Реферат: Расчет трехкорпусной выпарной установки непрерывного действия

--PAGE_BREAK--1.3 Расчёт полезной разности температур
Необходимым условием передачи тепла в каждом корпусе является наличие некоторой полезной разности температур греющего пара и кипящего раствора.

Полезные разности температур по корпусам равны:
<img width=«259» height=«24» src=«ref-1_1387822631-412.coolpic» v:shapes="_x0000_i1091"> ºС

<img width=«268» height=«24» src=«ref-1_1387823043-430.coolpic» v:shapes="_x0000_i1092"> ºС

<img width=«241» height=«24» src=«ref-1_1387823473-379.coolpic» v:shapes="_x0000_i1093"> ºС
Общая полезная разность температур:
<img width=«323» height=«27» src=«ref-1_1387823852-622.coolpic» v:shapes="_x0000_i1094"> ºС
Проверим общую полезную разность температур:
<img width=«572» height=«29» src=«ref-1_1387824474-1208.coolpic» v:shapes="_x0000_i1095">
1.4 Определение тепловых нагрузок
Расход греющего пара в первом корпусе, производительность каждого корпуса по выпариваемой воде и тепловые нагрузки по корпусам определяются путем совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнениями баланса по воде для всей установки:


<img width=«376» height=«25» src=«ref-1_1387825682-673.coolpic» v:shapes="_x0000_i1096">  (1.7)

<img width=«84» height=«24» src=«ref-1_1387826355-184.coolpic» v:shapes="_x0000_i1097">, а <img width=«127» height=«24» src=«ref-1_1387826539-249.coolpic» v:shapes="_x0000_i1098">, то

<img width=«335» height=«27» src=«ref-1_1387826788-574.coolpic» v:shapes="_x0000_i1099"> (1.8)

<img width=«385» height=«29» src=«ref-1_1387827362-780.coolpic» v:shapes="_x0000_i1100">        (1.9)

<img width=«419» height=«29» src=«ref-1_1387828142-834.coolpic» v:shapes="_x0000_i1101"> (1.10)

W
=
W1+
W2+
W3,     (1.11)
гдеD – расход греющего пара в первом корпусе, кг/с;

Н,
h – энтальпия пара и конденсата, соответственно, Дж/кг;

1,03, 1,02, 1,01 – коэффициенты, учитывающие 3;2;1 % потерь тепла в окружающую среду по корпусам, соответственно (потери тепла обычно принимают в размере 2 ÷ 6% от тепловой нагрузки аппарата);

C – удельная теплоемкость, Дж/кг∙К;

<img width=«123» height=«24» src=«ref-1_1387828976-264.coolpic» v:shapes="_x0000_i1102"> – теплота концентрирования по корпусам. Величинами <img width=«35» height=«24» src=«ref-1_1387829240-134.coolpic» v:shapes="_x0000_i1103"> пренебрегаем, поскольку эти величины значительно меньше принятых потерь тепла;

tн – температура кипения исходного раствора, подаваемого в первый корпус,

<img width=«15» height=«20» src=«ref-1_1387829374-147.coolpic» v:shapes="_x0000_i1104"> – температура кипения в i-ом корпусе.
<img width=«259» height=«25» src=«ref-1_1387829521-420.coolpic» v:shapes="_x0000_i1105">,
где <img width=«27» height=«24» src=«ref-1_1387829941-115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1106"> – температурная депрессия для исходного раствора;

сн, с1, с2 – теплоёмкость растворов при концентрациях <img width=«51» height=«20» src=«ref-1_1387830056-166.coolpic» v:shapes="_x0000_i1107">, кДж/(кг×К)

Теплоёмкость (в кДж/(кг×К)) разбавленных водных растворов (<img width=«13» height=«16» src=«ref-1_1387830222-84.coolpic» v:shapes="_x0000_i1108"> < 20%) рассчитывается по формуле:

<img width=«113» height=«27» src=«ref-1_1387830306-322.coolpic» v:shapes="_x0000_i1109">         (1.12)

<img width=«296» height=«27» src=«ref-1_1387830628-619.coolpic» v:shapes="_x0000_i1110">

<img width=«297» height=«27» src=«ref-1_1387831247-626.coolpic» v:shapes="_x0000_i1111">

<img width=«303» height=«27» src=«ref-1_1387831873-624.coolpic» v:shapes="_x0000_i1112">
Подставим известные значения в уравнения.


<img width=«339» height=«38» src=«ref-1_1387832497-687.coolpic» v:shapes="_x0000_i1113">

<img width=«392» height=«42» src=«ref-1_1387833184-927.coolpic» v:shapes="_x0000_i1114">

<img width=«411» height=«42» src=«ref-1_1387834111-1004.coolpic» v:shapes="_x0000_i1115">

W = 1,48 = W1+
W2+
W3


<img width=«152» height=«24» src=«ref-1_1387835115-289.coolpic» v:shapes="_x0000_i1116">

<img width=«131» height=«24» src=«ref-1_1387835404-264.coolpic» v:shapes="_x0000_i1117">

<img width=«468» height=«43» src=«ref-1_1387835668-696.coolpic» v:shapes="_x0000_i1118">

1,48 = <img width=«120» height=«21» src=«ref-1_1387836364-237.coolpic» v:shapes="_x0000_i1119"> + <img width=«104» height=«21» src=«ref-1_1387836601-215.coolpic» v:shapes="_x0000_i1120"> + <img width=«120» height=«21» src=«ref-1_1387836816-237.coolpic» v:shapes="_x0000_i1121">
Oтсюда :D= 0,2286 кг/с.


Тогда:


W1= 0,954×0,2286 – 0,0141 = 0,204 кг/с

W2= 0,875×0,2286 + 0,58 = 0,78 кг/с

W3= 0,7001×0,2286 + 0,336 = 0,496 кг/с
Проверка


W = W1+ W2+ W3 = 0,204+0,78+0,496= 1,48 кг/с
Определим тепловые нагрузки, кВт


Q1= D∙2139 = 0,2286∙2139=488,98

Q2= W1∙2180 = 0,204∙2180=444,72

Q3= W2∙2234 =0,78∙2234= 1742,52

Полученные данные сводим в табл.1.4.


Таблица 1.4 – Параметры растворов и паров по корпусам

Параметр

Корпус

1

2

3

Производительность по испаряемой воде W,кг/с

0,204

0,78

0,496

Концентрация растворов x, %

6,5

8,7

15









Температура греющих паров tГ, ºC

143,6

129,78

110,4









Температура кипения раствора tк,ºC

133,37

115,19

64,8

Полезная разность температур ∆tп, ºC

10,23

14,59

45,6

Тепловая нагрузка
Q
, кВт

488,98

444,72

1742,52



1.5 Расчет коэффициентов теплопередачи
Коэффициент теплопередачи рассчитываем, исходя из того, что при установившемся процессе передачи тепла справедливо равенство:
<img width=«215» height=«47» src=«ref-1_1387837053-574.coolpic» v:shapes="_x0000_i1122">                         (1.13)
Коэффициент теплопередачи К в [Вт/(м2 К)] можно рассчитать по уравнению:
<img width=«172» height=«47» src=«ref-1_1387837627-499.coolpic» v:shapes="_x0000_i1123">,                                 (1.14)
где q – удельная тепловая нагрузка, Вт/м2; q = Q/F;

<img width=«18» height=«24» src=«ref-1_1387838126-99.coolpic» v:shapes="_x0000_i1124"> и <img width=«20» height=«24» src=«ref-1_1387838225-102.coolpic» v:shapes="_x0000_i1125"> – коэффициенты теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке и от стенки к кипящему раствору соответственно, Вт/(м2∙К);

<img width=«43» height=«22» src=«ref-1_1387838327-218.coolpic» v:shapes="_x0000_i1126"> – сумма термических сопротивлений стенки загрязнений и накипи, (м2∙К/Вт);

<img width=«20» height=«20» src=«ref-1_1387838545-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1127"> – разность температур между греющим паром и стенкой со стороны пара в первом корпусе, ºС;

<img width=«24» height=«20» src=«ref-1_1387838648-137.coolpic» v:shapes="_x0000_i1128"> – перепад температур на стенке, ºС;

<img width=«21» height=«20» src=«ref-1_1387838785-131.coolpic» v:shapes="_x0000_i1129"> – разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, °С.

Коэффициент теплоотдачи <img width=«18» height=«24» src=«ref-1_1387838126-99.coolpic» v:shapes="_x0000_i1130"> рассчитываем по уравнению:
<img width=«160» height=«51» src=«ref-1_1387839015-518.coolpic» v:shapes="_x0000_i1131">, (1.15)
где <img width=«18» height=«24» src=«ref-1_1387810209-96.coolpic» v:shapes="_x0000_i1132"> – теплота конденсации греющего пара, Дж/кг;

<img width=«20» height=«20» src=«ref-1_1387838545-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1133"> – разность температур конденсата пара и стенки, ºС;

<img width=«78» height=«24» src=«ref-1_1387839732-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1134"> – соответственно плотность, кг/м3, теплопроводностьВт/(м∙К)и вязкость конденсата, Па∙с, при средней температуре плёнки:

Первоначально принимаем <img width=«78» height=«25» src=«ref-1_1387839917-178.coolpic» v:shapes="_x0000_i1135">
<img width=«231» height=«42» src=«ref-1_1387840095-467.coolpic» v:shapes="_x0000_i1136"> ºС.

Значения физических величин конденсата берём при tпл= 142,85ºС.
<img width=«104» height=«25» src=«ref-1_1387840562-247.coolpic» v:shapes="_x0000_i1137">

<img width=«169» height=«27» src=«ref-1_1387840809-452.coolpic» v:shapes="_x0000_i1138">

<img width=«137» height=«25» src=«ref-1_1387841261-278.coolpic» v:shapes="_x0000_i1139">

<img width=«362» height=«51» src=«ref-1_1387841539-926.coolpic» v:shapes="_x0000_i1140">

<img width=«357» height=«48» src=«ref-1_1387842465-957.coolpic» v:shapes="_x0000_i1141">

<img width=«371» height=«27» src=«ref-1_1387843422-714.coolpic» v:shapes="_x0000_i1142">

<img width=«332» height=«25» src=«ref-1_1387844136-500.coolpic» v:shapes="_x0000_i1143">
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору <img width=«20» height=«22» src=«ref-1_1387844636-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1144"> в условиях его естественной циркуляции для пузырькового режима в вертикальных трубах равен:
<img width=«304» height=«48» src=«ref-1_1387844736-785.coolpic» v:shapes="_x0000_i1145">,      (2.16)
где <img width=«22» height=«24» src=«ref-1_1387845521-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1146"> – плотность греющего пара в первом корпусе, <img width=«96» height=«25» src=«ref-1_1387845625-221.coolpic» v:shapes="_x0000_i1147"> <img width=«94» height=«21» src=«ref-1_1387845846-271.coolpic» v:shapes="_x0000_i1148"> – плотность пара при атмосферном давлении; <img width=«67» height=«20» src=«ref-1_1387846117-162.coolpic» v:shapes="_x0000_i1149"> – соответственно, теплопроводность, поверхностное натяжение, теплоемкость и вязкость раствора в первом корпусе.
<img width=«441» height=«48» src=«ref-1_1387846279-1301.coolpic» v:shapes="_x0000_i1150">

<img width=«416» height=«44» src=«ref-1_1387847580-1004.coolpic» v:shapes="_x0000_i1151">
Значения величин, характеризующих свойства растворов NaOH, представлены в таблице 1.5.



Параметр

Корпус

1

2

3

Плотность раствора, <img width=«33» height=«22» src=«ref-1_1387848584-189.coolpic» v:shapes="_x0000_i1152">, кг/м3

1012,88

1031,88

1088,22

Вязкость раствора, <img width=«65» height=«21» src=«ref-1_1387848773-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1153">

1,151

1,2258

1,51

Теплопроводность раствора,<img width=«91» height=«24» src=«ref-1_1387848964-294.coolpic» v:shapes="_x0000_i1154">

,5912

0,5886

0,5815

Поверхностное натяжение, <img width=«64» height=«20» src=«ref-1_1387849258-197.coolpic» v:shapes="_x0000_i1155">

73,4

74,28

77,0

Теплоёмкость раствора, <img width=«97» height=«27» src=«ref-1_1387849455-315.coolpic» v:shapes="_x0000_i1156">

3923

3831






Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
<img width=«272» height=«25» src=«ref-1_1387849770-474.coolpic» v:shapes="_x0000_i1157">

<img width=«283» height=«25» src=«ref-1_1387850244-483.coolpic» v:shapes="_x0000_i1158">
Как видим <img width=«47» height=«24» src=«ref-1_1387850727-149.coolpic» v:shapes="_x0000_i1159">

Для второго приближения примем <img width=«59» height=«21» src=«ref-1_1387850876-163.coolpic» v:shapes="_x0000_i1160">
<img width=«363» height=«29» src=«ref-1_1387851039-786.coolpic» v:shapes="_x0000_i1161">

<img width=«237» height=«25» src=«ref-1_1387851825-408.coolpic» v:shapes="_x0000_i1162">

<img width=«207» height=«25» src=«ref-1_1387852233-352.coolpic» v:shapes="_x0000_i1163">

<img width=«372» height=«31» src=«ref-1_1387852585-880.coolpic» v:shapes="_x0000_i1164">

<img width=«180» height=«25» src=«ref-1_1387853465-354.coolpic» v:shapes="_x0000_i1165">

<img width=«211» height=«25» src=«ref-1_1387853819-393.coolpic» v:shapes="_x0000_i1166">
Очевидно, что <img width=«42» height=«20» src=«ref-1_1387854212-169.coolpic» v:shapes="_x0000_i1167">

Для определения <img width=«20» height=«20» src=«ref-1_1387838545-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1168"> строим графическую зависимость тепловой нагрузки qот разности температур между паром и стенкой (см. рис. 1.1) и определяем <img width=«20» height=«20» src=«ref-1_1387838545-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1169"> = 1,1 ºС.

Проверка:
<img width=«77» height=«25» src=«ref-1_1387854587-180.coolpic» v:shapes="_x0000_i1170">

<img width=«391» height=«29» src=«ref-1_1387854767-825.coolpic» v:shapes="_x0000_i1171">

<img width=«267» height=«25» src=«ref-1_1387855592-439.coolpic» v:shapes="_x0000_i1172">

<img width=«211» height=«25» src=«ref-1_1387856031-358.coolpic» v:shapes="_x0000_i1173">

<img width=«417» height=«31» src=«ref-1_1387856389-939.coolpic» v:shapes="_x0000_i1174">

<img width=«227» height=«25» src=«ref-1_1387857328-422.coolpic» v:shapes="_x0000_i1175">

<img width=«224» height=«25» src=«ref-1_1387857750-405.coolpic» v:shapes="_x0000_i1176">
Как видим <img width=«47» height=«22» src=«ref-1_1387858155-134.coolpic» v:shapes="_x0000_i1177">

Рассчитываем коэффициент теплопередачи К1 в первом корпусе:
<img width=«368» height=«44» src=«ref-1_1387858289-731.coolpic» v:shapes="_x0000_i1178">
Коэффициент теплопередачи для второго корпуса К2 и третьего К3 можно рассчитывать так же, как и коэффициент К1 или с достаточной точностью воспользоваться соотношением коэффициентов, полученных из практики ведения процессов выпаривания.Эти соотношения варьируются в широких пределах:


К1: К2: К3 = 1 :(0,85 <img width=«13» height=«13» src=«ref-1_1387859020-80.coolpic» v:shapes="_x0000_i1179"> 0,5) <img width=«13» height=«13» src=«ref-1_1387859020-80.coolpic» v:shapes="_x0000_i1180">(0,7 <img width=«13» height=«13» src=«ref-1_1387859020-80.coolpic» v:shapes="_x0000_i1181"> 0,3)
Поскольку – СaCl2 –соль, соотношение коэффициентов принимаем по верхним пределам.


К1: К2: К3 = 1: 0,85: 0,7

К2 = К1<img width=«8» height=«11» src=«ref-1_1387859260-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1182"> 0,85 = 1096,5 <img width=«8» height=«11» src=«ref-1_1387859260-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1183"> 0,85 =932 <img width=«44» height=«42» src=«ref-1_1387859406-183.coolpic» v:shapes="_x0000_i1184">

К3 = К1<img width=«8» height=«11» src=«ref-1_1387859260-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1185"> 0,7 = 767,55 <img width=«44» height=«42» src=«ref-1_1387859406-183.coolpic» v:shapes="_x0000_i1186">
1.7 Распределение полезной разности температур
Полезные разности температур в корпусах установки находим из условия равенства их поверхностей теплопередачи:


<img width=«156» height=«65» src=«ref-1_1387859845-634.coolpic» v:shapes="_x0000_i1187">, (1.21)
где <img width=«29» height=«20» src=«ref-1_1387860479-119.coolpic» v:shapes="_x0000_i1188"> – общая полезная разность температур выпарной установки; <img width=«38» height=«20» src=«ref-1_1387860598-162.coolpic» v:shapes="_x0000_i1189"> – отношение тепловой нагрузки к коэффициенту теплопередачи в корпусе; i = 1,2,3 – номер корпуса.
<img width=«471» height=«44» src=«ref-1_1387860760-975.coolpic» v:shapes="_x0000_i1190">

<img width=«233» height=«44» src=«ref-1_1387861735-504.coolpic» v:shapes="_x0000_i1191">

<img width=«248» height=«44» src=«ref-1_1387862239-528.coolpic» v:shapes="_x0000_i1192">
Проверим общую полезную разность температур установки:
<img width=«332» height=«25» src=«ref-1_1387862767-513.coolpic» v:shapes="_x0000_i1193">
Поскольку рассчитаны величины тепловых нагрузок, коэффициентов теплопередачи и полезной разности температур по корпусам, следовательно, можно найти поверхность теплопередачи выпарных аппаратов:
<img width=«189» height=«47» src=«ref-1_1387863280-513.coolpic» v:shapes="_x0000_i1194">

<img width=«187» height=«47» src=«ref-1_1387863793-486.coolpic» v:shapes="_x0000_i1195">

<img width=«189» height=«47» src=«ref-1_1387864279-498.coolpic» v:shapes="_x0000_i1196">


Полученные значения поверхности теплопередачи сравниваем с определенной ранее ориентировочной поверхностью Fор=49 м2. Различие незначительное. Значит, размеры выпарных аппаратов выбраны правильно.

По ГОСТ 11987 выбираем аппарат с поверхностью теплообменаF=63м2и длиной труб Н = 4 м. Основные технические характеристики выпарного аппарата представлены в таблице 1.6.
Таблица 1.6 – Техническая характеристики выпарного аппарата.

Fпри диаметре трубы 38х2 и длине

Н= 4000мм

Диаметр

греющей камеры

D, мм

Диаметр сепаратораDс, мм

Диаметр циркуляционной трубы D2, мм

Высота аппарата

На, мм

63

800

1600

50

15500



    продолжение
--PAGE_BREAK--