Выпарная установка непрерывного действия с равными поверхностями нагрева

Рср2 = Рвп2+?gН(1-?)/2 = 30,61 • 104 + 4 · 1145 · 9,81· (1-0,5)/2= 31·104 Па;

Рср3 = Рвп3+?gН(1-?)/2 = 16,33 · 104 + 4 · 1469 · 9,81· (1-0,5)/2= 3,51·104 Па;

Рср4 = Рвп4 + ?gН(1-?)/2 = 2,07·104 + 4· 1469· 9,81· (1-0,5)/2 = 3,51·104 Па.

Этим давлениям соответствуют температуры кипения и теплоты испарения воды:

Pср1 = 0,4733 МПа tср1 = 148,82 0 C rвп1 = 2130 кДж/кг

Pср2 = 0,3173 МПаtср2 = 135,1 0 C rвп2 = 2170 кДж/кг

Pср3 = 0,1752 МПа tср3 = 114,5 0 C rвп3 = 2220 кДж/кг

Рср4 = 0,0351 МПа tСР4 = 69,2 0 С rвп4 = 2331 кДж/кг

Определим гидростатическую депрессию по корпусам (в 0 C):

D1II--=--tср1-----tвп1--=--148,82-----147,9--=--_,92;

D2II--=--tср2-----tвп2--=--135,1-----133,9--=--1,2;

D3II--=--tср3-----tвп3--=--114,5-----113,8--=--_,7;

?4II--=--tср4-----tвп4--=--69,5-----6_,6--=--8,9.

Сумма гидростатических депрессий

?DII=D1II+D2II+D3II=_,92--+--1,2--+--_,7--+--8,9--=--11,72--_С

Температурную депрессию определим по уравнению

DI=1,62·_,_1·DIатм--·Т2/rвп

где Т-температура паров в среднем слое кипятильных труб, К; ?Iатм- температурная депрессия при атмосферном давлении.

Находим значения ?I по корпусам (в 0 C):

DI1--=--1,62·_,_1·--(148,8+273)2·1,_8/213_--=--1,46--_С;

DI2--=--1,62·_,_1·--(135,1+273)2·1,57/217_--=--1,95--_С;

DI3--=--1,62·_,_1·--(114,5+273)2·2,75/222_--=--3,55--_С;

?4I--=--1,62•_,_1•(69,2--+--273)2--•1_/2331--=--8,14--_С.

Сумма температурных депрессий

?DI=DI1+DI2+DI3--=--1,46--+--1,95--+--3,55--+--8,14--=--15,1--_С

Температуры кипения растворов в корпусах равны (в 0 C):

tK1--=--tГ2--+--D1I--+D1II--+D1III--=--146,9--+--1--+_,92--+--1,46--=--15_,28--_--C;

tK2--=--tГ3--+--D2I+D2II--+--D2III--=--132,9--+--1--+--1,2--+--1,95--=--137,6--_--C;

tK3--=--tГ4+--D3I--+D3II--+--D3III--=--112,8--+--1--+--_,7--+--3--=--117,5--_--C;

tК4--=--tБК--+--?4I--+--?4II--+--?4III--=--59,6--+--1--+--8,9--+--8,14--=--77,64--_С.

3.1.3 Полезная разность температур

Общая полезная разность температур равна:

SDtп--=--Dtп1--+--Dtп2--+--Dtп3

Полезные разности температур по корпусам ( в 0 С ):

Dtп1--=--tг1-----tк1--=--157,8-----15_,28--=--7,52--°С;

Dtп2--=--tг2-----tк2--=--146,9-----137,6--=--9,3--°С;--

Dtп3--=--tг3-----tк3--=--131,9-----117,5--=--15,4--°С;

?tп4--=--tг4-----tк3--=--112,8-----77,64--=--35,16--°С.

Общая полезная разность температур:

SDtп--=7,52--+--9,3--+--15,4--+--35,16--=--67,38--°С

Проверим общую полезную разность температур:

SDtп--=--tг1-----tбк-----(SDI--+--SDII--+--SDIII--)=157,8-----59,6-----(4--+--11,72--+--15,1)--=--67,38--_--С

3.1.4 Определение тепловых нагрузок

Расход греющего пара в 1-й корпус, производительность каждого корпуса по выпаренной воде и тепловые нагрузки по корпусам определяются путем совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения баланса по воде для всей установки:

Q1--=--D(--Iг1-----i1--)--=--1,_3[--Gнсн(--tк1-----tн--)--+--w1(--Iвп1-----свtr1--)--]--;

Q2--=--w1(--Iг2-----i2--)--=--1,_3[--(--Gн-----w1--)c1(--tк2-----t--к1--)--+--w2(--Iвп2-----свtr2--)--]--;

Q3--=--w2(--Iг3-----i3--)--=--1,_3[--(--Gн-----w1-------w2)c2(--tк3-----tк2--)--+--w3(--Iвп3-----свtr3--)--]--;

Q4=--?3--•--(Iг4-----i4)--=--1,_3--•--[--(Gк-----w1-------w2-----?3)--•--с3--•--(tк4-tк3)--+--?4--•--(--Iвп4-----свtг4--)--];

W--=--w1--+--w2--+--w3--+--?4--;--

где 1,03 - коэффициент, учитывающий 3 % потерю тепла в окружающую среду.

с - теплоемкости растворов соответственно исходного, в первом , втором и третьем корпусах, кДж / ( кгК ) [Приложение 1].

tн - температура кипения исходного раствора при давлении в 1-м корпусе tн = tвп1 + ?Iн = 146,9 + 1 = 147,9 0 С.

Q1--=--D(2768-----654)--=--1,_3----[--7,78----3,87----(15_,3-----148,8)--+--w1--(2749-----4,19----15_,3)]--;

Q2--=--w1(2749-----632)--=--1,_3----[(7,78-----w1)----3,75----(137,6-15_,3)--+--w2----(273_---4,19--137,6--)]--;

Q3--=--w2(273_-----55_)--=--1,_3----[(7,78-----w1-------w2)----3,6----(117,5-137,6)--+--w3----(27_2---4,19117,5)]--;

Q3--=--w3(27_2-----471)--=--1,_3----[(7,78-----w1-------w2-----w3)----3,5----(77,64-----117,5)--+--w4----(28_5-----4,19•77,64)];------

W--=--w1--+--w2--+--w3--+--w4--=--7,78

Решение этой системы уравнений дает следующие результаты:

D--=--1,81--кг/с--;--w1--=--1,32--кг/с--;--w2--=--1,45--кг/с--;----w3--=--1,58--кг/с;--w4--=--1,7--кг/с;--

Q1--=--4225--кВт--;--Q2--=--4__1--кВт--;--Q3--=--412_--кВт--;--Q4=4217--кВт.

Результаты расчета сведены в таблицу

Наибольшее отклонение вычисленных нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе от предварительно принятых не превышает 5 %, поэтому не будем пересчитывать концентрации и температуры кипения растворов по корпусам.

3.1.5 Выбор конструкционного материала

Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора К2СО3 в интервале изменения концентраций от 10 до 44 % . В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х17. Скорость коррозии ее менее 0,003 мм/год при t=1000 С, коэффициент теплопроводности ?ст = 25,1 Вт / (мК).

3.1.6 Расчет коэффициентов теплопередачи

Коэффициенты теплопередачи для первого корпуса определяют по уравнению аддитивности термических сопротивлений:

К1--=--1--/--(--1/--a1--+--S--d--/--l--+--1/--a2--)

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

S--d--/--l--=--_,__2--/--25,1--+--_,___5--/--2--=--2,87----1_-4----м2К--/--Вт.

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке ???равен:

a1--=--2,_4[(r1r2ж1l3ж1)/(mж1--HDt1)]--_,25

где r1 - теплота конденсации пара, Дж/кг ; ?ж1 , ?ж1 , ?ж1 - плотность (кг / м3 ), теплопроводность Вт / (мК), вязкость (Пас) конденсата при средней температуре пленки tпл = tг1 - ?t1 /2 , где ?t1 - разность температур конденсации пара и стенки, град.

Расчет ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем ?t1 = 2 град.

tпл--=--157,8-----2/2--=--156,8--_--С

1)------------a1--=

=--1__4_--Вт/(м2--К)

Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение:

q--=--a1Dt1--=--Dtст--/--(S--d--/--l)--=--a2Dt2

где q - удельная тепловая нагрузка, Вт / м2 ;

?tст - перепад температуры на стенке, град. ;

?t2 - разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, град.

Отсюда

Dtст--=--a1Dt1Sd--/l--=--1__4_•2•2,871_-4--=--5,_6--град.

Тогда

Dt2--=--Dtп1-----Dtст-----Dt1--=--7,52-----5,_6-----2=--_,46--град.--

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубах при условии принудительной циркуляции раствора равен:

a2--=78_•--[--(_,621,3--•--111__,5--•--3,63_,_6)/(_,_57_,5--•--(213_•1_3)6--•--_,579_,66--•377__,3(_,1•1_-3)_,3--]•q_,6

a2=744_--Вт/(м2•К)

Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

qI--=--a1Dt1--=1__4_•2=2__8_--Вт/м2

qII--=--a2Dt2--=--744_•2=3721--Вт/м2

Как видим qI qII.

2) Для второго приближения примем ?t1 = 1 град.

Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры на 1.0 град, рассчитаем ???по соотношению

a1=--

=1194_--Вт/(м2К)

Получаем:

--tпл=157,8-_,5=157,3--_--С

Dtст--=--1194_•1•2,87•1_-4=3,43--град

Dt2--=--7,52-----3,43-----1--=--3,_9--град

Страницы: 1, 2, 3