Расчет коэффициентов теплопередачи по корпусам

Определив температуры кипения растворов по корпусам_} можно рассчитать коэффициенты теплопередачи. Коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле:

,                                                                   (28)

где - сумма термических сопротивлений стенки и ее загрязнений,.

   м²*К/Вт

                                  

                 1 - пар; 2 - конденсат; 3 - стенка; 4 - накипь; 5 - кипящий раствор.

Рисунок 2.1 - Распределение температур в процессе теплопередачи от пара к кипящему раствору через многослойную стенку

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

=0,002/25,1+0,0005/2=2,87*10  м²*К/Вт ,,

 

2.1 Определение коэффициента теплоотдачи

Коэффициент теплоотдачи определяется по формуле:

,

 Где  - теплопроводность конденсата, Вт/(м²*К); - плотность конденсата, кг/м³ [1,приложение Б6]; r - удельная теплота парообразования, Дж/кг; - вязкость конденсата, Па-с; - разность температур, °С, равная разности между греющим паром и стенкой со стороны пара, принимаем =2°C; Н - высота трубы, м.

 Для выбора значения Н ориентировочно определяем поверхность теплопередачи выпарного аппарата. При кипении водных растворов принимают удельную тепловую нагрузку в аппаратах с естественной циркуляцией q=30000-50000Вт/м². Принимаем q=30000 Вт/м₂. Тогда поверхность теплопередачи первого корпуса ориентировочна равна

 

F_op=Q/q=W1 * r_BTl/q=1.036*2239000/30000=57.9 м².

 

 По [1,приложению А5] трубчатые аппараты с естественной циркуляцией, сосной греющей камерой и солеотделением (тип 1, исполнение 3) состоят из кипятильных труб высотой Н=4м, при диаметре dH=38 мм и толщине стенки =2 мм.

Коэффициент теплоотдачи в первом корпусе равен:

=  Вт/(м²*К)

Коэффициент теплоотдачи во втором корпусе равен:

=  Вт/(м²*К)

 

2.2 Определение коэффициента теплоотдачи

 Для выпарных   аппаратов с естественной циркуляцией

растворов коэффициент теплоотдачи а₂ определяется по формуле:

= ,                                                 (30)

где σ- поверхностное натяжение;

q- удельная тепловая нагрузка;

- плотность раствора, кг/м³;

-плотность пара, кг/м³;

-плотность пара при давлении Р=1 атм., кг/м³;

r_вт- теплота парообразования, Дж/кг;

- коэффициент динамической вязкости раствора, Па*с;

- теплоемкость раствора, Дж/(кг*К);

- теплопроводность раствора, Вт/(м*К);

Физические, теплофизические     свойства раствора определяются при температуре кипения и концентрации в корпусе. [1,Приложения Б1 - БЗ, Б7]

Теплоемкость =3345 Дж/кг*К; =3911 Дж/кг*К [3, с. 248].

Расчет ведем из условий равенства удельных тепловых потоков:

q=q_кон=q_ст=q_кип,

где q_кон- тепловой поток со стороны греющего пара;

q_кон=α₁·∆t₁;

 

 

q_кон=7583·3=22749 Вт/м­²

t_ст1=t_г-∆t₁=126,5-3=123,5

q_ст- удельный тепловой поток в стенке;

=22648 Вт/м²

q_кип- удельный тепловой поток при кипении жидкости внутри трубы,

q_кип=α₂·∆t₂.

t_ст2=t_ст1-∆t_ст=123,5-6,5=117

∆t₂=t_ст2-t_кип=117-108,4=8,6

 Коэффициент теплоотдачи в первом корпусе равен:

= =3645 Вт/(м²*К)

Коэффициент теплоотдачи во втором корпусе равен:

= =3256 Вт/(м²*К)

q_кип=3645·8,6=22789 Вт/м­²

Коэффициент теплопередачи в 1 корпусе:

K₁= = =1253.4 Вт/(м²*К)

Коэффициент теплопередачи в 2 корпусе:

K₂₌ =543 Вт/(м²*К)
2.3 Распределение полезной разности температур

Распределение полезной разности температур по корпусам проводим из условия равенства поверхностей теплопередачи в аппаратах установки:

,                                                                     (34)

где  , , - соответственно полезная разность температур, °С; тепловая нагрузка аппарата, Вт; коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К) для J-ro корпуса;  - суммарная полезная разность температур, °С;

=(2387100/1253.4)60/(2387100/1253.4+2322712 /543)=18.48^oC;

=(2322712 /543)60/(2387100/1253.4+2322712 /543)=41.5^oC;

Проверим общую полезную разность температур установки:

= + =18.5+41.5=60 °С.

 Рассчитаем поверхность теплопередачи выпарных аппаратов:

 F₁=2387100/1253.4*18.5=60 м²;

 F₂=2322712 /543*41.5=60 м².

 Найденные значения поверхностей мало отличаются от ориентировочно определенной ранее поверхности F_op. Поэтому в последующих приближениях нет необходимости вносить коррективы на изменение конструктивных размеров аппаратов (высоты, диаметра и числа труб).

 Сравнения распределенных из условия равенства поверхностей теплопередачи и предварительно рассчитанных значений полезных разностей температур представлено ниже:

                                                                                                          корпус

                                                                                               1                    2

Распределенные в 1-м

приближении значения , град.                                    18,5            41,5

Предварительно рассчитанные значения , град.       18,15         41.9

Второе приближение

Как видно, полезные разности, рассчитанные из условия равного перепада давления в корпусах и найденные в первом приближении из условия равенства поверхностей нагрева в корпусах, существенно не различаются. Поэтому нет необходимости заново перераспределять температуры между корпусами установки.

По [1,приложению A5] выбираем выпарной аппарат со следующими характеристиками:

Номинальная поверхность теплообмена F_h= 63 м²;

Высота труб H_тр=4000 мм;

Диаметр труб d=38x2 мм;

Диаметр греющей камеры D_гк=800 мм;

Диаметр сепаратора D_сеп=1600 мм;

Диаметр циркуляционной трубы D_u =500 мм; - .

Общая высота аппарата Н=15500 мм;

Масса аппарата М=3500 кг.

⇐ Предыдущая123Следующая ⇒

Поделиться: