Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов

ОГЛАВЛЕНИЕ 

стр.

ВВЕДЕНИЕ                     5

1. Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов            6

2. Расчет концентраций упариваемого раствора                        6

3. Определение температур кипения растворов                        7

4. Расчет полезной разности температур                      8

5. Определение тепловых нагрузок                            8

6. Выбор конструкционного материала                         11

7. Расчет коэффициентов теплопередачи                    11

8. Распределение полезной разности температур                     18

9. Уточненный расчет поверхности теплопередачи                     19

10. Определение толщины тепловой изоляции                           25

11. Расчет барометрического конденсатора                         27

12. Определение расхода охлаждающей воды                       27

13. Расчет диаметра барометрического конденсатора                    27

14. Расчет высоты барометрической трубы                        27

15. Расчет производительности вакуум-насоса                       28

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                              29

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК                      30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов      

 

 

2. Расчет концентраций упариваемого  раствора

 

Первое  приближение при расчете.       

Производительность  установки по выпариваемой воде определим  по формуле       

                                              (1)

В первом приближении на основании  практических данных, принимаем следующее распределение производительности по выпариваемой воде по корпусам    

W₁ : W₂ : W₃ = 1,2 : 1,1 : 1,0

Тогда                          

                        (2)

                     (3)

               (4)

Далее рассчитаем концентрацию расходов по корпусам         

 

                             (5)

                          (6)

 

                           (7)

Расчет  выполнен верно.  

 

 

3. Определение температур кипения растворов

 

Общий перепад давлений в установке  равен 

 

                                         (8)

где Р_Г1 - давление греющего пара в первом корпусе, МПа         

  Р_БК - давление греющего пара в барометрическом конденсаторе, МПа    

Давление греющих паров в  корпусах              

                                                (9)

 

Расчет  выполнен верно.                    

 

  Таблица 1 Температуры и энтальпии греющих паров  

Давление, МПа	Температура, °С	Энтальпия, кДж/кг	Теплота парообразования, кДж/кг
РГ1 = 6,797	tГ1 = 284	IГ1 = 2776	rГ1 = 1519
РГ2 = 4,558	tГ2 = 257	IГ2 = 2798	rГ2 = 1675
РГ3 = 2,319	tГ3 = 219	IГ3 = 2800	rГ3 = 1858
РБК = 0,0797	tБК = 93	IБК = 2666	rБК = 2274

 

Определим температуру  вторичных паров по формуле

 

                                               (10)

 

                                                (11)

                                  (12)

где ∆''' = 1°C - величина гидродинамической депрессии на корпус.

 

Сумма гидродинамических депрессий  составляет           

                                                      (13)

  Таблица 2 Давление и теплота парообразования вторичных паров     

Температура, °С	Давление, МПа	Энтальпия, кДж/кг	Теплота парообразования, кДж/кг
tВП1 =258	РВП1 =4,558	IВП1 =2798	rВП1 =1675
tВП 2 =220	РВП2 =2,319	IВП2 =2800	rВП2 =1858
tВП3 =94	РВП3 =0,080	IВП3 =2666	rВП3 =2274

 

Поверхность теплопередачи первого  корпуса ориентировочная     

                               (14)

где q =80000  Вт/м² - удельная тепловая нагрузка с естественной циркуляцией  

По ГОСТ 11987-81 для выпарного аппарата с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой ближайшая поверхность -200  м². /3/  

Выбираем греющие трубы размером Ø38 мм, толщина стенки δ = 2 мм, длина труб (высота) Н = 4 м.

Плотность раствора по корпусам определим  по справочнику /1/

 

 при этом кг/м³

 при этом  кг/м³

 при этом  кг/м³

Давление в среднем слое кипятильных труб корпусов

                                        (15)

 

где Рвп - давление вторичных паров, МПа                

Н - высота кипятильных труб в аппарате, м         

ε - паронаполнение (объемная доля пара в кипящем растворе), м³/м³

Принимаем ε = 0,5.

Тогда                      

 МПа

 МПа

 МПа

   Таблица 3 Температура кипения и теплота парообразования   

Давление, МПа	Температура, °С	Энтальпия, кДж/кг	Теплота парообразования, кДж/кг
РСР1 =4,573	tСР1 =258	IСР1 =2797	rСР1 =1668
РСР2 =2,328	tСР2 =220	IСР2 =2800	rСР2 =2853
РСР3 =0,089	tСР3 =75	IСР3 =2670	rСР3 =2266

 

Определим гидростатическую депрессию по корпусам

 

              (16)

              (17)

              (18)

Сумма гидростатических дипрессий составляет

 

                       (19)

Температурную депрессию определим по формуле

 

         (20)

где ∆_АТМ '- температурная депрессия при атмосферном давлении, град. /5/

 

Х₁ = 97,0 % при этом ∆_АТМ1' =12,5 °С

 

Х₂ = 17,1 % при этом ∆_АТМ2' =1,9 °С

Х₃ = 9,7 % при этом ∆_АТМ3' =0,8 °С

Тогда                          

 °С

 °С

 °С

Сумма температурных дипрессий составляет

 

∑∆' = ∆₁' + ∆₂' + ∆₃'                                 (21)

∑∆'= 22,7 + 4,0 + 0,7 = 27,4 °С

Тогда температура кипения растворов  в корпусах составит       

 

t_К1 = t_Г2 + ∆₁' + ∆₁'' + ∆₁'''                             (22)

t_К1= 257 + 22,7 + 0 + 1= 280,73 °С

t_К2 = t_Г3 + ∆₂' + ∆₂'' + ∆₂'''                  (23)

t_К2= 219 + 4,0 + 0 + 1= 224,03 °С

t_К3 = t_БК + ∆₃' + ∆₃'' + ∆₃'''                                                 (24)

t_К3 = 93 + 0,7 + 2 + 1 = 96,69 °С                      

 

4. Расчет полезной разности температур

 

Полезные  разности температур по корпусам составляют         

 

∆t_П1 = t_Г1 - t_К1                                      (25)

∆t_П1 = 284 - 280,73 = 3,27 °С

∆t_П2 = t_Г2 - t_К2                                 (26)

∆t_П2 = 257 - 224,03 = 32,97 °С

∆t_П3 = t_Г3 - t_К3                                                 (27)

∆t_П3 = 219 - 96,69 = 122,31 °С

Общая полезная разность температур                

 

∑∆t_П = ∆t_П1 + ∆t_П2 + ∆t_П3                                              (28)

∑∆t_П = 3,27+32,97+122,31= 158,56 °С

Проверим общую полезную разность температур            

∑∆t_П = t_Г1 - t_БК - (∑∆' + ∑∆'' + ∑∆''')                                        (29)

 

∑∆t_П = 284 - 93 - (27,4 + 2,0 + 3) = 158,56 °С

Расчет  выполнен верно.        

 

 

5. Определение тепловых нагрузок

 

Уравнение тепловых балансов по корпусам выглядит так

Q₁= D ∙ (I_Г1 – i₁) = 1,03 ∙ [(G_H – W₂ – W₃) ∙ C₂ ∙ (t_K1 – t_K2) + W₁ ∙ (I_ВП1 – С_В ∙ t_K1) + Q_1КОНЦ]   (30)

Q₂ = W₁ ∙ (I_Г2 - i₂) = 1,03 ∙ [(G_H - W₃) ∙ C₃ ∙ (t_K2 - t_К3) + W₂ ∙ (I_ВП2 - С_В ∙ t_K2) + Q_2КОНЦ]        (31)

Q₃ = W₂ ∙ (I_Г3 – i₃) = 1,03 ∙ [G_H ∙ C_H ∙ (t_K3 – t_H) + W₃ ∙ (I_ВП3 – С_В ∙ t_K3) + Q_3КОНЦ]      (32)

W = W₁ + W₂ +W₃       (33)

W=25,0

 

где 1,03 - коэффициент, учитывающий потери в окружающую среду       

  С - теплоемкости растворов начальной концентрации и в корпусах     

  D - расход греющего пара в первом корпусе, кг/с            

  Q_КОНЦ - теплота концентрирования по корпусам (принимаем равным 0).  

  t_Н - температура кипения исходного раствора в первом корпусе      

 

Принимаем:

(I_Г - i) = r_Г

(I_ВП - С_В ∙ t_K) = r_ВП

Окончательно уравнения выглядат так            

D ∙  r_Г1 = 1,03 ∙ [(G_H -W₂ - W₃) ∙ C₂ ∙ (t_K1 - t_K2) + W₁ ∙ r_ВП1]                       (34)

W₁ ∙ r_Г2 = 1,03 ∙ [(G_H -W₃) ∙ C₃ ∙ (t_K2 - t_К3) + W₂ ∙ r_ВП2]

W₂ ∙ r_Г3 = 1,03 ∙ [G_H ∙ C_H ∙ (t_K3 - t_H) + W₃ ∙ r_ВП3]

W = W₁ + W₂ + W₃ = 25,0

Теплоемкость  водного раствора вычислим по формуле        

С = 4,19 ∙ (1 - Х)                   (33)

С₂ = 4,19 ∙ (1 - 0,171) = 3,479 кДж/кг∙К

С₃ = 4,19 ∙ (1 - 0,097) = 3,787 кДж/кг∙К

С_Н = 4,19 ∙ (1 - 0,070) = 3,902 кДж/кг∙К

Температура кипения исходного раствора в  первом корпусе      

t_Н = t_ВП1 + ∆_H'                  (34)

t_Н = 258 + 4,63 = 262,63 °С

Температурную депрессию определим по формуле

 

                                        (35)

где ∆_АТМ' - температурная дипрессия при атмосферном давлении, град.