Концентрирование карбамида (стр. 3 из 5)

Расход греющего пара в корпусе, производительность корпуса по выпариваемой воде и тепловую нагрузку корпуса определим путем совместного решения уравнений

:

(3.3)

где 1.03-коэффициент учитывающий 3% потери тепла в окружающую среду; сн - теплоемкость раствора карбамида кДж/кгК; tнач- начальная температура кипения исходного раствора С0; tкон - температура кипения раствора в корпусе С0 (Ткон=Тк=132С0); I2 ,I1 -энтальпии сухого насыщенного греющего пара и энтальпия конденсата, кДж/кг; Iвт.п. - энтальпия воды при температере tк; - расход греющего пара.

(3.4)

где cc - теплоемкость 100% раствора карбамида, Дж/кгС0,

; х - массовая доля карбамида в растворе; 4.190 - теплоемкость воды кДж/кгС0.

Пар в теплообменник поступает под давлением 0,4МПа, что соответствует температуре 143С0,

.Температуре греющего пара равной 143С0 соответствуют следующие энтальпии сухого насыщенного греющего пара и энтальпии конденсата, :

tг.п.,C0	I1,кДж/к	I2,кДж/кг
143	596	2774

Расход греющего пара будет:

3.3 Тепловой баланс

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; t - температура конденсата.

Приход тепла:

;

.

Расход тепла:

;

.

Таблица 3.2

Тепловой баланс

Приход тепла			Расход тепла
№ п/п	Статья прихода	Вт	№ п/п	Статья расхода	Вт
1	С исходным раствором	1513497,4	1	С упаренным раствором	1316190
2	С греющим паром	1190046	2	С вторичным паром	1023750
3	С паровым конденсатом	257044
4	Потери тепла в окружающую среду	106559,4
Итого	2703543,4	Итого	2703543,4

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 lст=16,747 Вт/мК,

.

3.5 Расчет коэффициента теплопередачи

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

(3.6)

где a1- коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке, Вт/(м2К); Sd/l - Суммарное термическое сопротивление, м2К/Вт; a2- коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору, Вт/(м2К).

Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки dст/lст и накипи dн/lн (/lн=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; rж, lж, mж -соответственно плотность (кг/м3), теплопроводность Вт/м*К, вязкость (Па*с) конденсата

при средней температуре пленки tпл=tг.п.- Dt1 – разность температур конденсации пара и стенки, град.

Расчет a1 ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем Dt1=2,0 град. Тогда получим:

Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение:

(3.9)

где q - удельная тепловая нагрузка, Вт/м2; Dtст - перепад температур на стенке, град; Dt2 - разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, град.

Полезная разность температур в аппарате Dtп 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

Параметр	Значение	Литература
Теплопроводность раствора l, Вт/м*К	0,421
Плотность раствора r, кг/м3	1220
Теплоемкость раствора с, Дж/кг*К	1344
Вязкость раствора m, Па*с	2,58*10-3
Поверхностное натяжение s, Н/м	0,036
Теплота парообразования rв, Дж/кг	2170
Плотность пара rп, кг/м3	2,2

Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

Как видим

.

Для второго приближения примем Dt1=2,48 град.

Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры на 0,48 град, рассчитываем a1:

Получим:

Как видим,

.

Расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 5%, поэтому расчет коэффициентов a1 и a2 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); Dtп - полезная разность температур, К.