W₂=W-W₁=1,665-0,832=0,834 кг/с

Перейдем к расчёту тепловых нагрузок:

Подготовка к расчёту поверхности теплообмена

Зададимся произвольно ориентировочным коэффициентом теплоотдачи . Тогда ориентировочная поверхность теплообмена равна . по справочнику находим ближайшее значение F=52 м² и высоту выпарного аппарата L =4м, d_тр=38x2 мм (3, стр. 183)

Материал: Х18Н10Т

δст = 2 мм

λст = 16,4

Рассчитаем необходимые коэффициенты А и В:

Найдем необходимые величины:

	T1 = 140,9 0C	T2=104,1 0C
Вт/м*К	0.685	0.684
кг/м3	924	954
Дж/кг	2141*103	2243*103
Па*с	199*10-6	270*10-6

А₁ = 8699

А₂ = 8276

B₀ = B_0вφ^3,33

φ =

φ₁ = =0,795

φ₂ = =0,672

B_0в = 46P^0,57

Найдем необходимые величины:

	T1 = 140,9 0C	T2=104,1 0C
a %	15	36
P*105 Па	1.24	0.1971
м2/с	0.268*10-6	0.477*10-6
м2/с	0.325*10-6	0.505*10-6

Расчёт поверхности теплообмена

Расчет проводится итерационным методом:

Для удобства вычислений составим таблицу:

Корпус
I	1454,4	253,3	43,9
II	1235,6	213,2	109,3
Сумма:	2690,0	466,5	153,2

F_расч.=28,57м²

Уточнение Δ₁ и Δ₂

;

.

Величина	Предварительный вариант		Окончательный вариант
	I корпус	II корпус	I корпус	II корпус
	140,9	104,1	140,9	101,3
	34,0	40,4	36,8	37,6
	106,9	63,7	104,1	63,7
	1,3	4,7	1,3	4,7
	105,6	59	102,8	59
	1,5		1,5
Ргр, Па *105	3,8	1,19	3,8	1,374
Р,Па *105	1,24	0,1971	1,188	0,1971
	2735	2682	2733	2687
	2684	2608	2680	2608
	15	36	15	36
w кг/с	0,831	0,834	0,821	0,844

Произведём уточнённый расчёт тепловой нагрузки по корпусам:

Определим погрешность первого приближения:

Погрешность в обоих случаях меньше пяти процентов, следовательно, расчёт верен.

Расход греющего пара

Расход греющего пара определяется выражением:

Расчёт параметров барометрической трубы

Температура конденсации определяется выражением:

Тогда давление в конденсаторе P_конд = 0,182 × 10⁵ Па

Расход воды на конденсацию

В конденсатор поступает вода с . Её количество можно рассчитать следующим образом:

Расчёт потока газа, образующегося в конденсаторе

Расход парогазовой смеси определяется выражением:

Температура парогазовой смеси равна:

Учитывая что при давление паров составляет *10⁵ Па парциальное давление газа равно:

*10⁵-0,038*10⁵=0,144*10⁵Па Теперь можно рассчитать объёмный поток газа (по уравнению Менделеева-Клапейрона):

Расчёт параметров барометрической трубы

Необходимо рассчитать размеры барометрической трубки. Её диаметр определяется из уравнения Бернулли. Примем скорость движения жидкости по трубе равную , плотность воды при равна , вязкость

μ=505*10^-6 Па*с

Тогда:

По спр. берем 0,150 м

Режим движения воды в трубе:

Коэффициент гидравлического сопротивления:

Коэффициенты местных сопротивлений:

Потерянный напор:

Высота барометрической трубки также определяется с помощью уравнения Бернулли:

Примем Н=9 м

Найдем теоретическую мощность вакуум-насоса на сжатие:

Зная объёмную производительность и остаточное давление, по каталогу (7, стр. 188) подбираем вакуум-насос типа ВВН-3 с мощностью на валу N = 6,5 кВт.

Барометрический ящик.

Барометрический ящик, заполненный водой и сообщающийся с атмосферой, является гидравлическим затвором для барометрической трубы. Объём воды в ящике должен обеспечивать заполнение барометрической трубы при пуске установки. Следовательно, объём ящика должен быть не менее объёма барометрической трубы, а форма ящика может быть произвольной:

V₃ >= d_бт²Н_бт /4>=3,14*0,136²*9/4 = 0,13 м³.

Расчет подогревателя

Подогрев исходного раствора производят с помощью экстра-пара, отводимого из первого корпуса выпарной установки. Так как температура кипения раствора в первом корпусе больше температуры экстра-пара, то экстра-паром невозможно нагреть исходный раствор до температуры его кипения в первом корпусе, однако мы можем нагреть до температуры близкой к температуре кипения при атмосферном давлении.

Тепловая нагрузка аппарата.

Тепловая нагрузка аппарата определяется исходя из условий нагрева исходного раствора от начальной температуры t_н = 22 ⁰С до конечной t₀ = 88 ⁰С (Со=4,160 кДж/кг по следующей формуле:

Q =G_праr_пар= S₀c₀(t₀-t_н) = 2,22*4,160*(88 - 22) =609 кВт.

Движущая сила процесса.

Разности температур теплоносителей на концах теплообменника:

1 Тt_н  140,922 = 118,9⁰С

 2 Тt_к 140,988 = 52,9⁰С

Движущая сила процесса:

_ср= (12)/ln(1/

52,9ln(118,9/52,9) = 81,5⁰C

Расход греющего пара.

G_пар =Q/r_пар,

где r_пар = 2256 кДж/кг - удельная теплота парообразования при Т=140,9⁰С

Т.о., G_пар =609/2256 = 0,270 кг/с.

Выбор конструкционного материала теплообменника.

Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора нитрата аммония при концентрации 9 (8, стр. 278). В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х28. Скорость коррозии её менее 1мм/год. Коэффициент теплопроводности  = 16,8 Вт/м*К (8, стр. 101).

Ориентировочный выбор теплообменника.

В качестве парожидкостных подогревателей наиболее рациональными являются многоходовые кожухотрубчатые теплообменники жесткой конструкции – тип ТН. Аппараты типа ТН выполняются с неподвижными трубными решетками. Для нормальной работы теплообменника в межтрубное пространство необходимо направить конденсирующийся пар, а в трубное пространство – исходный раствор.

Геометрические размеры трубок рекомендуется выбирать путём ориентировочной оценки требуемой поверхности теплообмена:

Fор = Q/Kорср.

Для оценки зададимся ожидаемым значением коэффициента теплопередачи Кор, ориентировочные пределы которого в промышленных теплообменных аппаратах указаны (3, стр.47) - Кор = 300 – 2500Вт/м²К. Пусть Кор = 700Вт/м²К.

Fор = 609*10³/700*81,5 = 10,7 м².

Подбираем по (3, стр.51) теплообменник:

• Поверхность теплообмена 13 м²;

• Длина труб 4 м;

• Диаметр труб d = 25*2;

• Число ходов z = 2;

• Общее число труб 56;

• Трубное пространство f_тр=0,018 м²

Расчёт коэффициента теплопередачи К.

К = {(К^1/3_ср^1/3/А^4/3) + (_ст_ст_}^-1

Расчёт коэффициента теплоотдачи от поверхности трубки к раствору _.

Расчёт _ производят по критериальным уравнениям.

Скорость течения раствора равна:

W = So*z/f_тр= 2,22*2/(0,018*995)=0,248 м/с,

Где  = 995 кг/м³ –плотность 9% нитрата аммония при температуре кипения (4, стр. 32);

0,305*10^-6м²/с – вязкость 9 % нитрата аммония при температуре кипения (4, стр. 34).

При этой скорости имеем:

Re = Wd/ = 0,248*0,021/0,305*10^-6 = 17,1*10³

Т. о., попадаем в развитую турбулентную область.

Критерий Прандтля – характеризует отношение вязкостных и температуропроводных свойств теплоносителя – конденсирующегося водяного пара Pr = /а=0,305*10^-6/14,16*10^-8=2,2 при температуре кипения 9% нитрата аммония, где а – коэффициент теплопроводности (4, стр. 64).

Для нагревающихся жидкостей можно принимать (Pr / Pr _ст)^0,25=1, допуская небольшую погрешность в сторону уменьшения коэффициента теплоотдачи, т. е. в сторону запаса.