166403 (625006), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Для составления теплового баланса определим приход и расход тепла. Тепло в аппарат приходит с исходным раствором и греющим паром, а уходит с упаренным раствором, вторичным паром, паровым конденсатом и потерями тепла в окружающую среду.

Уравнение теплового баланса имеет вид:

, (3.5)

Где Gг.п. – расход греющего пара; I , Iг, iн, iк – энтальпии вторичного и греющего пара, исходного и упаренного раствора соответственно; с1 – удельная теплоемкость парового конденсата; - температура конденсата.

Приход тепла:

;

.

Расход тепла:

;

.

Таблица 3.2

Тепловой баланс

3.4 Выбор конструкционного материала

Выбираем конструкционный материал стойкий к среде кипящего раствора карбамида-CO(NH2)2 в интервале изменения концентраций от 95 до 98,8%. В этих условиях стойкой является сталь марки Х28. Скорость коррозии ее не менее 0,1мм/год, коэффициент теплопроводности ст=16,747 Вт/мК, .

3.5 Расчет коэффициента теплопередачи

Коэффициент теплопередачи для корпуса выпарного аппарата определяют по уравнению аддитивности термических сопротивлений:

(3.6)

где 1- коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке, Вт/(м2К); / - Суммарное термическое сопротивление, м2К/Вт; 2- коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору, Вт/(м2К).

Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки ст/ст и накипи н/н (/н=2Вт/мК). Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем.

(3.7)

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке рассчитывается по формуле:

(3.8)

где r1 - теплота конденсации греющего пара, Дж/кг; ж, ж, ж -соответственно плотность (кг/м3), теплопроводность Вт/м*К, вязкость (Па*с) конденсата при средней температуре пленки tпл=tг.п.- t1 – разность температур конденсации пара и стенки, град.

Расчет 1 ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем t1=2,0 град. Тогда получим:

Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение:

(3.9)

где q - удельная тепловая нагрузка, Вт/м2; tст - перепад температур на стенке, град; t2 - разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, град.

Полезная разность температур в аппарате tп рассчитывается по формуле:

(3.10)

Отсюда:

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубках при условии естественной циркуляции раствора равен, :

(3.11)

Подставив численные значения получим:

Физические свойства кипящего раствора карбамида и его паров приведены ниже:

Таблица 3.3

Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

Как видим .

Для второго приближения примем t1=2,48 град.

Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры на 0,48 град, рассчитываем 1:

Получим:

Как видим, .

Расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 5%, поэтому расчет коэффициентов 1 и 2 на этом заканчиваем.

Находим теперь коэффициент теплопередачи:

4.Конструктивный расчет

4.1 Расчет поверхности теплопередачи

Рассчитаем поверхность теплопередачи выпарного аппарата:

где F- площадь теплообменника, м2; Q -количество передаваемой теплоты, Дж; k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К); tп - полезная разность температур, К.

Исходя из поверхности теплообмена выбираем аппарат со следующими характеристиками, :

Таблица 4.1

Диаметр трубочек d =382мм

Номинальная поверхность теплообмена 40м2

Высота труб 3000мм

Диаметр греющей камеры 800мм

Диаметр сепаратора 1200мм

Общая масса аппарата 3000кг

Общая высота аппарата 11000мм

4.2 Определение толщины тепловой изоляции

Толщину тепловой изоляции н находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду:

, (4.1)

где в=9,3+0,058tст2 – коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/(м2*К).

tcт2 – температура изоляции со стороны окружающей среды; для аппаратов работающих на открытом воздухе tcт2=10С0; tcт1 – температура изоляции со стороны аппарата tcт1= tг.п.; tв – температура окружающей среды.

в=9,3+0,058*10=9,88Вт/м2*К

В качестве материала для тепловой изоляции выберем совелит (85% магнезит + 15% асбеста) имеющего коэффициент теплопроводности н=0,09Вт/м2*К.

Получим

Принимаем толщину тепловой изоляции 0,121м.

4.3 Выбор штуцеров

Диаметр штуцеров определим из уравнения расхода

, (4.2)

где V - секундный расход жидкости или пара, м3/с; w - скорость жидкости или пара в штуцерах, м3/с, принимаем по практическим данным, :

Диаметр штуцера входа и выхода раствора:

(4.3)

Примем D=80мм.

Диаметр штуцера входа и выхода паров:

, (4.4)

где t0, P0 – температура и давление при нормальных условиях.

Р=Р0, Mr – молекулярная масса раствора.

Mr=0,998*60+(1-0,998)*18=59,916

Подставив, получим:

Принимаем диаметр равный 125мм.

Диаметр штуцера выхода конденсата

Примем диаметр равный 32мм.

Таблица штуцеров, .

Таблица 4.2

5. Гидравлический расчет

Гидравлическое сопротивление кожухотрубчатых теплообменников для трубного пространства без поперечных перегородок рассчитывается по формуле

, (5.1)

где - Коэффициент трения; d – диаметр трубы, м; L – длинна одного хода, м; z – число ходов по трубам; тр – плотность раствора карбамида в трубном пространстве; wтр – скорость раствора в трубах; wтр.ш. – скорость раствора в штуцерах; n – количество труб шт.

тр=1220кг/м3; d=0,034м; z=1; L=3.

Определим число Рейнольца по формуле:

, (5.2)

где р-ра - вязкость (Па*с) раствора при температуре tк, z – число ходов по трубам,

n – количество труб шт., d- внутренний диаметр трубочек, мм.

Как видим число Рейнольдца меньше 2300, Re2300, тогда коэффициент трения будет рассчитываться по формуле, :

(5.3)

Скорость жидкости в трубном пространстве рассчитываем по формуле:

Характеристики

Список файлов курсовой работы