгляд более предпочтителен аппарат №1, так как его габариты меньше, чем у аппарата №2. Следует так же отметить, что любой из этих аппаратов обеспечит необходимую площадь теплообмена с учётом запаса.

Таблица 2. Параметры кожухотрубчатого теплообменника

3.3. Расчёт холодильника упаренного раствора.

3.3.1. Определение средних температур теплоносителей.

Рис. 2 Температурная схема движения теплоносителей при противотоке

tкон ,t’кон – температура упаренного раствора до и после холодильника, С;

tнач.в,tкон.в – температура охлаждающей воды до и после холодильника, С;

Конечную температуру воды и упаренного раствора выбираем самостоятельно, причём t’кон следует принять из интервала 40-30 С.

По формулам (24-26) определяем:

tб = 89.168 – 35 = 54.168 С

tм = 40 – 13 = 27 С

С

Среднюю температуру воды найдём как среднее арифметическое tвод.ср., С:

tвод.ср= (tнач.в+tкон.в)/2                                                                       (38)

tвод.ср= (13+35)/2=24 С

Средняя температура раствора tср.р, С:

tср.р= tвод.ср+tср                                                                      (39)

tср.р=24 + 39.02 = 63.02 С

3.3.2. Тепловой баланс холодильника.

Количество теплоты, которое необходимо отвести от раствора для его охлаждения:

Q= Gконскон(tкон-t’кон)                                                         (40)

где              Gкон – расход упаренного раствора кг/с;

                            скон – удельная теплоёмкость раствора при tср.р.­ и Хкон, Дж(кгК)

Удельная теплоёмкость раствора скон раствора при tср.р.­ и Хкон

(Приложение 2, п.3):

скон=3937 Дж(кгК)

Расход упаренного раствора Gкон,кг/с по формуле (2):

Gкон=1.164 кг/с

Q=1.1643937(89.168-40)=2.253105 Вт

Так как вся отводимая от раствора теплота передаётся охлаждающей воде, то её расход можно найти по формуле:

                                                         (41)

где              Gвод – расход охлаждающей воды, кг/с;

                            свод – теплоемкость воды при температуре tвод.ср.,Дж/(кгК)

Удельная теплоемкость воды при температуре tвод.ср (Приложение 2 п.3):

свод=4187 Дж/(кгК)

кг/с

3.3.3. Ориентировочный расчёт холодильника.

Зададимся ориентировочным коэффициентом теплопередачи от жидкости к жидкости / 2, табл. 4.8 /:

Кор=1000 Вт/(м2К)

Рассчитаем ориентировочную площадь теплообмена по формуле (23);

м2

Рассчитаем скорость течения раствора тр по трубному пространству холодильника с диаметром труб d=20 мм и площадь сечения Sтр трубного пространства, необходимые для обеспечения турбулентного режима течения раствора по формулам (29, 30).

Плотность раствора р и коэффициент динамической вязкости р при tср.р. и Хкон (Приложение 2, п.1, п.2)

р=1018 кг/м3

р=4.60610-4 Пас

м/с

м2

Рассчитаем скорость течения в воды межтрубном межтр и площадь сечения Sмежтр межтрубного пространства, необходимые для обеспечения турбулентного режима.

                                                                      (42)

Плотность воды в и коэффициент динамической вязкости в при tвод.ср. (Приложение 2, п.1,п.2)

в=996.467 кг/м3

в=9.08210-4 Пас

Эквивалентный диаметр при поперечном обтекании равен наружному диаметру трубы d.

м/с

                                                                        (43)

м2

3.3.4. Выбор холодильника упаренного раствора.

Для обеспечения турбулентного режима номинальные площади проходных сечений трубного и межтрубного пространств должны быть меньше рассчитанных. Исходя из площади теплообмена и величин полученных проходных сечений мы должны выбрать теплообменник с наиболее подходящими параметрами, проанализировав данные расчёта делаем вывод, что для обеспечения требуемых параметров, необходимо использовать два, последовательно соединённых одноходовых аппарата. По каталогу / 3, табл. 2.3 /

Таблица 3. Параметры кожухотрубчатого теплообменника