Уточнённый расчёт поверхности теплопередачи

Как видно, полезные разности температур, рассчитанные из условия равного перепада давления в корпусах и найденные в первом приближении из условия равенства поверхностей теплопередачи в корпусах, существенно различаются. Поэтому необходимо заново перераспределить температуры (давления) между корпусами установки.

В т о р о е п р и б л и ж е н и е

Во втором приближении принимаем такие же значения D', D" и D"' для каждого корпуса, как в первом приближении. Полученные после перераспределения температур (давлений) параметры растворов и паров по корпусам представлены после перераспределения потоков в табл.11.

Таблица 11.

Параметры потоков растворов и паров по корпусам

№	Параметры	1 корпус	2 корпус	3 корпус
	Производительность по выпаренной воде, w, кг/c	1,4	1,348	1,542
	Концентрация растворов х, %	6,4	9,2
	Температура пара, греющего первый корпус tг, ^оC	157,5	-	-
	Полезная разность температур Dtп, ^оC	17,2		22,3
	Температура кипения раствора, tк=tг-Dtп, ^оC	140,5	117,49	91,69
	Температура вторичного пара, tвп=tк-(D^/+D^//), ^оC	131,98	112,43	69,58
	Давление вторичного пара Pвп, МПа	0,29	0,16	0,032
	Температура греющего пара, tг= tв-D^///,^оC	-	130,98	111,43
	Энтальпия вторичного пара, Iвп, кДж/кг	2723,37	2655,45	2626,09

 

Рассчитаем тепловые нагрузки по формулам:

 

Расчёт коэффициентов теплопередачи описанным выше методом сведён в таблице 12:

 

 

Таблица 12.

Коэффициенты теплопередачи для корпусов

№ кор.	Dt1, ^оС	a1, Вт/(м^2К)	Dtcт, ^оС	Dt2, ^оС	a2, Вт/(м^2∙К)	К, Вт/(м^2∙К)	q¢, Вт/м^2	q¢¢, Вт/м^2
1-й корпус		9 276	5,3	2,7	6 531	1 625	18 552	17 663
2-й корпус		8 164	7,03	6,41	3 758	1 561	24 492	24 088
3-й корпус		5 429	21,81	13,58	5 497	1 513	76 002	74 644

 

Распределение полезной разности температур:

Суммарная полезная разность температур:

Таблица 13.

Полезные разности температур, полученные в 1-ом и 2-м приближениях

	Корпус
Распределённые в 1-ом приближении значения Dtп, °С	17,2		22,3
Предварительно рассчитанные значения Dtп, °С			21,3

 

 

Различия между полезными разностями температур по корпусам в 1-ом и 2-ом приближениях не превышают 5%.

 

Поверхность теплообмена:

 

 

По ГОСТ 11987-81 выбираем выпарной аппарат со следующими характеристиками:

 

Номинальная площадь теплообмена F_н…………………..………125 м²

Диаметр труб d…………………….……………………………..38´2 мм

Высота труб Н……………………………………………….…...4000 мм

Диаметр греющей камеры d_к…………………………………….1000 мм

Диаметр сепаратора d_с……………………………………………2200 мм

Диаметр циркуляционной трубы d_ц……………………………....700 мм

Общая высота аппарата Н_а……………………………………...13500 мм

Масса аппарата М_а………………………………………………..11 500 кг

 

Определение тепловой изоляции

Толщину тепловой изоляции d_и находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду [2]:

(30)

 

 

где a_в=9,3+0,058∙t_ст2 (31) - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт (м² ∙K);

t_ст2 -температура изоляции со стороны окружающей среды (воздуха), а для аппаратов, работающих в закрытом помещении, t_ст2 выбирают в интервале 35-45 °С;

t_ст1 - температура изоляции со стороны аппарата; ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции t_ст1 принимают равной температуре греющего пара t_г1;

t_в - температура окружающей среды (воздуха), °С;

l_и - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м∙К).

Рассчитаем толщину тепловой изоляции для первого корпуса:

В качестве материала для тепловой изоляции выберем совелит (85 % магнезии + 15% асбеста), имеющий коэффициент теплопроводности l_и =0,09 Вт/(м∙К). Тогда получим:

 

 

Принимаем толщину тепловой изоляции по стандартной величине 0,05 м и для других корпусов.

 

 

Расчёт барометрического конденсатора

Для создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подаётся в конденсатор чаще всего при температуре окружающей среды (около 20^ОC). Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума из конденсатора с помощью вакуум-насоса откачиваются неконденсирующиеся газы.

Необходимо рассчитать расход охлаждающей воды, основные размеры барометрического конденсатора (диаметр и высота) и барометрической трубы, производительность вакуум-насоса.

 

Расход охлаждающей воды

Расход охлаждающей воды G_в определяют из теплового баланса конденсатора [1]

 

(32)

где I_бк - энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг;

t_н - начальная температура охлаждающей воды, °С;

t_к - конечная температура смеси воды и конденсата, °С.

Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора должна быть 3-5 °С, поэтому конечную температуру воды t_к на выходе из конденсатора примем на 3 °С ниже температуры конденсации паров [1]:

Тогда