Расчёт многокорпусной выпарной установки (стр. 3 из 14)

Сумма гидростатических депрессий равна:

°С

Температурная депрессия Δ определяется по уравнению:

(5)

где Т – температура паров в среднем слое кипятильных труб, К; r_ВП– теплота парообразования вторичного пара, кДж/кг;

- температурная депрессия при атмосферном давлении, К [3].

Находим значение Δ^’ по корпусам (в °С):

Сумма температурных депрессий равна:

°С

Температуры кипения растворов в корпусах равны (в °С):

В аппаратах с вынесенной греющей камерой и естественной циркуляцией обычно достигаются скорости раствора v = 0,6 – 0,8 м/с. Для этих аппаратов масса циркулирующего раствора равна:

(6)

где ρ– плотность раствора, кг/м³; S – сечение потока в аппарате, м².

Сечение потока в аппарате Sрассчитываемое по формуле:

(7)

где d_ВН – внутренний диаметр труб, м; Н – принятая высота труб, м.

Таким образом, перегрев раствора в j-м аппарате Δt_перjравен:

(8)

где I_ВП – энтальпия вторичного греющего пара, кДж/кг; с_В , с_Н – теплоемкости соответственно воды и конденсата греющего пара, кДж/(кг×К); t_К – температура конденсата греющего пара, К; М – масса конденсата, кг.

Полезная разность температур в каждом корпусе может быть рассчитана по уравнению:

(9)

Анализ этого уравнения показывает, что величина Δt_пер/2 представляет собой дополнительную температурную потерю. В связи с этим общую полезную разность температур выпарных установок с аппаратами с вынесенной зоной кипения нужно определять по следующему выражению:

(10)

1.3 Расчёт полезной разности температур

Общая полезная разность температур равна:

(11)

Полезные разности температур по корпусам (в °С) равны:

Тогда общая полезная разность температур равна:

°С

Проверим общую полезную разность температур:

°С

1.4 Определение тепловых нагрузок

Расход греющего пара в первый корпус, производительность каждого корпуса по выпаренной воде и тепловые нагрузки по корпусам определим путём совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения баланса по воде для всей установки:

(12)

(13)

(14)

(15)

где 1,03 – коэффициент, учитывающий 3 % потерь в окружающую среду; с_Н, с₁, с₂ – теплоёмкости растворов соответственно исходного (начальной концентрации), в первом и во втором корпусе, кДж/(кг∙К); Q_1конц, Q_2конц, Q_3конц – теплота концентрирования по корпусам, кВт; t_Н – температура кипения исходного раствора в первом корпусе, °С:

где

- температурная депрессия для исходного раствора. При решении уравнений (12) – (15) можно принять I_вп1 ≈ I_г2; I_вп2 ≈ I_г3; I_вп3 ≈ I_бк.

Анализ зависимостей теплоты концентрирования от концентрации и температуры показал, что она наибольшая для третьего корпуса. Поэтому рассчитаем теплоту концентрирования для третьего корпуса:

(16)

где G_сух – производительность аппаратов по сухому Na₂SO₄, кг/с; Δq – разность интегральных теплот растворения при концентрациях х₂ и х₃, кДж/кг [4].

кВт

Сравним Q_3конц с ориентировочной тепловой нагрузкой для третьего корпуса Q_{3 ОР}:

Поскольку Q_3конц составляет значительно меньше 3% от Q_3ор, в уравнениях тепловых балансов по корпусам пренебрегаем величиной Q_конц.

Получим:

Решаем эту систему уравнений:

кг/с

кг/с

кг/с

кг/с

Решение системы уравнений даёт следующие результаты: D = 0,83 кг/с; w₁ = 0,83 кг/с; w₂ = 0,89 кг/с; w₃ = 0,95 кг/с; Q₁ = 1854,5 кВт; Q₂ = 1820,5 кВт; Q₃ = 2000,5 кВт.

Наибольшее отклонение вычисленных нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе от предварительно принятых (w₁ = 0,81 кг/с; w₂ = 0,89 кг/с; w₃ = 0,97 кг/с) не превышают 5 %, поэтому не будем пересчитывать концентрации и температуры кипения растворов по корпусам.

Полученные величины сводим в таблицу 1.

Таблица 1Параметры растворов и паров по корпусам

Параметр	Корпус
	1	2	3
Производительность по испаряемой воде w, кг/с	0,83	0,89	0,95
Концентрация растворов х, %	7,9	12,24	30
Давление греющих паров Рг, Мпа	0,4	0,277	0,153
Температура греющих паров tг, °С	143,5	131	112,1
Температурные потери ΣΔ, град	2,74	4,3	11,62
Температура кипения раствора tк, °С	133,74	116,4	80,62
Полезная разность температур, Δtп, град	9,76	14,6	31,48

1.5 Выбор конструкционного материала

Выберем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора Na₂SO₄ в интервале изменения концентраций от 6 до 30 % [5]. В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х17. Скорость коррозии её менее 0,1 мм/год, коэффициент теплопроводности λ_ст = 25,1 Вт/(м∙К).

1.6 Расчёт коэффициентов теплопередачи

Коэффициент теплопередачи для первого корпуса К определяют по уравнению аддитивности термических сопротивлений:

(17)

где α₁, α₂ – коэффициенты теплоотдачи от конденсирующегося пара кстенке и от кипящего раствора к стенке соответственно, Вт/(м²×К); δ – толщина стенки, м; λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м×К).

Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки δ_ст/λ_ст и накипи δ_н/λ_н. Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем. Получим:

(м²∙К)/Вт