Трехкорпусная выпарная установка для упаривания водных растворов NaNOз (стр. 4 из 5)

Для устоявшегося процесса передачи тепла справедливо уравнение:

,(11)

Рисунок 2 - Распределение температуры от пара к кипящему раствору:

1 - пар;

2 - конденсат:

3 - стенка;

4 - накипь;

5 - кипящий раствор.

где: q — удельная теплота нагрузки, Вт/м²;

Δt_ст — перепад температур на стенке, ºС;

Δt₂ — разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, ºС.

Распределение температур в процессе теплопередачи от греющего пара через стенку к кипящему раствору показано на рисунке 2.

Разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора можем определить:

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору определяем по формуле (12). Физические свойства водного раствора NaNO₃найдем

или [11. Приложение Б настоящих Методических указаний стр. 29].

, (12)

где: q — удельная теплота нагрузки, Вт/м²;

ρ — плотность раствора, кг/м³;

λ — теплопроводность раствора, Вт/м·К;

ρ_n— плотность пара, кг/м³;

σ — поверхностное натяжение раствора, Н/м;

C — удельная теплоёмкость раствора, Дж/кг·К;

μ — вязкость раствора, Па·с;

r_вт— теплота парообразования вторичного пара, Дж/кг;

Таблица 5 - Физические свойства кипящих растворов NaNO₃ и их паров

Параметры	Корпус			Литература
	1	2	3
Теплопроводность раствора λ. Вт/м·К;	0,5126	0,511	0,5001
Плотность раствора ρn,кг/м3;	1025,6	1041,66	1127,8
Теплоемкость раствора C, Дж/кг·К;	3993	3894	3105
Вязкость раствора μ, Па·с;	0,816*10-3	0,706*10-3	0,604*10-3
Поверхностное натяжение σ, Н/м;	0,072	0,0723	0,0741
Теплота парообразования rв, Дж/кг	2108,2*103	2178,4*103	2358*103
Плотность пара ρ0, кг/м3	2,81	1,516	0,1283

Проверим правильность первого приближения:

Для второго приближения задаёмся Δt₁ = 3 ºС. Тогда

Для расчета в третьем приближении строим графическую зависимость q от ∆t₁ и определяем ∆t₁ = 1,83

q, кВт

.

Рисунок 3 - Зависимость удельной нагрузки q от разности температур. Тогда имеем:

∆t₁

Так как расхождение

не превышает 3% расчёт коэффициентов а_{1 и} а₂ на этом заканчиваем.

Коэффициент теплопередачи в первом корпусе:

В других корпусах:

3.1.6 Распределение полезной разности температур по корпусам

Полезные разности температур в корпусах находим при условии равенства поверхностей нагрева корпусов по уравнению:

; (13)

Где

-полезная разность температур n-го корпуса.

Поверхность теплопередачи выпарных аппаратов рассчитываем по уравнению:

(14)

3.1.7 Уточнённый расчёт поверхности теплопередачи

Полезные разности температур, рассчитанные из условия равного перепада давления в корпусах и найденные из условия равенства поверхности нагрева в выпарных аппаратах, существенно отличаются. Поэтому необходимо заново перераспределить температуры между корпусами. За основу принимаем полезные разности температур найденные из условия равенства поверхности нагрева в выпарных аппаратах. Полученные результаты оформляем в виде таблицы 5.

Определяем тепловые нагрузки:

3.1.8 Расчёт коэффициентов теплопередачи по корпусам

Коэффициент теплопередачи для 1 корпуса определяем по уравнению:

где

— Суммарное термическое сопротивление стенки и загрязнений.

∆t_{1 -}

разность температур конденсации пара и стенки, .

.

Таблица 5 – Исходные данные для решения уравнений теплового баланса

Наименование параметров	Корпус
	1	2	3
Количество исходного раствора Gн, кг/с	6,944	5,125	3,228
Количество вторичного пара W, кг/с	1,819	1,897	2,07
Количество упаренного раствора Gк, кг/с	5,125	5,28	1,208
Температура исходного раствора tн, ºС	140,759	140.978	108.997
Температура упаренного раствора tк, ºС	140.978	108.997	71.431
Энтальпия вторичного пара I, Дж/кг	2740,4	2690,936	2609,7
Концентрация исходного раствора, %(масс.)	3,00	4,065	6,454
Концентрация упаренного раствора, %(масс.)	4,065	6,454	18,00
Теплоёмкость исходного раствора Cн, Дж/кгК	4,065	6,454	18,00
Теплоёмкость упаренного раствора Cк, Дж/кгК	3993	3894	3105
Теплота парообразования греющего пара r, кДж/кг	2057	2108,2	2178,4

Наименование параметров	Корпус
	1	2	3
Теплопроводность раствора λ. Вт/м·К;	0,511	0,5011	0,5001
Плотность раствора ρn,кг/м3;	1025,6	1041,66	1127,8
Теплоемкость раствора C, Дж/кг·К;	3993	3894	3105
Вязкость раствора μ, Па·с;	0,816	0,706	0,604
Поверхностное натяжение σ, Н/м;	0,072	0,0723	0,0741
Теплота парообразования rв, Дж/кг	2108,2*103	2178,4*103	2358*103
Плотность пара ρ0, кг/м3	2,81	1,516	0,1283

Таблица 6 - Физические свойства кипящих растворов NaNO₃ и их паров

Найдем коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору:

Проверим правильность первого приближения:

Для второго приближения задаёмся Δt₁ = 3 ºС. Тогда

Для расчётов в третьем приближении строим графическую зависимость q от Δt.

Рисунок 4- Зависимость удельной нагрузки q от разности температур ∆t₁.

Определяем Δt₁ = 1,84 ºС.