Расчет подогревателя

 

      Температура кипения раствора в корпусе отличается от температуры греющего пара в последующем корпусе на сумму температурных потерь: температурной ( ), гидростатической ( ) и гидродинамической ( ) депрессий.

      

      Гидродинамическая депрессия обусловлена потерей давления пара на преодолении гидравлических сопротивлений трубопроводов при переходе из корпуса в корпус. Обычно в расчетах принимают = 1,0 – 1,5 град на корпус. Примем для каждого корпуса = 1,0 град. Тогда температуры вторичных паров в корпусах равны:

                                          t_{вп 1} = t_бк + = 119,12 + 1,0 = 120,12 ⁰С

      По  температурам вторичных паров определяем их давления и удельные энтальпии [4.табл.VII]:

                                                                                                                 Таблица 3.2

            Гидростатическая  депрессия обусловлена разностью  давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности.

            Давление в среднем  слое кипящего раствора Р_ср каждого корпуса определяется по уравнению

                                        Р_ср = Р_в.п + * (1 – Е),

      где - плотность кипящего раствора, кг/м³, определяем по [5 табл 1.67]

                                ₁ = 1082 кг/м³

                   Н – высота кипятильных труб в аппарате, м;         

              Е – паронаполнение (объемная доля пара в кипящем растворе), м³/м³. При пузырьковом режиме кипения паронаполнение составляет Е = 0,4…0,6. Примем  Е = 0,5

            Для выбора значения Н необходимо ориентировочно оценить  поверхность теплопередачи выпарного  аппарата F_ор. При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляцией q = 40000 Вт/м² [3].

         Тогда  ориентировочно поверхность передачи 1-го корпуса

                                        F_ор = = = = 53,12 м²,

      r₁ – теплота парообразования вторичного пара, Дж/кг,  r₁ = 2125*10³ Дж/кг .

      По  ГОСТ 11987-81 принимаем выносной аппарат  с естественной циркуляцией и  вынесенной греющей камерой.

      Примем F = 63 м² , тогда Н = 4м, диаметр труб d_H = 38х2 мм. 

      Давление  в среднем слое кипятильных труб корпусов:

      Р_1ср = Р_{вп 1} + * (1 – Е) = 0,2 + = 0,2106 МПа

      Этим  давлениям соответствуют следующие  температуры кипения и теплоты  испарения растворителя:

      

                                                                                                             Таблица 3.3

               

      Определяем  гидростатическую депрессию по корпусам:

             = t_{1 ср} – t_{вп  1} = 121,5 – 121,12 = 0,38 ⁰С 

      Температурная депрессия  определяется по уравнению

                      

                                  = 1,62 * 10^-2 * * _атм,

      где   Т – температура паров в  среднем слое кипятильных труб;

              _атм – температурная депрессия при атмосферном давлении:

       

        _атм = 1,5 ⁰С  

      Находим значение  по корпусам:

                     = 1,62 *10^-2 * *1,5 = 1,7  ⁰С

      Температуры кипения растворов в корпусах:

                   

                  t_к1 = t_бк + + + = 120,12 + 1,7 + 0,38 + 1 = 123,27 ⁰С  

      3.5. Полезная разность  температур  

      Полезная  разность температур:

               t_п1 = t_г1 - t_к1 = 151,8 – 123,27 = 28,53 ⁰С   

      Проверим  общую полезную разность температур:

       t_п = t_г1- t_бк – ( + + ) = 151,8 – 120,12 – (1,7 + 0,38 + 1) = 28,53 ⁰С        

3.3 РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ  НАГРУЗКИ ВЫПАРНОГО АППАРАТА 

Определим тепловую нагрузку выпарного аппарата по формуле.

        ;          

       где - тепловая нагрузка выпарного аппарата, кВт;       

              1.03- коэффициент учитывающий теплопотери  в окружающую среду в размере  3% ;

       с_н, - теплоемкости раствора поступающего на выпарку, кДж/кг⁰С;

       t_н- температура исходного раствора поступающего на выпарку,⁰С;

        кДж/кг⁰С;

       Принимаем, что раствор поступает в аппарат  подогретым до температуры  до ⁰С; 

Таблица 3.1

Параметры выпариваемого раствора 

 

       Определим расход греющего пара в выпарном аппарате.

         кг/с;

       где D - расход греющего пара в выпарном аппарате, кг/с;

       

             r_гп- удельная теплота конденсации греющего пара, кДж/кг;

       

 кДж/кг при Р_гп=0,9 МПа; [3]

4.   Конструктивный расчет

1. Тепловое  сопротивление стенки

      

где d_ст = 0,002 м – толщина стенки трубки;

             l_ст=17,5 Вт/м×К – теплопроводность нержавеющей стали [1 c.529];

             r₁=r₂=1/5800 м×К/Вт– тепловое сопротивление загрязнений[1 .531];

      S(d/l) = 0,002/17,5 + 1/5800 + 1/5800 = 2,9×10^-4 м×К/Вт.

2. Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке

      где m₁ = 0,1935×10^-3 Па×с – вязкость конденсата [1 c.537];

       l₁ = 0,668 Вт/м×К – теплопроводность конденсата;

             r₁ = 923,7 кг/м³ – плотность конденсата;

      Dt₁ – разность температуры конденсации пара и температуры стенки со стороны пара, предварительно принимаем Dt₁ = 27 °C;

      a₁ = 2,04(0,668³×923,7²×2115000/0,1965×10^-3×4×27)^0,25 = 4570 Вт/м²×К.

Для установившегося процесса теплопередачи  справедливо уравнение для удельного  теплового потока:

      

, тогда

      Dt_ст = a₁Dt₁S(d_cт/l_ст) =4570×27×2,9×10^-4 = 35,7 °С,

      Dt₂ = Dt_п  – Dt₁ – Dt_ст = 71,06 – 27 –35,7 = 8,19 °С.

3. Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору

      a₂ = Aq^0,6

      

,

      Теплофизические свойства кипящих растворов CaCl₂