|
Читайте также: |
Расчет двухкорпусной прямоточной установки, схема которой приведена на рис. 1, производим методом последовательных приближений. В первом приближении предварительно задаемся неизвестными необходимыми величинами, значения которых уточняются в результате расчета.
1.1.1 Расчет в первом приближении
1. Количество воды, выпариваемое установкой:
, (1.1)
где 
- количество исходного раствора, кг/ч;
- начальная и конечная концентрации раствора, масс. %.
Количество упаренного раствора:
. (1.2)
2. Количества воды, выпариваемое в каждом корпусе, принимаем предварительно одинаковыми, т.е:
(1.3)
3. Концентрация растворов по корпусам.
Полагая, что в выпарном аппарате происходит идеальное перемешивание раствора, концентрация на выходе из аппарата будет равна средней концентрации в аппарате:
в первом корпусе 
(1.4)
во втором корпусе 
4. Общая разность температур:
(1.5)
где 
- температура греющего пара в первом корпусе, оС;
- температура вторичного пара на входе в конденсатор, оС.
Температуры определяются по заданным давлениям пара по таблицам для насыщенного водяного пара.
5. Полезная разность температур для всей установки
. (1.6)
Депрессионные потери по корпусам определяем по таблицам, зная концентрации растворов в каждом корпусе.
Пересчет депрессионных потерь для давления в аппарате, отличного от атмосферного, производится по формуле Тищенко:
, (1.7)
где Т – температура кипения растворителя, оК;
r - теплота парообразования при температуре кипения растворителя, кДж/кг (по таблице насыщенного водяного пара);
- температурная депрессия при атмосферном давлении.
Температурная депрессия в первом корпусе при концентрации NaOH 11,9% - 
.
Температурная депрессия во втором корпусе при концентрации NaOH 40% и при избыточном давлении 0,02 МПа составляет:
,
где Т = 273 +60 = 333 оК.
Общие температурные депрессии составят
6. Потери от гидростатического эффекта определяются как
, (1.8)
где 
- температура кипения растворителя посередине греющих труб, т.е. при давлении 
;
- температура кипения растворителя при давлении 
;
- давление вторичного пара над раствором, МПа;
- гидростатическое давление в растворе у середины греющих труб, равное:
, (1.9)
. (1.10)
Здесь: 
- расстояние от уровня раствора в аппарате до трубной решетки, м;
- длина греющих труб, м;
- плотность парожидкостной эмульсии в греющих трубах, кг/м3 :
, (1.11)
где 
- плотность раствора, которую определяем по концентрации раствора.
Принимаем по ГОСТ 11987-66 греющие трубы размером 38 х 3 мм и длиной 3 000 мм, а hизд = 200 мм, тогда
, (1.12)
,
.
Перепад давления пара в каждом корпусе предварительно принимаем равным:
, (1.13)
где 
- давление греющего пара в первом корпусе, МПа;
- давление вторичного пара во втором корпусе, предварительно принимаем равным давлению пара в конденсаторе, МПа.
Давление вторичных паров:
в первом корпусе: 
, (1.14)
во втором корпусе: 
. (1.15)
Давление растворов у середины греющих труб:
в первом корпусе: 
; (1.16)
во втором корпусе: 
. (1.17)
Температуры кипения растворителя определяем по таблицам насыщенного водяного пара при давлениях 
и 
.
Гидростатические потери:
в первом корпусе: 
; (1.18)
во втором корпусе: 
. (1.19)
7. Общие потери за счет гидростатического эффекта:
. (1.20)
В выпарных установках гидравлические потери при прохождении пара из парового пространства аппарата в греющую камеру следующего составляют 1,0 – 1,5 оС.
Тогда общие гидравлические потери составят:
(1.21)
8. Полезная разность температур в двухкорпусной установке:
9. Распределение суммарной полезной разности температур по корпусам производим из условия взаимозаменяемости корпусов, т.е., чтобы F1=F2.
Предварительно принимаем тепловые нагрузки, равными для всех корпусов: Q1=Q2, и задаемся соотношениями коэффициентов теплопередачи по корпусам:
. (1.22) Тогда для первого корпуса:
; (1.23)
для второго корпуса:
. (1.24)
10. Вычислив полезную разность температур в каждом корпусе, можно определить температуры кипения растворов и вторичных паров.
Температура кипения растворов у верхнего уровня в 1 корпусе:
. (1.25)
Температура вторичного пара в первом корпусе:
. (1.26)
Температура вторичного пара, поступающего во второй корпус:
. (1.27)
Температура кипения раствора у верхнего уровня во втором корпусе:
. (1.28)
Температура вторичного пара во втором корпусе:
. (1.29)
По температурам паров находим по таблицам для насыщенного водяного пара давления и энтальпии паров, а по концентрациям – теплоемкости растворов. Полученные результаты расчетов - параметры паров и растворов по корпусам - сводим в таблицу 1.
11. Определяем из теплового баланса расход греющего пара во втором корпусе – Di = D2.
Тепловые потери в окружающую среду для обоих корпусов принимаем предварительно равными 3 %. Тогда
(1.30)
Таблица 1.1 - Параметры выпарной установки
| № ПП | Наименование параметров | Корпуса | |
| Концентрация раствора, Х, масс. % | 11,9 | ||
| Температура греющего пара, t, 0C | 142,9 | 132,92 | |
Полезная разность температур,  tср, 0C
| 8,8 | 12,6 | |
| Температура кипения раствора у середины греющих труб, tкс, 0С | 131,56 | 80,15 | |
| Температура кипения раствора на уровне греющих труб, tк, 0С | 128,12 | 99,87 | |
Гидростатические потери,  , 0С
| 5,98 | 20,45 | |
Температурная депрессия,  , 0С
| 38,3 | ||
| Температура вторичного пара, tВП, 0С | 138,9 | 91,07 | |
| Давление греющего пара, Р, МПа | 0,4 | 0,314 | |
| Энтальпия греющего пара, i’’, кДж/кг | 2 744 | 2154,04 | |
| Теплосодержание конденсата, i’, кДж/кг | 601,1 | 471,9 | |
| Давление вторичного пара, РВП , МПа | 0,365 | 0,083 | |
| Энтальпия вторичного пара, i’’ВП, кДж/кг | 2503,9 | ||
| Теплоемкость раствора, С, кДж/кг 0С | 4,4 | 3,28 | |
Интегральная теплота растворения,
 NaOH, кДж/кг
| 109,5 |
Количество тепла, расходуемое на выпаривание раствора во втором корпусе:
. (1.31)
12. Коэффициент теплопередачи от конденсирующего насыщенного водяного пара к кипящему раствору определяется по формуле:
(1.32)
где 
- коэффициент теплоотдачи от конденсирующего насыщенного водяного пара к греющим трубам, Вт/м2.0С, кДж/м2.час.0С;
- коэффициент теплоотдачи от стенок греющих труб к кипящему раствору, Вт/м2.0С, кДж/м2.час.0С;
-толщина накипи на стенках греющих труб, м;
-толщина стенок греющих труб, м;
-теплопроводность накипи, Вт/м.0С, кДж/м.час.0С;
-теплопроводность греющих труб, Вт/м.0С, кДж/м.час.0С.
Значения коэффициентов теплоотдачи от конденсирующегося насыщенного пара к стенкам труб в греющих камерах выпарных аппаратов изменяются в пределах от 9 000 до 15 000 Вт/м2. 0С и не оказывают значительного влияния на коэффициент теплопередачи, величина которого определяется коэффициентом теплоотдачи от стенок труб к кипящему раствору и термическими сопротивлениями материала греющих труб и накипи. Принимаем значения коэффициентов теплоотдачи 
и среднюю толщину накипи 
=
= 0,0005 м, коэффициент теплопроводности накипи 
= 2,32 Вт/м2×0С.
Для стальных греющих труб размером 38 х 3,0 мм (сталь марки Ст. 3) коэффициент теплопроводности 
.
Коэффициент теплоотдачи от стенок греющих труб к кипящему раствору изменяется в пределах 700-15 000 Вт/м2.ОС в зависимости от концентрации раствора. С увеличением концентрации раствора 
- снижается. Рекомендуется принимать для растворов концентраций:
СР = 15-25% - = 2 500 – 2 000 Вт/м2.ОС,
СР = 25-35% - = 2 000 – 1 500 Вт/м2.ОС,
СР > 35% - = 1 500 – 700 Вт/м2.ОС.
Предварительно принимаем коэффициент равным 
=1000 Вт/м2.ОС.
Определяем коэффициент теплопередачи от конденсирующегося насыщенного водяного пара к кипящему 40% раствору NaOH:
.
Удельная тепловая нагрузка во втором корпусе:
. (1.33)
По уравнению:
, (1.34)
проверяем принятый коэффициент теплоотдачи от стенок греющих труб к кипящему раствору:
,
который совпадает здесь с принятым ранее.
Здесь: 
- коэффициент, зависящий от свойств раствора, определяемый по экспериментальным данным [1].
13. Поверхность нагрева второго корпуса определяется из уравнения:
, (1.35)
где 0,278 – переводной коэффициент, кДж/ч.Вт.
Количество воды, выпариваемой в 1 корпусе:
.
Количество раствора, поступающего из первого во второй корпус:
. (1.36)
Расход греющего пара, поступающего в первый корпус, учитывая, что 
будет равен:
Количество тепла, расходуемое на выпаривание раствора в первом корпусе:
.
Коэффициент теплопередачи в первом корпусе определяем, исходя из принятого условия, что Q1 = Q2 и распределения полезной разности температур по корпусам:
. (1.37)
Поверхность нагрева первого корпуса в первом приближении:
.
Количество воды, выпариваемое установкой, по результатам расчета в первом приближении составит
. (1.38)
Рассчитанное количество выпариваемой воды оказалось меньше, чем следует по заданию, а поверхности нагрева выпарных аппаратов отличаются друг от друга на 23,7%.
14. Для получения более точных значений поверхностей нагрева проводим расчет во втором приближении, принимая за исходные данные результаты первого приближения.
1.1.2. Расчет во втором приближении
Для этого делаем перерасчет количеств выпариваемой воды по корпусам, учитывая, что 
Тогда количество воды, выпариваемое в первом корпусе:
,
во втором корпусе:
.
В результате расчета во втором приближении получим поверхности нагрева:
в первом корпусе: 
,
во втором корпусе: 
,
которые отличаются друг от друга менее, чем на 3 %.
Средняя поверхность нагрева:
.
Удельный расход греющего пара:
. (1.39)
Дата добавления: 2015-07-11; просмотров: 99 | Нарушение авторских прав