Материал: расчеты теплооборуд

Распределение полезной разности температур по корпусам выпарной установки

Обычно проводится исходя из условия равенства поверхности нагрева всех корпусов:

tпол.=(ΣtполQi/Ki)/(ΣQi/Ki); (4.28) tпол.1=(37,53·649904/1506)/(649904/1506+647981,6/1332)=17,6 0С; tпол.2=(37,53·647981,6/1332)/(649904/1506+647981,6/1332)=19,9 0С.

(19,9–21,6)/21,6=0,078 или 7,8 %,

что превышает 5%. Поэтому во втором приближении следует перезадаться значениями полезной разности температур и повторить весь расчет.

В основу пересчета положим значения полезной разности температур, полученные из условий равной поверхности корпусов.

Поверхность теплообмена выпарных аппаратов (4.19)

F1=Q1/(K1tпол.1)=6499904/(1506·17,76)=244 м2;

F2=Q2/(K2tпол.2)=6479816/(1332·19,9)=244 м2.

Ближайшее значение площади нагрева имеют выпарные аппараты типа 1 исполнения 2 группы Б с поверхностью теплообмена F =226 м2. Отсюда следует, что выбранный аппарат не справится с заданной производительностью. Поэтому необходимо уменьшить производительность по исходному раствору, оставляя другие параметры теми же. Учитывая, что количество теплоты, передаваемой от пара к кипящему раствору, пропорционально поверхности теплопередачи, из теплового баланса для

первого корпуса получаем

Gн=Q1F/[F1cн(tкип.1–tн) +(1–хн/хк1)(Iвт.п1–свtкип.1)]= =6499904·226/[224·3980(135,17–133,67)+

+(1–0,05/0,089)(27300004270·135,17)]=6,34 кг/с.

4.1.2. РАСЧЕТ ПЛЕНОЧНОГО ВЫПАРНОГО АППАРАТА

Пример 4.2.

Рассчитать однокорпусной выпарной аппарат пленочного типа (тип 3 исп. 1) для концентрирования Gн=16500 кг/ч водного раствора NH4NO3. Начальная концентрация раствора хн=10%, конечная – хк=40 мас.%. Обогрев производится насыщенным водяным паром с абсолютным давлением 3 ата (2,94·105 Па). Давление в сепараторе вторичного пара – атмосферное (1,013·105 Па). Раствор поступает на выпаривание нагретым до температуры кипения.

Расчет.

Производительность аппарата по упаренной воде

W=Gн(1– хн/хк)=16500(1–10/40)/3600=3,44 кг/с.

Тепловая нагрузка аппарата

Q=W(Iвт.п–сtкип)=3,44(2679–4,23·106,2)=7670,4 кВт,

где Iвт.п=2679 кДж/кг и tкип=106,2 0С – энтальпия водяного пара и температура кипения 40% - го раствора NH4NO3 при атмосферном давлении; c=4,23кДж/(кгК) – теплоемкость воды при температуре вторичного пара [2].

Расход греющего пара

Dгр.п=Q/(Iгр.п–сконtкон)=7670,4/(2730–4,23·131)=3,52 кг/с,

где Iгр.п =2739 кДж/кг – энтальпия греющего пара; tкон=131 0С – температура конденсата (принимаем на (2÷3)0С меньше температуры греющего пара); скон= 4,23 кДж/кг – теплоемкость конденсата.

Полезная разность температур

tпол=tгр.п-tкип=132,9–106,2=26,70С.

В пленочных выпарных аппаратах гидростатическую депрессию не учитывают.

Задаемся коэффициентом теплопередачи от греющего пара к кипящему раствору К0=1200 Вт/(м2К) и определяем ориентировочную поверхность нагрева кипятильных труб (из формулы 4.19)

F0=Q/(К0tпол)=7670400/(1200·26,7)=239 м2.

Выбираем по каталогу [20] или по таблице 9 приложения выпарной аппарат с номинальной площадью поверхности нагрева 250 м2, количество

α1=3,78·0,686(9342·0,038·468/212·10-6·3,52)0,333=7053 Вт/(м2К),

где λ, ρ, μ–теплопроводность, плотность и вязкость конденсата (воды) при температуре пленки конденсата tкон= tгп–(2 ÷ 3)=130 0С [2, c.537, табл. ХХХ1Х].

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору в пленочных выпарных аппаратах рассчитывается по формуле (4.30) [12].

где Rep и Ren–критерии Рейнольдса для раствора и вторичного пара; Prp и ρр- критерий Прандтля и плотность для упаренного раствора;

Prp=μрcp/λp=382·10-6·3040/0,406=2,86.

Здесь μр, cp, λp-вязкость, теплоемкость и теплопроводность упаренного раствора; μп и ρп-вязкость и плотность вторичного пара; определяющий размер dвн; определяющая температура –температура кипения раствора.

α2=(128+1,3/0,034)0,406·2,860,99600,28210000,34(112780,58)0,25(11,31·106/382·10-6)= = 5657 Вт/(м2К).

Термическое сопротивление стенки труб (4.21)

Σδ/λ=r1+δст/λст+r2=1/12000+0,002/17,5+0,0005/1,5=0,00054 (м2К)/Вт,

термическое сопротивление накипи со стороны раствора [2]. Коэффициент теплопередачи (4.20)

К=1/(1/7053+0,00054+1/5657)=1178 Вт/(м2К).

Расчетная поверхность теплопередачи (4.19)

F = Q/(K tпол)=7670400/(1178·26,7)=244 м2.

Принятая ранее поверхность нагрева кипятильных труб 250 м2 удовлетворяет расчетной площади теплопередачи. Сделаем проверку температуры стенки труб со стороны греющего пара и температуру пленки конденсата.

Движущая сила теплоотдачи от пара к стенке

t1=КΔtпол/α1=1178·26,7/7053=4,46 0С.

Температура стенки труб со стороны пара

tст.1=tгр.п- t1=132,9–4,46=128,44 0С.

Температура пленки конденсата

tкон=(tгр.п+tст.1)/2=(132,9+128,44)/2=130,67 0С.

Ошибка в ранее принятой температуре составит

ε=(131–130,67)100/130,67=0,24 %

Список литературы

1.Бажан, П.И. Справочник по теплообменным аппаратам / П.И. Бажан, Г.Е. Каневец, В.Е. Селиверстов. – М.: Машиностроение, 1989.

2.Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: учеб. пособие для вузов /К.Ф.Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. – 10-е изд.- Л.: Химия, 2005. – 567 с.

3.Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: учеб. для вузов /А.Г. Касаткин.- 10-е изд.- М.: ООО ТИД “Альянс”, 2004. - 753 с.

4.Дытнерский, Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию /Ю.И. Дытнерский. – М.: Химия, 1983. – 272 с.

5.Машины и аппараты химических производств: примеры и задачи / И. В. Доманский [и др.]. – Л.: Машиностроение, 1982. – 384 с.

6.Пластинчатые теплообменные аппараты. Каталог. Изд. 5-е, исправ. и доп.

–М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1990. – 52 с.

7.Лесохин, Е.И. Теплообменники – конденсаторы в процессах химической технологии. Моделирование, расчет, управление /Е.И. Лесохин, П.В. Рашковский –Л.: Химия, 1990. – 288 с.

8.Маньковский, О.Н. Теплообменная аппаратура химических производств / О.Н. Маньковский, А.Р. Толчинский, М.В. Александров. –Л.: Химия,1976.

–368 с.

9.Аппараты воздушного охлаждения специального назначения. Каталог.

Изд. 2-е, исправ. и дополн. – М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1987. – 9 с. 10.Стандартные кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего

назначения. Каталог. Изд. 4-е, исправл. и доп. – М.: ЦИНТИхимнефте-

маш, 1988. – 40 с.

11.Тепловые процессы и теплоиспользующее оборудование предприятий бытового обслуживания: справочное пособие / А.Г. Сапронов [и др.]. – М.: Легпромиздат, 1990. – 432 с.

12.Выпарные трубчатые аппараты общего назначения для химических производств. Каталог. – М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1985. – 20 с.

Приложение