Расчет поверхности теплообмена выпарного аппарата

 

Для расчёта поверхности теплообмена выпарного аппарата запишем уравнение теплопередачи:

Q = K*F*∆ t­_пол­ (18)

 

где: К - коэффициент теплопередачи, (Вт/(м*К));

F - площадь поверхности теплообмена, (м²).

Коэффициент теплопередачи К найдем из выражения:

 

K = (19)

 

где: a_кип - коэффициент теплоотдачи кипящего раствора, (Вт/(м²*К));

a_конд - коэффициент теплоотдачи конденсирующегося пара, (Вт/(м²*К));

å r_ст - сумма термических сопротивлений всех слоев, из которых состоит стенка, включая слои загрязнения, ( (м²*К)/ Вт).

 

Суммарное термическое сопротивление получим по формуле:

 

å r_ст= r_загр1 + ( ) + r_загр2 , (20)

 

где d_ст– толщина стенки, (м);

l_ст– коэффициент теплопроводности стали [2], c.529, (Вт/(м*К));

r_загр1 и r_загр2 - термические сопротивления стенки со стороны конденсирующегося пара и со стороны кипящего раствора [2], c.531((м²*К)/ Вт)

å r_ст= + + = 5, 725·10^-4(Вт/ (м²·К))

Для расчётов коэффициентов теплоотдачи a_конд, a_кип воспользуемся методом итераций.

В первом приближении примем температуру наружной стенки трубы равной t_ст1 = 101, 5( ̊ С)

При конденсации греющего пара на пучке вертикальных труб, выражение для коэффициента теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке a_конд имеет следующий вид [2], с.161 формула 4.52(а):

a_конд= (21)

 

где:

H – высота труб, (м);

A_t – значение функции для воды приведены в таблице 4.6 [1], с.162;

Dt – разница между температурой греющего пара и температурой стенки.

 

Dt = t_гр.п– t_ст1 (22)

 

Dt =106, 4 – 101, 5 =4, 9(°C)

 

Значение функции А_t найдём при температуре t_гр.п:

 

А_t= 7049, 6

 

Подставив полученные значения в формулу (21) получим

 

a_конд= 2, 04·_­­ =6, 5·10^3­_­(Вт/м²·К)

 

Количество теплоты q_конд, передаваемое от конденсирующегося пара к стенке, найдём по формуле:

q_конд= a_конд·( t_гр.п– t_ст1),

 

или

q_конд= a_конд·Dt (23)

 

где q_конд - удельная тепловая нагрузка, (Вт/м²).

 

 

q­_конд­ = 6, 5·10^3­_­·4, 9=3, 18·10⁴

Так как процесс теплопередачи является установившемся, то количество теплоты q_конд равно количеству теплоты q_ст, которое передаётся от наружной стенки трубы с температурой t_ст1 к внутренней с температурой t_ст2.

 

q_конд= (24)

 

Отсюда находим t_ст2:

 

t_ст2 = t_ст1 - q_конд·å r_ст (25)

 

t_ст2 = 101, 5 – 3, 18·10⁴·5, 725·10^-4 = 83, 29(°C)

 

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубах при условии естественной циркуляции раствора равен [2], c.165, формула 4.62.

 

a_кип = (26)

 

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

s - поверхностное натяжение, (Н/м);

n - кинематический коэффициент вязкости, ( м²/с);

DТ_кип – разность температур t_ст2 и температуры кипения раствора t_кип, К;

b – безразмерная функция, вычисленная по формуле

b = 0, 075 + 0, 75·( )^2/3 (27)

 

где r_п – плотность пара при t_кип [2], c.548, (кг/м³);

r_р - плотность раствора при t_кип, (кг/м³).

 

r_п = 0, 268(кг/м³ )

 

Плотность раствора определим по формуле (4) при t_кип(Приложение А.1):

Lg(r_р­) = lg (r_в­) + (a_­0 + a­_1*­t_­кип + a_­2­*t­²_­кип­)*X_кон­ (4)

Lg(r_р­) = lg (974, 233) + (0.393743 + 0.00037031_*­77, 4 + (-0.0000027164 *77, 4²)*0.1

r_р­= 1070 (кг/м³)

Тогда

 

b = 0, 075 + 0, 75· = 0, 078

 

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

l₀ = 0, 5545 + 0, 00246·77, 4 - 0, 00001184·(77, 4)² =0, 674( Вт/(м·К))

 

l = 0, 675·(1-0, 1289·0, 12) = 0, 664( Вт/(м·К))

Кинематический коэффициент вязкости раствора n:

 

n = (28)

 

Где:

m_р – динамический коэффициент вязкости раствора, (Па с).

m_р определяем по формуле (Приложение А.2):

 

m₀ = 0, 59849·(43, 252 +77, 4)^{-1, 5423} = 3, 68·10^-4(Па·с)

 

lgm_р = lg(3, 68·10^-4) + (3, 47-122, 35·10^-4·77, 4+544, 64·10-⁹·(77, 4)²)·0, 12

lgm_р =-3, 13

m_р = 7, 41·10^-4(Па·с)

 

Тогда:

n = = 6, 9·10^-7(м²/с)

 

Поверхностное натяжение s при температуре t_кип [2], c.526:

 

s=63, 06· 10^-3 (Н/м)

 

 

DT_кип= t_ст2 – t_кип

 

DT_кип = 83, 29 - 77, 4= 5, 89

 

T_кип = t_кип + 273 = 350, 4

 

Тогда:

 

a_кип= =6200 (Вт/м²·К)

 

Количество теплоты q_кип, передаваемое от внутренней стенки к раствору:

 

q_кип = a_кип·(t_ст2 – t_кип) (29)

 

q_кип = 6200 ·5, 89=36, 518(Вт/м²)

 

Проверим правильность первого приближения по неравенству:

 

ε =

 

ε = = 0, 14> 0.05

 

Так как первое приближение не удовлетворяет неравенству выберем другую температуру стенки.

Во втором приближении примем температуру наружной стенки трубы равной t_ст1 = 103( ̊ С)

Найдем разницу между температурой греющего пара и температурой стенки по формуле (22).

Dt =106, 4-103 = 3, 4 (°C)

Вычислим коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке a_конд по формуле (21):

a_конд= 2, 04·_­­ =7, 05·10^3­_­(Вт/м²·К)

Количество теплоты q_конд, передаваемое от конденсирующегося пара к стенке, найдём по формуле (23):

q­_конд­ = 7, 05·10³·3, 4=2, 4·10⁴(Вт/м²)

Так как процесс теплопередачи является установившемся, то количество теплоты q_конд равно количеству теплоты q_ст, которое передаётся от наружной стенки трубы с температурой t_ст1 к внутренней с температурой t_ст2.

Вычислим t_ст2 :

t_ст2 = 103-2, 4·10⁴·5, 725·10^-4=89, 26(°C)

Из формулы (26) найдем коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубах при условии естественной циркуляции раствора

a_кип= =1930 (Вт/м²·К)

Количество теплоты q_кип, передаваемое от внутренней стенки к раствору равно

q_кип = 1, 93·10³·(11, 86)=2, 2·10⁴(Вт/м²)

 

Проверим правильность второго приближения

ε = = 0, 042< 0.05

Т.к. данное неравенство верно, переходим к расчёту коэффициента теплопередачи по формуле (19):

 

K = = 806, 02(Вт/м·К)

 

Согласно с полученными данными рассчитаем поверхность теплопередачи выпарного аппарата считаем по формуле:

 

F = (30)

 

F = = 174, 915 ( м²)

 

Выбор аппарата по каталогу

 

Произведём выбор аппарата по каталогу [3], с.183. Для этого найденную площадь поверхности теплообмена следует увеличить на 10-20 %, для обеспечения запаса производительности F_зап.

 

F_зап= 1.1 ·174, 915 = 209, 898 (м²)

 

Выберем выпарной аппарат с естественной циркуляцией раствора и вынесенной греющей камерой. Наиболее подходящим вариантом данного аппарата является аппарат с площадью теплоотдачи 224(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	H, мм, Не более	M, кг, Не более
l=5000 мм

 

F – номинимальная поверхность теплообмена;

D – диаметр греющей камеры;

D₁ – диаметр сепаратора;

D₂ – диаметр циркуляционной трубы;

H – высота аппарата;

M – масса аппарата;

 

Примечания.

1 – Высота парового пространства H₁ - не более 2500 мм

2 – Условное давление в греющей камере от 0, 014 до 1, 0 Мпа, в сепараторе от 0, 0054 до 1, 0 Мпа.

3 – Диаметр трубы d = 38x2 мм

 

 

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. АРХИТЕКТОНИКА ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
2. Глава 2. Определение удельной поверхности наноматериалов
3. Глава 8. Развитие государственного аппарата Российской империи
4. И 12. Околоствольные дворы. Технологический комплекс поверхности шахт.
5. Измерять будем температуры процессов, давление, уровни заполнения аппарата жидкостью, объемная скорость и т. д.
6. Износ внутренней поверхности гильзы цилиндра двигателя определяют с помощью
7. Изображение земной поверхности на сфере и на плоскости
8. История изобретения киноаппарата. Кинетоскоп Эдисона. Братья Люмьер. Ж.Мельес
9. Классификация основных процессов в аппаратах. Виды аппаратов по процессам.
10. КОНСТРУИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ЖЕЛОБА
11. Конструктивный расчёт выпарного аппарата
12. Конструкция щеточного аппарата