Алексеев П.Г., Захаров М.К., Таран А.Л. Тепловой расчет двухкорпусных прямоточных выпарных установок с равными поверхностями нагрева
Подождите немного. Документ загружается.
- 30 -
Продолжение таблицы 4.1.
Давление, бар
Раствор
Конц.
масс. %
0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 1,3
KOH
10
20
30
40
50
92,6
96,3
102,6
113,5
132,5
96,2
100,0
106,5
117,6
137,1
93,4
103,4
109,9
121,3
141,2
102,4
106,4
113,1
124,7
145,0
107,7
113,7
118,8
130,7
151,8
110,0
114,2
121,2
133,4
154,8
K
2
CO
3
10
20
30
40
50
91,2
94,2
94,5
97,8
103,6
94,7
96,0
98,1
101,6
107,5
98,0
99,2
101,4
104,9
111,0
100,9
102,2
104,4
108,0
114,2
106,1
107,0
109,7
113,4
119,9
108,2
111,9
112,1
115,9
122,4
LiOH
5
10
15
91,0
92,1
93,3
94,6
95,7
96,6
97,8
98,9
100,0
100,8
101,9
103,0
106,0
107,1
108,3
108,1
109,5
110,6
Ca(NO
3
)
2
5
10
20
30
40
50
90,2
90,9
92,2
93,3
96,0
99,5
93,5
94,6
95,8
97,4
99,8
103,4
97,0
98,0
99,2
101,1
103,2
107,0
100,3
101,0
102,2
104,2
106,2
110,1
105,6
106,0
107,4
109,2
111,4
115,5
107,8
108,3
109,3
111,5
113,9
117,9
(NH
4
)
2
SO
4
5
10
20
30
40
90,2
90,7
91,6
92,7
94,4
93,7
94,4
95,1
96,3
98,1
97,2
97,6
98,3
99,6
101,5
100,0
100,4
101,2
102,6
104,4
105,0
105,5
106,3
107,8
109,4
107,3
107,9
108,7
110,1
118,8
NH
4
Cl
5
10
15
20
25
90,8
91,9
92,8
94,0
95,6
94,4
95,4
96,4
97,6
99,2
97,6
98,6
99,7
101,0
102,5
100,5
101,7
102,7
104,1
105,6
105,8
106,9
108,1
109,5
111,2
108,1
109,2
110,4
111,8
113,5
NH
4
NO
3
10
20
30
40
50
91,0
92,1
93,9
95,6
98,6
94,5
95,6
97,4
99,8
102,2
97,7
99,0
100,7
102,8
105,6
100,7
101,9
103,8
105,8
108,7
105,7
107,0
109,2
111,0
114,2
108,0
109,4
115,5
113,4
116,7
- 11 -
2
4
СТ 54
2
SS
5
СТ
t
P
1,0110
PP1,25101,2910
Па.
0,9
_
8110
P
×
==××=×
×
Температура кипения раствора при
2
S
t
P:
t'
2
= 50,5 °С.
Температурная депрессия по правилу Бабо равна:
δ
2
T
= t'
2
– θ
2
= 50,5 – 45,4 = 5,1 °С.
Истинная температурная депрессия для концентрирован-
ных растворов может быть точно рассчитана [1]. В данном при-
мере воспользуемся поправкой В. Н. Стабникова [2] на концен-
трацию раствора, которая равна:
Δδ
2
= 1,7 °C.
Рабочая температура кипения раствора во II корпусе соста-
вит:
t
2
= θ
2
+ δ
2
T
– Δδ
2
= 45,4 + 5,1 – 1,7 = 48,8 °С.
Гидравлическую депрессию вторичного пара в I корпусе
принимаем:
δ
Г
= 1,5 °С.
2.3. Суммарная полезная разность температур.
Суммарная полезную разность температур в ВУ составит:
Δ
Σ
= T
Г
– θ
2
– Σδ
T
– Σδ
Г
= 138 – 45,4 – (1,65 + 3,4) – 1,5 =
= 85,8 °С.
2.3.1. Температуры кипения растворов и температуры
вторичных паров в корпусах ВУ.
Температуры кипения растворов и температуры вторичных
паров в корпусах ВУ зависят от распределения Δ
Σ
по корпусам.
Это предварительное распределение учитывает свойства рас-
твора, а также ухудшение условий теплопередачи в корпусах и
может быть рекомендовано в виде:
Δ
1
: Δ
2
= 1 : 1,2 или Δ
1
: Δ
2
= 1 : 1,5,
или каким-либо иным образом.
Распределение полезной разности температур по корпусам
принимаем:
- 12 -
Δ
1
: Δ
2
= 1 : 1,5 ⇒
1
85,7
Δ 34,3
С.
2,5
_
==°
Δ
2
= 85,8 – 34,3 = 51,5 °С.
Температуры кипения раствора и вторичного пара в корпу-
сах соответственно равны:
t
1
= T
Г
– Δ
1
= 138 – 34,3 = 103,7 °С;
СТ
11T122
θ t δ t Δ 103,71,65102,1°
С
_
.
=−=+=−=
2.3.2. Энтальпия греющих и вторичных паров.
Для θ
1
(102,1 °С) энтальпия равна:
h
1
= 2679 кДж/кг.
Для θ
2
(45,4 °С):
h
2
= 2582 кДж/кг.
Технологические параметры процесса выпаривания в ВУ
приведены в таблице 2.
2.4. Тепловые балансы корпусов ВУ.
Для I корпуса:
Q
1
= D
Г
(h
Г
- h
К
) = S
0
C
P
(t
1
– t
0
) + W
1
(h
1
– C
В
t
1
). (2.1)
Для II корпуса:
В P В
21210121
В
222
QWEhC
θ SCWCtt
WiCt.
=−−=−−+
+−
(2.2)
Суммарная тепловая нагрузка не зависит от числа корпусов
[12]; приняв h
СР
= 2700 кДж/кг, она может быть определена по
формуле (2.3):
Q
Σ
= S
0
C
0
(t
2
– t
0
) + W(h
СР
– C
В
t
2
). (2.3)
Уравнение ТБ для I корпуса содержит два неизвестных: D
Г
и W
1
, поэтому решаем уравнение (2.2) относительно W
1
, вводя
символы [9]:
В
222
xhC
θ 26794,1910122
_
54
кДж/кг;
=−=−×=
221
ytt48,8103,754,9°
С;
_
=−=−=−
В
222
ziCt25824,1948,823
_
76
кДж/кг.
=−=−×=
- 29 -
Таблица №4. Физико-химические свойства растворов.
4.1. Температура кипения (t, °C).
Давление, бар
Раствор
Конц.
масс. %
0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 1,3
NaCl
5
10
20
91,2
91,7
95,0
94,7
95,3
98,7
98,0
98,4
102,0
100,9
101,5
105,0
106,1
106,8
110,4
108,2
109,1
112,7
NaNO
3
5
10
20
30
90,9
91,5
92,8
94,6
94,4
95,0
96,5
98,2
97,7
98,2
99,6
101,6
100,6
101,2
102,7
104,5
105,8
106,4
107,9
109,8
108,1
108,6
110,3
112,4
Na
2
SO
4
5
10
20
90,5
90,8
91,6
94,0
94,4
95,2
97,3
97,6
98,3
100,2
100,5
101,4
105,4
105,7
106,7
107,8
108,1
108,9
CaCl
2
5
10
15
91,2
92,1
93,4
94,7
95,7
96,9
98,0
98,9
100,2
100,9
101,9
103,2
106,1
107,1
108,5
108,2
109,5
110,8
MgCl
2
5
10
15
91,4
92,7
94,4
94,8
96,3
98,0
98,2
99,5
101,3
101,1
102,5
104,3
106,2
107,8
109,6
108,4
110,1
112,0
CuSO
4
5
10
15
90,4
90,6
90,7
93,9
94,1
94,3
97,3
97,4
97,5
100,1
100,3
100,4
105,3
105,4
105,6
107,5
107,8
107,9
KNO
3
5
10
15
90,8
91,2
92,6
94,4
94,7
95,2
97,6
98,0
98,3
100,5
100,9
101,4
105,7
106,1
106,7
108,0
108,2
108,9
K
2
Cr
2
O
7
5
10
90,6
91,0
94,1
94,6
97,4
97,8
100,3
100,8
105,4
106,0
107,8
108,1
NaOH
10
20
30
40
50
93,4
97,7
105,2
116,8
130,2
96,7
101,5
109,1
121,0
134,7
99,9
104,8
112,6
124,8
138,6
102,9
107,8
115,8
128,2
142,5
108,2
113,3
121,5
134,3
149,2
110,9
113,9
124,1
137,1
152,1
- 28 -
Таблица №3. Концентрации некоторых водных растворов,
кипящих при атмосферном давлении
при различных температурах.
Температура кипения, °C Растворённое
вещество
101 102 103 104 105 107 110 115 120
CaCl
2
5,66 10,31
14,16
17,36
20,00
24,24
29,33
35,68
40,83
KOH 4,49 8,51 11,97
14,82
17,01
20,88
25,65
31,97
36,51
KCl 8,42 14,31
18,96
23,02
26,57
32,62
– – –
K
2
CO
3
10,31
18,37
24,24
28,57
32,24
37,69
43,97
50,86
56,04
KNO
3
13,19
23,66
32,23
39,20
45,10
54,65
65,34
79,53
–
MgCl
2
4,67 8,42 11,66
14,31
16,59
20,32
24,41
29,48
33,07
MgSO
4
14,31
22,78
28,31
32,23
35,32
42,86
– – –
NaOH 4,12 7,40 10,15
12,51
14,53
18,32
23,08
26,21
33,77
NaCl 6,19 11,03
14,67
17,69
20,32
25,09
– – –
NaNO
3
8,26 15,61
21,87
27,53
32,43
40,47
49,87
60,94
68,94
Na
2
SO
4
15,26
24,81
30,73
– – – – – –
Na
2
CO
3
9,42 17,22
23,72
29,18
33,86
– – – –
CuSO
4
26,95
39,98
40,83
44,47
– – – – –
ZnSO
4
20,00
31,22
37,89
42,92
46,15
– – – –
NH
4
NO
3
9,09 16,66
23,08
29,08
34,21
42,53
51,92
63,24
71,26
NH
4
Cl 6,10 11,35
15,96
19,80
22,89
28,37
35,98
46,95
–
(NH
4
)
2
SO
4
13,34
23,14
30,65
36,71
41,79
49,73
– – –
Температура кипения, °C Растворённое
вещество
125 140 160 180 200 220 240 260 280 300
CaCl
2
45,80
57,89
68,94
75,85
– – – – – –
KOH 40,23
48,05
54,89
60,41
64,91
68,73
72,46
75,76
78,95
81,63
KCl – – – – – – – – – –
K
2
CO
3
60,40
– – – – – – – – –
KNO
3
– – – – – – – – – –
MgCl
2
36,02
38,61
– – – – – – – –
MgSO
4
– – – – – – – – – –
NaOH 37,58
48,32
60,13
69,97
77,53
84,03
88,89
93,02
95,92
98,47
NaCl – – – – – – – – – –
NaNO
3
– – – – – – – – – –
Na
2
SO
4
– – – – – – – – – –
Na
2
CO
3
– – – – – – – – – –
CuSO
4
– – – – – – – – – –
ZnSO
4
– – – – – – – – – –
NH
4
NO
3
77,11
87,09
93,20
96,00
97,61
98,84
– – – –
NH
4
Cl – – – – – – – – – –
(NH
4
)
2
SO
4
– – – – – – – – – –
- 13 -
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
№ п/п
Энтальпия
Количество выпаренного
растворителя
Концентрация раствора
Втор. пара
Гр. пара
Давление в сепараторе
Гидравлическая депрес-
сия
Температура вторичных
паров
Температурная депрес-
сия
Температура кипящего
раствора
Полезная разность тем-
пера
тур
Температура греющего
пара
Название
W
a
i
h
P
δ
Г
θ
δ
T
t
Δ
T
Г
Символ
кг/с
% масс.
кДж/кг
кДж/кг
×10
–5
Па
°С
°С
°С
°С
°С
°С
Размерность
1,65
21,5
2679
2731
1,1
1,5
102,1
1,65
103,72
34,28
138
I корп.
1,59
45
2582
2677
0,101
–
45,4
3,4
48,8
51,42
101
II корп.
I приближение
1,57
21,5
2680
2731
1,12
1,5
103,2
1,65
104,9
33,13
138
I корп.
1,68
45
2582
2679
0,01
–
45,4
3,4
48,8
52,62
101,5
II корп.
II приближение
Таблица №2. Значения технологических характеристик процесса выпаривания.
- 14 -
И тогда уравнение (2.2) с соответствующими преобразова-
ниями относительно W
1
примет вид:
00222
1
В
222
SCyExWz
W.
Cyxz
++
=
++
(2.4)
1
4,723,6954,920,05622543,252376
W1,56
кг/с.
4,1954,9222542
_
376
××−+×+×
==
×−++
W
2
= W – W
1
= 3,25 – 1,56 = 1,68 кг/с.
Расхождение между ранее принятыми количествами выпа-
ренного растворителя составляет не более 7 %, поэтому пере-
расчёт концентраций раствора не делаем.
2.5. Поверхность теплообмена.
2.5.1. Предварительные расчёты.
Поверхность теплообмена выпарного аппарата определяем
из уравнения теплопередачи [1]:
Q = KΔt
СР
F. (2.5)
Принимаем, что F
1
= F
2
.
Средний температурный напор в I корпусе Δt
СР
составляет:
Δt
СР
= T
Г
– t
1
= 138 – 103,7 = 34,3 °С.
Определяем ориентировочно поверхность теплообмена ВА
F
ОР
, предварительно задавашись K
ОР
[2, 10].
Тепловые нагрузки корпусов соответственно равны (см.
уравнения (2.1) – (2.3)):
I корпус:
Q
1
= 4,72 × 3,69 × (103,7 – 105) + 1,56 (2677 – 4,19 × 103,7) =
= 3462 кВт.
II корпус:
Q
2
= 1,68 (2677 – 4,19 × 102,1) = 3782 кВт.
Q
Σ
= Q
1
+ Q
2
= 3462 + 3782 = 7244 кВт.
Суммарная тепловая нагрузка (2.3):
Q
Σ
= 4,72 × 3,69 × (48,8 – 105) + 3,25 × (2700 – 4,19 × 48,8) =
= 7132 кВт.
Расхождение между Q
Σ
и Q
Σ
составляет не более 1,5 %, что
вполне допустимо.
- 27 -
Таблица №2. Физические свойства водяного пара
на линии насыщения.
t, °C P, бар
ρ",
кг/м
3
i',
кДж/кг
r,
кДж/кг
C
P
,
кДж/кгК
λ×10
2
,
Вт/мК
a×10
6
,
м
2
/с
μ×10
6
,
Па×с
ν×10
6
,
м
2
/с
Pr
100 1,013
0,598
2675,9
2256,8
2,135 2,372
18,58
11,97
20,02
1,08
110 1,43 0,826
2691,4
2230,0
2,177 2,489
13,83
12,46
15,07
1,09
120 1,98 1,121
2706,5
2202,8
2,206 2,593
10,50
12,85
11,46
1,09
130 2,70 1,496
2720,7
2174,3
2,257 2,686
7,972
13,24
8,85 1,11
140 3,61 1,966
2734,1
2145,0
2,315 2,791
6,130
13,54
6,89 1,12
150 4,76 2,547
2746,7
2114,3
2,395 2,884
4,728
13,93
5,47 1,16
160 6,18 3,258
2758,0
2082,6
2,479 3,012
3,722
14,32
4,39 1,18
170 7,92 4,122
2768,9
2049,5
2,583 3,128
2,939
14,72
3,57 1,21
180 10,03
5,157
2778,5
2015,2
2,709 3,268
2,339
15,11
2,93 1,25
190 12,55
6,397
2786,4
1978,8
2,856 3,419
1,872
15,60
2,44 1,30
200 15,55
7,862
2793,1
1940,7
3,023 3,547
1,492
15,99
2,03 1,36
210 19,08
9,588
2798,2
1900,5
3,199 3,722
1,214
16,38
1,71 1,41
220 23,20
11,62
2801,5
1857,8
3,408 3,896
0,983
16,87
1,45 1,47
230 27,98
13,99
2803,2
1813,0
3,634 4,094
0,806
17,36
1,24 1,54
240 33,48
16,76
2803,0
1766 3,881 4,290
0,658
17,75
1,06 1,61
250 39,78
19,98
2801 1716 4,157 4,515
0,544
18,24
0,913
1,68
260 46,94
23,72
2796 1661 4,467 4,800
0,453
18,83
0,794
1,75
270 55,05
28,09
2790 1604 4,815 5,115
0,378
19,32
0,688
1,82
280 64,19
33,19
2780 1543 5,234 5,490
0,317
19,91
0,600
1,90
290 74,45
39,15
2766 1476 5,694 5,830
0,261
20,59
0,526
2,01
300 85,92
46,21
2749 1404 6,280 6,270
0,216
21,28
0,461
2,13
310 98,70
54,58
2727 1325 7,118 6,840
0,176
21,97
0,403
2,29
320 112,90
64,72
2700 1238 8,206 7,510
0,141
22,85
0,353
2,50
330 128,65
77,10
2666 1140 9,881 8,260
0,108
23,93
0,310
2,86
340 146,08
92,76
2622 1027 12,35 9,300
0,0811
25,20
0,272
3,35
350 165,37
113,6
2564 893 16,24 10,700
0,0581
26,58
0,234
4,03
360 186,74
144,0
2481 719,7
23,03 12,790
0,0386
29,13
0,202
5,23
370 210,53
203,0
2331 438,4
56,52 17,100
0,0150
33,73
0,166
11,10
- 26 -
ПРИЛОЖЕНИЕ.
Таблица №1. Физические свойства воды
на линии насыщения.
t, °C
P, бар
ρ,
кг/м
3
i,
кДж/кг
C
P
,
кДж/кгК
λ,
Вт/мК
a×10
6
,
м
2
/с
μ×10
6
,
Па×с
ν×10
6
,
м
2
/с
β×10
4
,
К
–1
σ×10
4
,
Н×м
Pr
0 1,013
999,9
0 4,212 0,560
13,2 1788
1,789
– 0,63
756,4
13,5
10 1,013
999,7
42,04 4,191 0,580
13,8 1306
1,306
0,70 741,6
9,45
20 1,013
998,2
83,91 4,183 0,597
14,3 1004
1,006
1,82 726,9
7,03
30 1,013
995,7
125,7 4,174 0,612
14,7 801,5
0,805
3,21 712,2
5,45
40 1,013
992,2
167,5 4,174 0,627
15,1 653,3
0,659
3,87 696,5
4,36
50 1,013
988,1
209,3 4,174 0,640
15,5 549,4
0,556
4,49 676,9
3,59
60 1,013
983,1
251,1 4,179 0,650
15,8 469,9
0,478
5,11 662,2
3,03
70 1,013
977,8
293,0 4,187 0,662
16,1 406,1
0,415
5,70 643,5
2,58
80 1,013
971,8
335,0 4,195 0,669
16,3 355,1
0,365
6,32 625,9
2,23
90 1,013
965,3
377,0 4,208 0,676
16,5 314,9
0,326
6,95 607,2
1,97
100 1,013
958,4
419,1 4,220 0,684
16,8 282,5
0,295
7,52 588,6
1,75
110 1,43 951,0
461,4 4,233 0,685
17,0 259,0
0,272
8,08 569,0
1,60
120 1,98 943,1
503,7 4,250 0,686
17,1 237,4
0,252
8,64 548,4
1,47
130 2,70 934,8
546,4 4,266 0,686
17,2 217,8
0,233
9,19 528,8
1,35
140 3,61 926,1
589,1 4,287 0,685
17,2 201,1
0,217
9,72 507,2
1,26
150 4,76 917,0
632,2 4,313 0,684
17,3 186,4
0,203
10,3 486,6
1,17
160 6,18 907,4
675,4 4,346 0,681
17,3 173,6
0,191
10,7 466,0
1,10
170 7,92 897,3
719,3 4,380 0,676
17,2 162,8
0,181
11,3 443,4
1,05
180 10,03
886,9
763,3 4,417 0,672
17,2 153,0
0,173
11,9 422,8
1,03
190 12,55
876,0
807,8 4,459 0,664
17,2 144,2
0,165
12,6 400,2
0,965
200 15,55
863,0
852,5 4,505 0,658
17,0 136,4
0,158
13,3 376,7
0,932
210 19,08
852,8
897,7 4,555 0,649
16,7 130,5
0,153
14,1 354,1
0,915
220 23,20
840,3
943,7 4,614 0,640
16,5 124,6
0,148
14,8 331,6
0,898
230 27,98
827,3
990,2 4,681 0,629
16,3 119,7
0,145
15,9 310,0
0,888
240 33,48
813,6
1037,5
4,76 0,617
16,0 114,8
0,141
16,8 285,5
0,883
250 39,78
799,0
1085,7
4,87 0,605
15,5 109,0
0,137
18,1 261,9
0,884
260 46,94
784,0
1135,7
4,98 0,593
15,2 105,9
0,135
19.7 237,4
0,892
270 55,05
767,9
1185,3
5,12 0,578
14,7 102,0
0,133
21,6 214,8
0,905
280 64,19
750,7
1236,8
5,30 0,565
14,3 98,1 0,131
23,7 191,3
0,917
290 74,45
732,3
1290,0
5,50 0,548
13,7 94,2 0,129
26,2 168,7
0,944
300 85,92
712,5
1344,9
5,76 0,532
13,0 91,2 0,128
29,2 144,2
0,986
310 98,70
691,1
1402,2
6,11 0,514
12,2 88,3 0,128
32,9 120,7
1,05
320 112,90
667,1
1462,1
6,57 0,494
11,3 85,3 0,128
38,2 98,10
1,14
330 128,65
640,2
1526,2
7,25 0,471
10,2 81,4 0,127
43,3 76,71
1,25
340 146,08
610,1
1594,8
8,20 0,446
8,95 77,5 0,127
53,4 56,70
1,42
350 165,37
574,4
1671,4
10,10 0,431
7,90 72,6 0,126
66,8 38,16
1,70
360 186,74
528,0
1761,5
14,65 0,367
4,2 66,7 0,126
109 20,21
2,66
370 210,53
450,5
1892,5
40,32 0,338
1,85 56,9 0,126
264 4,709
6,80
- 15 -
Принимаем K
ОР
= 2000 Вт/(м
2
×К). Q
1
= 3462 кВт. Тогда:
3
2
1
ОР
СР
Q
346210
F50,5
м .
KΔt200034,
_
28
×
===
×
По каталогу [7, 10] выбираем ВА с вынесенной греющей
камерой: F = 63 м
2
; H = 4 м; d = 38 × 2 мм. Материал ВА [6]:
сталь ОХ21HST, теплопроводность стали λ
СТ
= 17,2 Вт/(м×К).
2.5.2. Уравнение теплопередачи и его решение.
Уравнение теплопередачи для нахождения действительной
(расчётной) поверхности теплообмена ВА имеет вид [1] (рис. 1,
2 приложения):
12
1,33
1,33
Σ
12
1212
12
0,30,3
0,3
12
PP
QQ
11
δδ
ΔΔΔ QQ
FF
AA
λλ
QQ
1
.
FBB
=+=++++
++
(2.6)
Уравнение (2.6) решается методом последовательных при-
ближений (или графически), предварительно определив значе-
ния составляющих этих уравнений [2, 5].
Комплекс теплофизических свойств конденсата греющего
пара [2, 4]:
§ для I корпуса ВУ (P
Г
= 3,43 × 10
5
Па):
32
4
λρrg
A0,943.
μH
=
(2.7)
323
4
1
3
0,689252156109,81
A0,9438715.
0,195104
−
××××
=×=
××
§ для II корпуса ВУ (P
2
= 1,1 × 10
5
Па):
323
4
2
3
0,6869432202109,81
A0,9438429.
0,237104
−
××××
=×=
××
Относительный коэффициент теплоотдачи при кипени
растворов [1, 4]:
§ для I корпуса (a
1
= 21,5 % масс.; P
1
= 1,67 × 10
5
Па):
- 16 -
0,3
0,23
ВВ
Р
Р
S
t
М ν
P
.
ν
М P
ϕ=
(2.8)
0,23
0,3
1
0,252
18
0,7850,65.
22,120,454
ϕ=××=
§ для II корпуса (a
2
= 45 % масс.; P
2
= 1,01 × 10
4
Па):
0,23
0,3
2
0,556
18
0,7850,52.
29,40,82
ϕ=××=
0,57
0
B46P.
=
(2.9)
3,33
P
0
BB.
=ϕ
(2.10)
1
0,57
0
B461,6763,69.
=×=
1
3,33
P
B63,690,6515,17.
=×=
2
0,57
0
B460,0112,45.
=×=
2
3,33
P
B12,450,521,41.
=×=
Численные значения составляющих уравнения (2.6) приве-
дены в таблице 3.
1,33
1,33
333
Σ 3
0,30,3
333
3
0,3
13462103782101210
Δ 346210
FF
8715842917,2
2101346210378210
378210
17,215,71,41
F
−
−
×××
=++××+
×××
+××++
Значения F принимаем в пределах F = 25 – 75 м
2
. Вычисля-
ем Δ
Σ
и результаты заносим в таблицу 3.
- 25 -
Рис. 6. Нахождение коэффициента теплопередачи.
K
РАС
= 1410 Вт/(м
2
×К).
4.4. Поверхность теплообмена.
Расчётная поверхность теплообмена подогревателя:
3
2
РАС
РАС
Q
1603,110
F17,17
м .
K Δt141066
_
,2
×
===
×
Расчётная поверхность теплообмена F
РАС
= 17,17 м
2
соот-
ветствует ранее принятой F
ОР
= 17,5 м
2
, поэтому перерасчёт не
делаем.
Расход греющего пара в подогревателе раствора:
3
П
Q
1603,110
D742,5
кг/с.
r
219
_
5
×
===
- 24 -
Расчётное уравнение теплопередачи [1, 4]:
1
1
0,33
0,33
0,330,33
3
41,33
2
3
K13861
K Δt δ 12101
K.
α
17,22362
λ
8715
A
−
−
−
−
×
=++=++
′
Для удобства итерации расчётное уравнение теплопередачи
запишем в виде:
0,33
1,33
1,33
2
Δt δ 1
1KK,
α
λ
A
=++
′
или вводя соответствующую символику, будем иметь:
0,33
3
1,331,33
1,33
13861
2101
1KNKRKK.
17,22362
8715
−
−
×
=+=++
Задаваясь различными значениями K
в пределах
800 – 1550, вычисляем составляющие уравнения теплопередачи
и находим расчётное значение K графически.
K K
4/3
N KR Σ K K
4/3
N KR Σ
800 0,176 0,432 0,608 1200 0,302 0,648 0,950
850 0,191 0,459 0,650 1250 0,319 0,675 0,994
900 0,206 0,486 0,692 1300 0,337 0,702 1,038
950 0,222 0,513 0,734 1350 0,354 0,729 1,082
1000 0,237 0,540 0,777 1400 0,372 0,756 1,127
1050 0,253 0,567 0,820 1450 0,389 0,782 1,172
1100 0,269 0,594 0,863 1500 0,407 0,809 1,217
1150 0,286 0,621 0,906 1550 0,426 0,836 1,262
- 17 -
Таблица №3.
К решению уравнения теплопередачи.
ΔΣ, °С
F, м
2
1,33
12
1,33
12
QQ
1
AA
F
+
12
QQ
1
F
λλ
+
12
0,3
12
0,3
PP
QQ
1
BB
F
+
167,2 25 85,93 33,69 47,6
89,8 50 34,25 16,85 38,7
64,8 75 19,92 10,95 33,94
Расчётная поверхность теплообмена ВА находится графи-
чески Δ
Σ
= f(F) (рис. 3).
Рис. 3. Нахождение поверхности теплообмена ВА.
F
РАС
= 55 м
2
(без учётазагрязнений).
2.5.3. Проверка на сходимость результатов решения второго
приближения.
Ранее был выбран ВА с F
ОР
= 50,5 м
2
, а по каталогу F
К
=
= 63 м
2
. По расчёту получили F
РАС
= 55 м
2
. Коэффициент запаса
составляет:
- 18 -
К
РАС
F
63
ψ 1,4%,
F55
_
===
что допустимо.
Для дальнейших расчётов принимаем ВА с F
РАС
= 55 м
2
и
проверяем на адекватность температурный режим для каждого
корпуса по уравнению (2.6).
Для I корпуса:
1,33
1,330,3
33
3
1
0,3
3
134621012101
346210
555555
871517,2
346210
33,1°С.
15,7
_
−
××
∆=×+×××+×
×
×=
Для II корпуса:
1,33
1,330,3
33
3
2
0,3
3
137821012101
378210
555555
842917,2
378210
49,7°С.
1,41
_
−
××
∆=×+×××+×
×
×=
Δ
Σ
= Δ
1
+ Δ
2
= 33,1 °С + 49,7 °С = 82,8 °С.
Расхождение Δ между Δ
Σ
– Δ
Σ
равно 85,8 – 82,8 = 3 °С, что
составляет менее 3 % и является удовлетворительным.
Невязку Δ = 3 прибавляем к Δ
2
(II корпуса), и тогда:
Δ
2
= 49,7 + 3 = 52,7 °С.
Эти значения и найденные по ним значения температур ки-
пения раствора, вторичных паров и давления в сепараторах за-
носим в таблицу 2, как II приближение.
Используя полученные значения параметров процесса вы-
паривания во втором приближении рассчитываем по уравнению
(2.4) количество выпаренного растворителя в I корпусе, а затем
во втором и количество теплоты по уравнениям (2.1) и (2.2).
1
4,723,6956,10,05622543,252379
W1,57
кг/с.
4,1956,122342
_
376
××−+×+×
==
×−++
W
2
= W – W
1
= 3,25 – 1,57 = 1,68 кг/с.
Q'
1
= 4,72 × 3,69 × (104,9 – 105) + 1,57 × (2679 – 4,19 × 104,9) =
- 23 -
4.2. Температурный напор.
Температурный напор равен (см. рис. 5):
12
1
2
ΔΔ
12331
Δt66,2°
С.
Δ 123
ln
ln
31
Δ
_
−
−
===
4.3. Тепловой баланс.
Q = S
0
C
P
(t
0
– t
Н
) = 17 × 10
3
× 3,69 × (105 – 15) = 1603,1 кВт.
Принимаем ориентировочно коэффициент теплопередачи
K
ОР
= 1500 Вт/(м
2
×К) [2, 10]. Находим ориентировочную по-
верхность теплообмена F
ОР
[10] из уравнения теплопередачи:
3
2
ОР
ОРСР
Q
1603,110
F16,2
м .
K Δt15006
_
6,2
×
===
×
По каталогу выбираем ближайший больший с F = 17,5 м
2
двухходовой с коэффициентом запаса x = 1,08; d = 25×2 мм; H =
= 4 м; f
ТР
= 1,0 × 10
–2
м (одного хода).
Скорость раствора в трубах определяем по уравнению
сплошности [1]:
0
2
ТР
S
4,72
w0,44
м/с.
ρf
1073
_
110
−
===
××
Режим движения:
3
6
0,442110wd
Re13690.
0,67510
v
−
−
××
===
×
Коэффициент теплоотдачи от раствора к поверхности труб
[1]:
0,25
0,80,43
t
θ
0,80,430,25
Pr
Nu0,021RePr
Pr
0,021136904,32180,3.
==
=×××=
32
80,30,618
Nu
λ
Вт
α 2362.
d
2110
м
×
_
К
−
×
===
×
Комплекс теплофизических констант конденсата греющего
пара равен аналогичному комплексу для I корпуса ВА (т. к.
P
Г
= 3,43 × 10
5
Па и H = 4 м).
A' = А'
I
= 8715.
- 22 -
n1
n
Т 5
В
Г
К
К
1,21
1,2
5
5
P
1,2n
NPV10,091100,27
P
n11,21
1,0310
1737 __1Вт 7,4 кВт.
0,09110
−
−
=−=××××
−−
×
×−==
×
4. РАСЧЁТ ПОДОГРЕВАТЕЛЯ ИСХОДНОГО
РАСТВОРА.
4.1. Общие положения.
В подогревателе раствор должен нагреваться до температу-
ры, близкой к температуре кипения в I корпусе, которая, со-
гласно 2
му
приближению, равна t
1
= 104,9 °С. Температура по-
догрева раствора t
0
нами ранее принята t
0
= 105 °С, что соответ-
ствует принятым условиям, а греющий пар имеет те же пара-
метры, что и для I корпуса ВА.
Теплофизические свойства раствора приведены ранее. Ма-
териал подогревателя тот же, что и для корпуса ВУ.
Выбираем кожухотрубчатый теплообменный аппарат вер-
тикального расположения: в трубное пространство подаётся
раствор, а в межтрубное – сухой насыщенный водяной пар. ТА
и его потоки имеют вид (рис. 4).
Рис. 4. Схема ТА и его потоки.
Рис. 5. Температурный напор.
- 19 -
= 3543 кВт.
Q'
2
= 1,68 × (2679 – 4,19 × 103,2) = 3774 кВт.
Погрешность 2
го
приближения в I корпусе:
11
1
QQ
34623543
100%2,2%.
354
_
3
_
Q
′
−
−
=×=
′
Погрешность 2
го
приближения во II корпусе:
22
2
QQ
37823774
100%0,2%.
377
_
4
_
Q
′
−
−
=×=
′
Так как погрешность по корпусам ВУ не превышает 5 %, то
пересчёт концентраций не производим и расчёт считаем закон-
ченным.
2.6. Расход греющего пара.
Расход греющего пара в I корпусе:
3
1
1
Q
354310
D1643
кг/с.
r
216
_
5
×
===
3. РАСЧЁТ БАРОМЕТРИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА
СМЕШЕНИЯ.
Для нормальной работы конденсатора необходимо опреде-
лить расход охлаждающей воды, объём отсасываемой паро-
газовой смеси, а также геометрические размеры конденсатора
[1, 4].
3.1. Рабочий режим конденсатора.
Расход конденсируемого пара:
W = W
2
= 1,68 кг/с.
Температура конд
енсируемого пара принимается на
1 – 1,5 °С ниже температуры вторичного пара вследствие гид-
равлической депрессии:
θ' = θ
2
– 1,5 = 45,4 – 1,5 = 43,9 °С.
Рабочее давление пара определяется по температуре θ'
[2, 4]:
P'
К
= 0,091 × 10
5
Па.
- 20 -
Энтальпия конденсируемого пара [2, 4]:
h'
П
= 2581 кДж/кг.
Температуру жидкости, покидающей конденсатор, прини-
маем на 2 – 3 °С ниже θ':
t"
В
= θ' – 1,9 = 43,9 – 1,9 = 42 °С.
Температура воды на входе в конденсатор принимается
t'
В
= 8 – 10 °С (артезианская скважина) или t'
В
= 15 – 25 °С (обо-
ротная вода). Принимаем: t'
В
= 20 °С.
3.2. Расход охлаждающей воды.
Расход охлаждающей воды по уравнению ТБ:
ПВВ
В
2
ВВВ
hCt
25814,1942
_GW1,6843,8
кг/с.
4,194220
Ctt
−
′′′
−×
==×=
×−
−
′′′
3.3. Размеры конденсатора.
Вязкость воды при t"
В
= 42 °С: μ
В
= 650 × 10
–6
Па×с [2, 4].
Плотность воды: ρ
В
= 990 кг/м
3
.
Скорость движения воды в трубе принимается в пределах
0,5 – 2,5 м/с. Принимаем: w
В
= 1 м/с.
Диаметр трубы определяем из уравнения сплошности [1]:
В
В
WG
1,6843,8
d0,31
м.
0,785w ρ 0,7851990
_
+
+
===
××
Режим движения воды в трубе [1]:
3
В
6
wd
ρ
10,31990
Re46910.
μ
65010
−
××
===×
×
Коэффициент гидравлического сопротивления [1]:
0,237
3
0,221
λ0,00320,013.
46910
=+=
×
Коэффициент местных сопротивлений [1]:
§ на входе в трубу: ξ
ВХ
= 0,5;
§ на выходе из трубы: ξ
ВЫХ
= 1.
Потерянный напор [1, 4]:
- 21 -
2
2
В
П
3
w
HH1
hλΣξ 0,0130,51
2g0,3129,81
d
2,1410H0,076.
−
=+=×++×=
×
=××+
Высота барометрической трубы:
5
2
КВ
Ж
ТР
3
0,9810,09110
BP
w
H
H0,5 λΣξ
ρ g
2g9909,81
d
0,52,14109,6 м._
−
−×
−
=+−+=+
×
+−×≅
Принимаем H = 10 м.
3.4. Расчёт вакуум-насоса.
Рассчитываем параметры отсасываемой паро-воздушной
смеси. Температуру смеси определяем по эмпирической форму-
ле [1]:
t
ПГ
= t
П
= t
Г
= t'
В
+ 4 + 0,1 × (t'
В
– t"
В
) = 20 + 4 + 0,1 × (42 – 20) =
= 26,2 °С.
Парциальное давление водяного пара при t
П
= 26,2 °С [2]:
P
Г
= 0,034 × 10
5
Па.
Парциальное давление воздуха:
P
Г
= P
К
– P
П
= (0,091 – 0,034) × 10
5
= 0,057 ×10
5
Па.
Массовый расход отсасываемой паро-воздушной смеси оп-
ределяется с учётом того, что из каждого килограмма смеси ох-
лаждаемой воды и конденсата десорбируется около 0,025 ×
× 10
–3
кг воздуха, а за счёт подсоса воздуха на килограмм вто-
ричного пара приходится около 10 × 10
–3
кг [1].
G
Г
= [0,025(W + G
В
) + 10W] × 10
–3
=
= [0,025 × (1,68 + 43,8) + 10 × 1,68] × 10
–3
= 17,94 × 10
–3
кг/с.
Объёмный расход воздуха:
33
ГГ
ГГ
5
Г
831427326,2
RT
VG17,94100,27
м/с.
P
29710
_
0,05
−
×+
==××=
××
Теоретическая мощность вакуум-насоса на сжатие газа: