Определение поверхности теплопередачи выпарного аппарата; гидростатической депрессии, тепловых нагрузок и коэффициентов теплопередачи. Расход охлаждающей воды. Расчет барометрического конденсатора, вакуум-насоса, штуцеров, кожухотрубчатого теплообменника.
Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус. Концентрация растворов в корпусах определяется по формуле: В 1-м корпусе : х1= , (6) х1= . На основании практических рекомендаций принимаем гидродинамическую депрессию для каждого корпуса ?```=1 град, тогда температуры вторичных паров, тв. п., 0С, давления и теплоты парообразования их в корпусах будут равны: тв п1= тг п2 ?```, (10) тв п2= тбк ?```, (11) тв п1= 108,7 1=109,7. тв п2=53,6 1=54,6. Полезные разности температур по корпусам, D тпі, 0С, находим по формуле: D тпі = тгі - ткі, (22) для первого корпуса: D тп1 = 128,2 - 113,7 = 14,5, для второго корпуса: D тп2 = 108,7 - 73,6= 35,1. Расход греющего пара, D, кг/с, в 1-й корпус, производительность каждого корпуса по выпаренной воде, w1 и w2, кг/с, и тепловые нагрузки, Q1 и Q2, КВТ, по корпусам определим путем совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения баланса по воде для всей установки: Q1 = D.rгп1 = 1,03.[Gн.сн.(tk1-тн) w1.rвп1], Q2= w1.rгп2 = 1,03.[(Gн - w1).c1 (tk2-tk1) w2.
Введение
Выпариванием называют процесс концентрирования жидких растворов практически нелетучих веществ путем частичного удаления растворителя испарением при кипении жидкости.
В химической промышленности выпариванию подвергают растворы твердых веществ (главным образом растворы щелочей, солей и др.), а также растворы высококипящих жидкостей. Иногда выпаривание применяют для выделения растворителя в чистом виде: при опреснении морской воды выпариванием образующийся из нее водяной пар конденсируют и полученную воду используют для питьевых и технических целей.
Концентрированные растворы и твердые вещества, получаемые в результате выпаривания, легче и дешевле перерабатывать, хранить и транспортировать.
Тепло для выпаривания можно подводить любыми теплоносителями, применяемыми при нагревании. Однако, в большинстве случаев в качестве греющего агента используют водяной пар, который называют греющим или первичным. Пар, образующийся при выпаривании кипящего раствора, называется соковым или вторичным.
Тепло, необходимое для процесса, обычно подводится через стенку, отделяющую теплоноситель от раствора.
Выпаривание проводят под вакуумом, при повышенном и атмосферном давлении. Выбор давления связан со свойствами выпариваемого раствора и возможностью использования тепла вторичного пара.
Выпаривание можно проводить в одну или несколько ступеней, количество которых определяется требованиями конечного продукта.
В химической промышленности применяются в основном непрерывно действующие многокорпусные выпарные установки.
1. Описание технологической схемы
Исходный разбавленный раствор из промежуточной емкости центробежным насосом подается в теплообменник, где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения. Затем раствор поступает в первый корпус выпарной установки. Предварительный подогрев раствора повышает интенсивность кипения в выпарном аппарате.
Первый корпус обогревается свежим водяным паром. Вторичный пар, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус. Сюда же поступает частично сконцентрированный раствор из первого корпуса.
Самопроизвольный перетек раствора и вторичного пара в следующие корпуса возможен благодаря общему перепаду давлений, возникающих в результате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса в барометрическом конденсаторе смешения, где заданное давление поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующихся газов вакуум-насосом.
Смесь охлаждающей воды и конденсата выводится из конденсатора при помощи барометрической трубы с гидрозатвором.
Образующийся во втором корпусе концентрированный раствор поступает в промежуточную емкость упаренного раствора.
Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов и теплообменника выводится с помощью конденсатоотводчиков.
1. Определение поверхности теплопередачи выпарного аппарата
Поверхность теплопередачи, F, м2, каждого корпуса выпарной установки определяют по основному уравнению теплопередачи: F= , (1)
Для определение тепловых нагрузок Q, КВТ, коэффициент теплопередачи К, Вт/м2 К и полезных разностей температур ?t, ОС, необходимо знать распределение упариваемой воды, концентраций растворов и их температуры кипения по корпусам. Эти величины находят методом последовательных приближений.
Первое приближение
Производительность установки по выпариваемой воде, W, кг/с, определяется из уравнения материального баланса: W = Gн.(1 - ) , (2) где хн - начальная концентрация, дана в задании, хн = 5%;
хк - конечная концентрация, дана в задании, хк = 30%;
Gн - производительность, указана в задании, Gн = 4,7 кг/с.
Подставив значения в формулу (2), получим: W = 4,7.(1 - ) = 3,92.
1.1 Расчет концентраций упариваемого раствора по корпусам.
Распределение концентраций раствора по корпусам установки зависит от соотношения нагрузок по выпариваемой воде в каждом корпусе. На основании практических данных производительность по выпариваемой воде распределяется между корпусами в соответствии с соотношением: w1 : w2 = 1,0 : 1,1 , (3)
Тогда количество выпаренной воды находим по формуле: В 1 - м корпусе: w1 = , (4)
Во 2 - м корпусе:W2 = , (5) w1 = = 1,87. w2 = = 2,05.
Концентрация растворов в корпусах определяется по формуле: В 1-м корпусе : х1= , (6) х1= .
Во 2-м корпусе: х2= , (7) х2= .
Что соответствует заданию.
2. Определение температур кипения раствора по корпусам
2.1 Распределений давлений по корпусам установки
Общий перепад давлений, ? робщ, ат., в установке находим по формуле: ? робщ = рг.п. - рб.к , (8) где рг.п - давление пара в первом корпусе, указано в задании рг.п=2,65ат;
рб.к - давление в барометрическом конденсаторе, который мы можем найти как разницу между атмосферным давлением при нормальных условиях (1 ат.) и вакуумом в соковом пространстве последнего корпуса, который указан в задании. рб.к= рат - В=1-0,85= 0,15. (9)
Подставив значения в формулу (8), получим: ? робщ = 2,65-0,15 = 2,5.
Тогда абсолютные давления греющих паров по корпусам будут равны: рг п 1=2,65 ат;
рг п 2 = 2,65-1,25 = 1,4 ат;
рб к = 1,4-1,25 = 0,15 ат.
Что соответствует заданию.
По давлениям паров находим их температуры и энтальпии, таблица LVII, с. 549 [1] и приводим в таблице 1.
Таблица 1 - Исходные данные для определения температуры кипения вторичных паров
Давление, ат Температура, 0С Теплота парообразования, КДЖ/кг
2,65 128,2 2184
1,4 108,7 2237
0,15 53,6 2372
2.2 Определение гидродинамической депрессии
На основании практических рекомендаций принимаем гидродинамическую депрессию для каждого корпуса ?```=1 град, тогда температуры вторичных паров, тв. п., 0С, давления и теплоты парообразования их в корпусах будут равны: тв п1= тг п2 ?```, (10) тв п2= тбк ?```, (11) тв п1= 108,7 1=109,7. тв п2=53,6 1=54,6.
По температурам вторичных паров находим их давления и данные приводим в таблице 2.
Таблица 2 - Температуры вторичных паров
Температура тв п , 0С Давление рв п , ат
109,7 1,45
54,6 0,16
Сумма гидродинамических депрессий, ? ?```, град, определяется по формуле: ? ?``` =?1``` ?2```, (12)
? ?``` = 1 1 = 2.
2.3 Определение гидростатической депрессии
Гидростатическая депрессия обусловлена разностью давлений в среднем слое кипящего раствора и на его поверхности. Давление в среднем слое кипящего раствора рср., МПА, каждого корпуса определяется по уравнению: рсрі = , (13) где рв п i - давление вторичных паров, МПА, таблица 2;
Н - высота кипятильных труб в аппарате, м;
?i - плотность кипящего раствора, при начальной и конечной концентрации, ?1 = 1058; ?2 = 1148 кг/м3, с. 186 [2].
Е - паронаполнение (объемная доля пара в кипящем растворе), м3/м3, при пузырьковом (ядерном) режиме кипения составляет 0,4-0,6, принимаем 0,5.
Для выбора высоты трубы Н, мм, необходимо ориентировочно определить площадь поверхности теплопередачи выпарного аппарата Fop, м2, выбрать параметры аппарата по ГОСТ 11987-81.
Площадь поверхности теплопередачи ориентировочно, Fop, м2, определяется по формуле: Fop. = = , (14) где r1 - теплота парообразования вторичного пара, r1 = 2184.103 Дж/кг, LV11, с. 549 [1]. q - удельная тепловая нагрузка аппарата, Вт/м2.
Принимаем для аппаратов с естественной циркуляцией q = 30000 Вт/м2, с.168 [2]. Тогда поверхность теплопередачи 1-ого корпуса (ориентировочно): Fop. = = 124.
Принимаем по ГОСТ 11987-81 выпарной аппарат с естественной циркуляцией и сосной греющей камерой с площадью поверхности теплопередачи F =125 м2 , высотой кипятильных труб 4 м, диаметром труб 38?2 мм, с.182 [2].
Таким образом, давление в среднем слое кипятильных труб корпусов, найдем по формуле (13): рср1 = 14,21.104 4.1058.9,8. = 15,25.104 Па=1,55 ат. рср2 = 1,57.104 4.1148.9,8. = 2,69.104 Па=0,27 ат
Полученным давлениям соответствуют следующие температуры кипения, которые приведены в таблице 3.
Таблица 3 - Исходные данные для определения гидростатической депрессии
Давление рср, ат Температура тср , 0С Теплота парообразования rв п , КДЖ/кг
1,55 111,7 2229,5
0,27 66 2342,6
Определяем гидростатическую депрессию, D``I, 0С, по корпусам: D``i = tcp i - тв п i, (15)
Подставив значения в формулу (15), получим: D``1 = 111,7-109,7 = 2, D``2 = 66-54,6 = 11,4.
Сумма гидростатических депрессий, ? D``, 0С, находится по формуле:
?D`` =D``1 D``2, (16)
? D`` =2 11,4 = 13,4.
2.4 Определение температурной депрессии
Температурная депрессия, D`I, 0С, по корпусам с учетом давления в них определяется по формуле: D`I= , (17) где Datmi - температурная депрессия при атмосферном давлении, с.187 [2].
Подставив значения в формулу (17) получим: D`1 = = 2, D`2 = = 7,6.
Температура кипения раствора, tk1, 0С, в первом корпусе, находим по формуле: tk1= тг п 2 D`1 D``1 D```, (19) tk1=108,7 2 2 1 = 113,7.
Температура кипения раствора, tk2, 0С, во втором корпусе, находим по формуле: tk2= тб к D`2 D``2 D``` , (20) tk2= 53,6 7,6 11,4 1 = 73,6.
2.5 Определение полезной разности температур
Общая полезная разность температур, D t пол общ, 0С определяется по формуле: D t пол общ = D тп1 D тп2, (21)
Полезные разности температур по корпусам, D тпі, 0С, находим по формуле: D тпі = тгі - ткі, (22) для первого корпуса: D тп1 = 128,2 - 113,7 = 14,5, для второго корпуса: D тп2 = 108,7 - 73,6= 35,1.
Подставив значения в формулу (21), получим: D t пол общ = 14,5 35,1=49,6.
Тогда общая полезная разность температур, ?D тп, 0С находим по формуле: ?D тп = t г.п.- t б.к. - (?D` ?D`` ?D```), (23)
?D тп = 128,2-53,6-(13,4 9,6 2) = 49,6.
2.6 Определение тепловых нагрузок по корпусам
Расход греющего пара, D, кг/с, в 1-й корпус, производительность каждого корпуса по выпаренной воде, w1 и w2, кг/с, и тепловые нагрузки, Q1 и Q2, КВТ, по корпусам определим путем совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения баланса по воде для всей установки: Q1 = D.rгп1 = 1,03.[Gн.сн.(tk1-тн) w1.rвп1], Q2= w1.rгп2 = 1,03.[(Gн - w1).c1 (tk2-tk1) w2. rвп2], (24) w1 w2 = W где 1,03 - коэффициент, учитывающий 3% потерь тепла в окружающую среду
Решение системы уравнений дает следующие результаты: D = 2,04 кг/с; w1 = 1,94 кг/с; w2= 1,98 кг/с.
Тепловые нагрузки по корпусам: В первом корпусе: Q1 = D.rгп1, (25)
Q1 =2,04.2184 = 4455,4.
Во втором корпусе: Q2= w1.rгп2, (26)
Q2=1,94.2237 = 4339,8.
Результаты расчета приведены в таблице 4:
Таблица 4 - Параметры растворов и паров по корпусам
Параметры корпус
1 2
Производительность по испаряемой воде w, кг/с 1,94 1,98
Концентрация растворов х, % 8,3 30,1
Давление греющих паров, Рг, МПА 0,26 0,137
Температура греющих паров, 0С 128,2 108,7
Температурные потери, ??, 0С. 5 20
Температура кипения раствора, tk, 0С. 113,7 73,6
Полезная разность температур ?тп, град 14,5 35,1
Наибольшее отклонение вычисленных нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе от предварительно принятых не превышает 3%.
Выбор конструкционного материала
Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде NACL в интервале изменения концентраций от 5 до 30 % . В этих условиях химически стойкий является сталь марки Х17; ее теплопроводность ?ст = 25,1 Вт/(Вт м) [2].
2.7 Определение коэффициентов теплопередачи
Коэффициент теплопередачи, К1, Вт/м2 К, для первого корпуса определяют по уравнению аддитивности термических сопротивлений: К1 = , (27)
Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки dct/lct и накипи dн/lн. Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем.
Принимая для всех корпусов толщину слоя накипи dн=0,2мм, lн=2Вт/(м К), получаем: = = 2,87.10-4 м2.К/Вт.
Коэффициент теплоотдачи, ?1, Вт/м2 К, от конденсирующего пара к стенки определяем по формуле: ? 1 = , (28) где r1 - теплота конденсации греющего пара, 2184.103 Дж/кг, таблица LVII, с.549 [1];
Затем определяем ? 2: ? 2 = 9,4(8050.3)0,6 = 4007.
Проверим правильность второго приближения по равенству удельных тепловых нагрузок: q1 = 8050.3 = 24150 , q2 = 4007.4,57 = 18312.
Очевидно, что q1 ? q2.
Для расчета в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой в первом корпусе и определяем ?t1 = 2,5 град.
Рисунок 1 - зависимость q от ?t1
Подставим значение полученного ?t1 = 2,5 град в соотношение и определим ? 1:
Затем определяем ? 2: ? 2 = 9,4(8425.2,5)0,6 = 3692.
Проверим правильность третьего приближения по равенству удельных тепловых нагрузок: q1 = 8425.2,5 = 21062, q2 = 3692.6 = 22152.
Как видим, q1 = q2. Расхождение между нагрузками не превышает 5 %, расчет коэффициентов на этом заканчиваем. По формуле (27), находим К1: К1 = = 1477.
Далее рассчитываем коэффициент теплопередачи для второго корпуса, К2, Вт/м2 К.Для этого принимаем: рж2 = 951 кг/м3, с. 186 [2]; ?ж1 = 0,685 Вт/(м.К); ? ж = 0,256.10-3 Па.с; r2 - 2237.103 Дж/кг, таблица LVII, с. 549 [1]. Подставив значения в формулу (28), получаем: ? 1 = 2,04 = 7239.
Затем определяем ? 2: ? 2 = 5,8(6087.8)0,6 = 3766.
Проверим правильность второго приближения по равенству удельных тепловых нагрузок: q1 = 6087.8= 48696, q2 = 3766.13,13 = 49447.
Как видим, q1 = q2. По формуле (27), находим К2: К2 = = 1389.
2.8 Распределение полезной разности температур
Полезные разности температур, ?tпj, град, в корпусах установки находим из условия равенства их поверхностей теплопередачи: ?tпj = , (31)
где ?tпj , Qi , Ki - соответственно полезная разность температур, тепловая нагрузка, коэффициент теплопередачи для j - корпуса.
Подставив численные значения получим: ?тп1 = 49,6 = 24,4.
?тп2 = 49,6 = 25,2.
Проверим общую полезную разность температур установки,?? ?тп, град, по формуле: ??тп =?тп1 тп2, (32)
? ?тп = 24,4 25,2 = 49,6.
Теперь рассчитаем поверхность теплопередачи выпарных аппаратов по формуле (1): F1 = = 123,6.
F2 = = 123,9.
Найденные значения мало отличаются от определенной раннее поверхности Fop. 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 ?тп представлено ниже.
Таблица 2
Распределенные в 1-м приближении значения ?тп , град. 24,4 25,2
Предварительно рассчитанные значения ?тп , град. 14,5 35,1
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 не различаются.
По ГОСТ 11987-81 [2] выбираем аппарат со следующими характеристиками: Таблица 3
Номинальная поверхность теплообмена Fн 125 м2
Диаметр труб d 38*2 мм
Высота труб Н 4000 мм
Диаметр греющей камеры dk 1000 мм
Диаметр сепаратора dc 2200 мм
Диаметр циркуляционной трубы dц 700 мм
Общая высота аппарата На 16000 мм
Масса аппарата Ма 10000 кг
2.10 Определение толщины тепловой изоляции
Толщину тепловой изоляции ?и, м, находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду: ?в(тст2 - тв) = ( )(тст1 - тст2) , (33) где ?в = 9,3 0,058 тст2 - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/м2.К;
тст2 - температура изоляции со стороны окружающей среды (воздуха), примем равной 40 0С, тогда ?в = 9,3 0,058 .43 = 11,8 Вт/м2.К;
тст1 - температура изоляции со стороны аппарата; в виду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции тст1 принимают равной температуре греющего пара t1 = 128,2 ОС;
В качестве материала для тепловой изоляции выберем совелит (85 % магнезии 15 % асбеста), имеющий коэффициент теплопроводности dн=0,09 Вт/МК.
Подставив значения в формулу (33), получаем: dи = = 0,028 м.
Принимаем толщину тепловой изоляции 0,028 м и для другого корпуса. выпарной вода барометрический теплообменник
3. Расчет барометрического конденсатора
Для создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая поддается в конденсатор чаще всего при температуре окружающей среды (около 20 ОС). Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуум насоса откачивают неконденсирующиеся газы.
Необходимо рассчитать расход охлаждающей воды, основные размеры (диаметр и высоту) барометрического конденсатора и барометрической трубы, производительность вакуум-насоса.
3.1 Расход охлаждающей воды
Расход охлаждающей воды Gв, кг/с, определяют из теплового баланса конденсатора: Gв = , (34) где r2 - теплота парообразования, Дж/кг;
тн - начальная температура охлаждающей воды, ОС;
тк - конечная температура смеси воды и конденсата, ОС.
Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсата должна быть 3-5 град. Поэтому конечную температуру воды, тк., ОС, на выходе из конденсатора примем на 3 градуса ниже температуры конденсации паров: тк = тбк - 3,0 = 53,6 - 3,0 = 50,6.
Тогда: Gв = = 34,55.
3.2 Диаметр конденсатора
Диаметр барометрического конденсатора dбк, м, определяется из уравнения расхода: dбк = , (35) где р - плотность паров, кг/м3;
v - скорость паров, м/с.
При остаточном давлении в конденсаторе порядка 104 Па скорость паров v = 15-25 м/с.Тогда: dбк = = 1,1 .
Внутренний диаметр барометрической трубы dбт равен 200 мм. Скорость воды, v, м/с, в барометрической трубе определяем по формуле: v = , (36)
Подставляя значения в формулу (36), получаем:
v = .
Высота барометрической трубы, Нб.т., м, находим из уравнения: Нбт = , (37) где В - вакуум в барометрическом конденсаторе, Па, В = 8,4.104 Па;
?? - сумма коэффициентов местных сопротивлений;
? - коэффициент трения в барометрической трубе;
0,5 - запас высоты на изменение барометрического давления, м.
?? = ? вх ? вых = 0,5 1,0 = 1,5. где ? вх ? вых - коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из нее.
Коэффициент трения ? зависит от режима течения жидкости. Определим режим течения воды в барометрической трубе, Re: Re = , (38)
Подставим значения в формулу (38): Re= =344907.
Для гладких труб при Re = 344907 коэффициент трения ? = 0,019.
Подставив в формулу (37) указанные значения получим: Нбт =
Отсюда находим Нбт = 9,8 м.
4. Расчет производительности вакуум-насоса
Производительность вакуум-насоса Gвозд, кг/с, определяется количеством газа (воздуха), который необходимо удалять из барометрического конденсатора по формуле: Gвозд = 2,5 .10-5.(w2 Gв) 0,01.w3, (39) где 2,5.10-5 - количество газа, выделяющегося с одного кг воды; 0,01 - количество газа, подсасываемого в конденсатор через не плотности, на 1 кг паров.
Подставляем значения в формулу (39) и получаем: Gвозд = 2,5.10-5(1,98 34,55) 0,01.1,98= 20,7.10-3 .
Объемная производительность, Vвозд, м3/мин, вакуум-насоса равна: Vвозд = , (40) где R - универсальная газовая постоянная Дж/(кмоль.К);
Мвозд - молекулярная масса воздуха, кг/кмоль;
твозд - температура воздуха, ОС;
Рвозд - парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.
Давление воздуха, Рвозд, Па, рассчитывается по формуле:
Рвозд = Рбк - Рп, (42) где Рп - давление сухого насыщенного пара (Па) при твозд=28 ОС.
Подставив значения в формулу (42), получим: Рвозд = 1,47 .104 - 0,38 .104 = 1,09 .104 Па.
Подставив все полученные значения в формулу (40), получим: Vвозд = = 0,163 м3/с = 9,8.
Зная объемную производительность воздуха и остаточное давление, по каталогу подбираем вакуум-насос типа ВВН-12 мощностью на валу 20 КВТ, Приложение 4.7 [2].
5. Расчет диаметра штуцеров
Диаметры штуцеров находим из уравнения неразрывности потока: V = , (43) d = , (44)
Принимаем скорости движения: пара wп=35 м/с, конденсата wk =0,5 м/с, раствора wk = 2 м/с.
Через объемный расход, V, м3/с, определяем диаметр штуцера, d, м, для подачи раствора в аппарат по формуле (43), (44): V1 = =0,005, d1 = =0,056 .
По ГОСТУ принимаем стандартный штуцер диаметром 70 х 3,5 мм.
Аналогично находим диаметры штуцеров по формулам (43), (44).
Диаметр штуцера для подачи греющего пара: V2 = , (45)
V2 = =1,44. d2 = =0,228.
По ГОСТУ принимаем стандартный штуцер диаметром 245 х 4 мм.
Диаметр штуцера для выхода конденсата находим по формуле (45): V3= =0,0022. d3 = =0,075.
По ГОСТУ принимаем стандартный штуцер диаметром 89 х 4 мм.
Диаметр штуцера для выхода упаренного раствора находим по формуле: V4= , (46)
V4 = =0,003, d4 = =0,044.
По ГОСТУ принимаем стандартный штуцер диаметром 56 х 3,5 мм.
Диаметр штуцера для выхода сокового пара: V5= =2,266, d5 = =0,287.
По ГОСТУ принимаем стандартный штуцер диаметром 325 х 12 мм.
6. Расчет кожухотрубчатого подогревателя
Рассчитать горизонтальный кожухотрубчатый теплообменник для нагрева 4,7 кг/с NACL от 15 до 130,7 ОС. Греющий водяной насыщенный пар имеет температуру 130,7ОС.
Температурная схема: 130,7- 130,7
15,0 - 110,7
?тб = 115,7 ?тм = 20
Средняя разность температур, ?тср, ОС, определяется по формуле: ?тср = , (47)
?тср = = 54,7.
Средняя температура раствора, тср, ОС, определяется по формуле: тср = тконд - ?тср, (48) тср = 130,7 - 54,7 = 76.
Расход теплоты на нагрев Q, Вт, определяется по формуле: Q = Gнcн(ткип1 - тн) , (49)
Q = 4,7 .3980,5 .(110,7-15) = 1790389.
Ориентировочный расчет коэффициента теплоотдачи при конденсации пара на пучке вертикальных труб:
2 = Nu. (50) где Nu - критерий Нуссельта;
? - коэффициент теплопроводности, Вт/м К.
Определим режим течения: Re = , (51) где dн. - диаметр труб, принимаем 25*2мм;
?= 0,457.10-3 Па.с - вязкость раствора при температуре 76 ОС, [1];
?=1054 кг/м3 - плотность раствора.
Подставляем значения в формулу (51), получаем: Re = =98866.
Режим развитый турбулентный. Следовательно, критерий Прандтля, Pr, рассчитаем по формуле: Pr = , (52) где l2 - 0,6 Вт/(м.К) - коэффициент теплопроводности раствора NACL при 76 ОС, [1], сн = 3980,5 Дж/(кг.К) - удельная теплоемкость раствора.
Задамся = 1, тогда критерий Нуссельта равен: Nu = 0,021 .988660,8.3,030,43.1=335.
Рассчитываем коэффициент теплоотдачи, 2, Вт/м2 К, раствора NACL, подставив значения в формулу (50): 2= = 9572.
Для расчета суммы сопротивлений стенки и ее загрязнений принимаем тепловые проводимости загрязнений со стороны раствора NACL и водяного пара по 5800 Вт/м2.К, таблица ХХХ1 [1]; коэффициент теплопроводности стали ст=46,5 Вт/м2.К, таблица XXVIII; тогда сумму сопротивлений, , Вт/м2.К, рассчитываем по формуле: , (54)
= 7,6 .10-4.
Коэффициент теплопередачи, К, Вт/м2 К, находим по формуле: К = , (55)
К = = 1056.
Расчетная площадь поверхности теплообмена, Fp, м2, определяется по формуле:
Fp = , (56)
Fp = = 31.
Принимаем подогреватель с поверхностью теплообмена F=35м2, длина труб l=4м, число труб n=111, наружный диаметр кожуха D=400мм, с. 325 [1].
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
