Проектирование выпарной установки (стр. 4 из 6)

m_р=3.87 10^-4 Па с

n=3.87 10^-4/1.013 10³ =3.82 10^-7 м²/с

Поверхностное натяжение s при температуре t_кип определяем для воды, т.к. концентрация MgCl2 достаточно мала /2; табл XXXIX/

s=0,05995 Н/м

Коэффициент теплопроводности l для раствора при t_кип и х_кон (Приложение 2, п.4), Вт/(м К):

l=0.662 Вт/(м^2.К)

Вт/м² К

Количество теплоты q₂, передаваемое от внутренней стенки к раствору:

q₂=a_кип (t_ст2- t_кип) (22)

q₂=2.238 10³ (103.475-94.168)=2.083 10⁴ Вт

Определим значение выражения:

и если Е< 0.05 то расчёт коэффициентов теплоотдачи выполнен верно.

Е=(2.14 10⁴-2.083 10⁴)/ 2.083 10⁴=0.027

Тогда:

Вт/(м² К)

(23)

м²

3.1.4 Выбор выпарного аппарата по каталогу.

Произведём выбор аппарата по каталогу / 3, приложение 4.2 /. Для этого найденную площадь поверхности теплообмена следует увеличить на 10-20 %, для обеспечения запаса производительности.

F_в.п.=1.2 F

F_в.п.=1.2 358.774=430.493 м²

где F_в.п. – площадь выпарного аппарата с учётом запаса производительности, м²;

Выберем выпарной аппарат с естественной циркуляциейи соосной греющей камерой. Наиболее подходящим вариантом данного аппарата является аппарат с площадью теплопередачи 450 м²;

Таблица 1. Основные размеры выпарного аппарата (по ГОСТ 11987-81)

F, м2	D, мм не менее	D1, мм не более	D2, мм не более	Н, мм Не более	М, кг не более
l= 6000 мм
450	1600	4000	1000	18000	31500

F – номинальная поверхность теплообмена;

D – диаметр греющей камеры;

D₁ – диаметр сепаратора;

D₂ – диаметр циркуляционной трубы;

Н – высота аппарата;

М – масса аппарата;

3.2. Ориентировочный расчет теплообменного аппарата для подогрева исходного раствора перед подачей в выпарной аппарат.

3.2.1. Определение средних температур теплоносителей.

Рис. 1 Температурная схема

где t’_нач – начальная температура исходного раствора (по заданию)

Dt_бол,Dt_мен – большая и меньшая разность температур соответственно, °С; t_нач – температура исходного раствора после подогревателя, °С ;

Dt_б = t_{конд.гр.п} – t’_нач (24)

Dt_б = 124,168 – 35 = 89.168 °С

Dt_м = t_{конд.гр.п} – t_нач (25)

Dt_м = 124,168 – 86.668 = 37.5 °С

Значение средней движущей силы рассчитывается по формуле:

(26)

°С

Средняя температура раствора:

t_ср.р = t_{конд.гр.п} – Dt_ср (27)

t_ср.р =124.168 –59.65=64.518°С

3.2.2. Тепловой баланс подогревателя.

Расход теплоты на подогрев исходного раствора от температуры t’_нач до температуры t_нач найдем по формуле (10), приняв значение теплоёмкости раствора при температуре и концентрации Х_нач ( Приложение 2, п.3 )

Q=4.5 4.141 10³ (86.668-35)=9.628 10⁵ Вт

Расход греющего пара G_гр.п. найдём по формуле:

(28)

где r – удельная теплота парообразования, Дж/кг;

c - степень сухости пара;

c=0.95

Удельная теплота парообразования при температуре t_{конд.гр.п.} / 2, табл. LVI /:

r=2205x10³ Дж/кг

кг/с

3.2.3. Ориентировочный расчет подогревателя.

Зададимся ориентировочным коэффициентом теплопередачи от конденсирующегося пара к жидкости / 2, табл. 4.8 /:

К_ор=850 Вт/(м² К)

Рассчитаем ориентировочную площадь теплообмена по формуле (23);

м²

Для обеспечения интенсивного теплообмена необходимо обеспечить турбулентный режим течения, он достигается при Re более 10000. Зададимся:

Re=10000

Скорость течения раствора в аппарате с диаметром труб d=20 мм рассчитаем

по формуле:

(29)

где w_тр – скорость течения раствора в трубном пространстве м/с;

d_экв – эквивалентный диаметр, м;

Значения коэффициентов вязкости раствора m_р и плотности r_р возьмём при температуре t_ср.р.и концентрации Х_нач ( Приложение 2, п.1,п.2 )

м/с

Проходное сечение трубного пространства S_тр,м²:

(30)

м²

Для того, чтобы подобрать наиболее подходящий вариант подогревателя необходимо произвести уточнённый расчёт нескольких близких аппаратов. Примем диаметр труб d=25 мм:

м/с

м²

3.2.4. Параметры теплоносителей необходимые для уточнённого расчёта подогревателя

Параметр	Горячий	Холодный
Название Теплоносителя	Водяной пар	Водный р-р MgCl2
Тепловой процесс	конденсация	нагревание
Расход, кг/с	0,45977	4,5
Температуры:
Конденсации / начальная	124,168	35
Конечная	86,668
Средняя	64,518
Плотность, кг/м3	937,6	994
Вязкость, Па*с	0,000222	0,000469
Теплопроводность, Вт/м*К	0,677	0,672
Теплоёмкость, Дж/кг*К	4193
Коэф. Объёмн. Расшир., 1/К	0,000551
Производные по температуре:
Вязкости	-0,0000022049	-0,000006293
Теплопроводности	-0,0004803	0,0009253
теплоёмкости	3,69
Теплота конденсации, Дж/кг	2205000

3.2.5 Ориентировочный выбор подогревателя.

Для обеспечения турбулентного режима номинальная площадь проходного сечения должна быть меньше рассчитанной. Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара не зависит от режима течения в межтрубном пространстве, следовательно, необязательно рассчитывать скорость движения пара и проходное сечение межтрубного пространства

Выбор теплообменных аппаратов производится по проходному сечению трубного пространства / 3, табл. 2.3 /.

3.2.6. Параметры подогревателя необходимые для уточнённого расчёта.

Параметр / № аппарата	20 мм	25 мм
Тип	Кожухотрубчатый	Кожухотрубчатый
Положение	Горизонтальный	Горизонтальный
Перегородки в м-тр простр-ве	Есть	Есть
Расположение труб	шахматное	шахматное
Кол-во труб	166	100
Рядов труб	14	10
Ходов	2	2
Внут. Диам. Кожуха, мм	400	400
Трубы, мм	20*2	25*2,5
Проходное сечение трубного простр., м2	0,017	0,017
Проходное сечение межтрубного простр., м2	0,03	0,025
Термич. Сопрот. Загрязнений	0,00071	0,00071
Теплопров. Мат-ла труб, Вт/м*К	46,5	46,5

3.2.7. Уточнённый расчет подогревателя на ЭВМ.

По данным п. 3.2.4.-3.2.6. Произведём уточнённый расчёт подогревателя результаты расчёта представлены в (приложении 3).

3.2.8. Расчёт гидравлического сопротивления кожухотрубчатых теплообменников

Скорость жидкости в трубах:

(31)

Скорость раствора для обоих подогревателей w_тр, м/с:

м/с

Коэффициент трения l рассчитывается по формуле / 3, ф-ла. 2.31 / :

(32)

где е – относительная шероховатость труб;

е=D/d_экв (33)