125730 (690666), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Для того, чтобы определить нужно найти давление в среднем слое (Pср) и по этому давлению определить температуру в среднем слое (по таблице свойств насыщенного водяного пара). Плотность парожидкостной эмульсии в трубах при пузырьковом режиме кипения принимается равной половине плотности раствора. Плотность раствора (при 100 °С) определяется в зависимости от концентрации раствора в корпусе.
Давление в среднем сечении кипятильных труб (в МПа) равно сумме давлений вторичного пара в корпусе и гидростатического давления столба жидкости (∆Pср ) в этом сечении трубы длиной H:
Pср = Pвп + ∆Pср = Pвп +
Для выбора значения H нужно ориентировочно определить поверхность теплопередачи выпарного аппарата. При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляцией q = 10000 ÷ 30000 Вт/м2. Примем q = 10000 Вт/м2. Тогда поверхность теплопередачи первого корпуса ориентировочно будет равна:
По ГОСТ 11987—81 для выпарного аппарата с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой ближайшая будет поверхность – 63 м2 при диаметре труб 38x2 мм и длине труб Н = 4000 мм.
Давления в среднем слое кипятильных труб корпусов равны:
P1ср = Pвп1 + МПа
P2ср = Pвп2 + МПа
P3ср = Pвп3 + МПа
Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты парообразования (табл. 1.3):
Таблица1.3 – Температуры кипения и теплоты парообразования
Давление, МПа | Температура,ºС | Теплота парообразования, кДж/кг |
P1ср = 0,2872 | t1ср=131,9 | r1ср=2173,5 |
P2ср = 0,1611 | t2ср=113,4 | r2ср=2225 |
P3ср = 0,0268 | t3ср=62,3 | r3ср=2374 |
Определяем гидростатическую депрессию по корпусам
Сумма гидростатических депрессий составляет:
в) Температурная депрессия определяется по уравнению:
, (1.6)
где Тср =(tср + 273), К;
– температурная депрессия при атмосферном давлении, ºС;
– теплота парообразования вторичного пара, кДж/кг.
Определяется величина как разность между температурами кипения раствора и чистого растворителя (воды) при атмосферном давлении. Температуры кипения раствора при атмосферном давлении в зависимости от концентрации даны в справочной литературе.
Находим значение по корпусам:
ºС
ºС
ºС
Сумма температурных депрессий равна:
Тогда температуры кипения растворов по корпусам равны:
ºС
ºС
ºС
1.3 Расчёт полезной разности температур
Необходимым условием передачи тепла в каждом корпусе является наличие некоторой полезной разности температур греющего пара и кипящего раствора.
Полезные разности температур по корпусам равны:
ºС
ºС
ºС
Общая полезная разность температур:
ºС
Проверим общую полезную разность температур:
1.4 Определение тепловых нагрузок
Расход греющего пара в первом корпусе, производительность каждого корпуса по выпариваемой воде и тепловые нагрузки по корпусам определяются путем совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнениями баланса по воде для всей установки:
(1.7)
, а
, то
(1.8)
(1.9)
(1.10)
W=W1+ W2+ W3, (1.11)
где D – расход греющего пара в первом корпусе, кг/с;
Н,h – энтальпия пара и конденсата, соответственно, Дж/кг;
1,03, 1,02, 1,01 – коэффициенты, учитывающие 3;2;1 % потерь тепла в окружающую среду по корпусам, соответственно (потери тепла обычно принимают в размере 2 ÷ 6% от тепловой нагрузки аппарата);
C – удельная теплоемкость, Дж/кг∙К;
– теплота концентрирования по корпусам. Величинами
пренебрегаем, поскольку эти величины значительно меньше принятых потерь тепла;
tн – температура кипения исходного раствора, подаваемого в первый корпус,
– температура кипения в i-ом корпусе.
,
где – температурная депрессия для исходного раствора;
сн, с1, с2 – теплоёмкость растворов при концентрациях , кДж/(кгК)
Теплоёмкость (в кДж/(кгК)) разбавленных водных растворов ( < 20%) рассчитывается по формуле:
(1.12)
Подставим известные значения в уравнения.
W = 1,48 = W1+ W2+ W3
1,48 = +
+
Oтсюда :D = 0,2286 кг/с.
Тогда:
W1 = 0,9540,2286 – 0,0141 = 0,204 кг/с
W2 = 0,8750,2286 + 0,58 = 0,78 кг/с
W3 = 0,70010,2286 + 0,336 = 0,496 кг/с
Проверка
W = W1 + W2 + W3 = 0,204+0,78+0,496= 1,48 кг/с
Определим тепловые нагрузки, кВт
Q1 = D∙2139 = 0,2286∙2139=488,98
Q2 = W1∙2180 = 0,204∙2180=444,72
Q3 = W2∙2234 =0,78∙2234= 1742,52
Полученные данные сводим в табл.1.4.
Таблица 1.4 – Параметры растворов и паров по корпусам
Параметр | Корпус | ||
1 | 2 | 3 | |
Производительность по испаряемой воде W, кг/с | 0,204 | 0,78 | 0,496 |
Концентрация растворов x, % | 6,5 | 8,7 | 15 |
Температура греющих паров tГ, ºC | 143,6 | 129,78 | 110,4 |
Температура кипения раствора tк ,ºC | 133,37 | 115,19 | 64,8 |
Полезная разность температур ∆tп, ºC | 10,23 | 14,59 | 45,6 |
Тепловая нагрузка Q, кВт | 488,98 | 444,72 | 1742,52 |
1.5 Расчет коэффициентов теплопередачи
Коэффициент теплопередачи рассчитываем, исходя из того, что при установившемся процессе передачи тепла справедливо равенство:
(1.13)
Коэффициент теплопередачи К в [Вт/(м2 К)] можно рассчитать по уравнению:
, (1.14)
где q – удельная тепловая нагрузка, Вт/м2; q = Q/F;
и
– коэффициенты теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке и от стенки к кипящему раствору соответственно, Вт/(м2∙К);
– сумма термических сопротивлений стенки загрязнений и накипи, (м2∙К/Вт);
– разность температур между греющим паром и стенкой со стороны пара в первом корпусе, ºС;
– перепад температур на стенке, ºС;
– разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, °С.
Коэффициент теплоотдачи рассчитываем по уравнению:
, (1.15)
где – теплота конденсации греющего пара, Дж/кг;
– разность температур конденсата пара и стенки, ºС;
– соответственно плотность, кг/м3, теплопроводность Вт/(м∙К) и вязкость конденсата, Па∙с, при средней температуре плёнки:
Первоначально принимаем
ºС.
Значения физических величин конденсата берём при tпл = 142,85ºС.
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору в условиях его естественной циркуляции для пузырькового режима в вертикальных трубах равен:
, (2.16)
где – плотность греющего пара в первом корпусе,
– плотность пара при атмосферном давлении;
– соответственно, теплопроводность, поверхностное натяжение, теплоемкость и вязкость раствора в первом корпусе.
Значения величин, характеризующих свойства растворов NaOH , представлены в таблице 1.5.
Параметр | Корпус | ||
1 | 2 | 3 | |
Плотность раствора, | 1012,88 | 1031,88 | 1088,22 |
Вязкость раствора, | 1,151 | 1,2258 | 1,51 |
Теплопроводность раствора, | 0,5912 | 0,5886 | 0,5815 |
Поверхностное натяжение, | 73,4 | 74,28 | 77,0 |
Теплоёмкость раствора, | 3923 | 3831 |
Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
Как видим
Для второго приближения примем
Очевидно, что
Для определения строим графическую зависимость тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой (см. рис. 1.1) и определяем
= 1,1 ºС.