3.1.2.4 Определение давления греющего пара.

Зададимся полезной разностью температур t_{полезн.}25 С

t_{полезн.}=30 С

Найдем температуру конденсации греющего пара t_{конд.гр.п}, С:

t_{конд.гр.п.}= t_кип+ t_{полезн.} (7)

t_{конд.гр.п.}= 91.834+30=124,168 С

По температуре конденсации греющего пара найдём давление греющего пара Р_гр.п, ат / 2, табл. LVI /

Р_гр.п=2,2256 ат

3.1.3 Тепловой баланс выпарного аппарата.

Уравнение теплового баланса выпарного аппарата:

Q = Q_нагр+ Q_исп+ Q_пот (8)

где Q – расход теплоты на выпаривание, Вт;

Q_нагр – расход теплоты на нагрев раствора до температуры кипения, Вт;

Q_исп– расход теплоты на упаривание раствора до конечной концентрации, Вт;

Q_пот – расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду, Вт;

3.1.3.1. Расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду

Расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду Q_пот при расчёте выпарных аппаратов принимается 3-5% от суммы (Q_нагр+ Q_исп)

/ 2, с 247 /. Следовательно:

Q = 1.05(Q_нагр+ Q_исп)

Температуру исходного раствора t_нач, поступающего в выпарной аппарат из теплообменника примем на 2.5С меньше t_кон:

t_нач= t_кон-2.5

t_нач=89.168-2.5=86.668 С

3.1.3.2 Расход теплоты на нагрев:

Q_нагр= G_начс_нач(t_кон-t_нач) (10)

где G_нач – производительность по разбавленному раствору

с_нач – удельная теплоёмкость раствора при t_нач и начальной концентрации Х_нач , Дж/(кгК) (Приложение 2, п.3)

с_нач=4.14110³ Дж/(кгК)

Q_нагр= 4.54.14110³ (89.168-86.668)=4.65810⁴ Вт

3. Расход теплоты на испарение:

Q_исп=W(i”_вт.п - с_вt_кон) (11)

где i_вт.п – удельная энтальпия вторичного пара на выходе из аппарата при температуре t₁, из таблицы / 2, табл.LVI /, кДж/кг;

с_в – удельная теплоёмкость воды при t_кон, (Приложение 2, п.3) Дж/(кгК)

i_вт.п =2656 кДж/кг,

с_в=4213 Дж/(кгК)

Q_исп=3.336(265610³ - 421389.168)=7.61110⁶ Вт

3.1.4. Расчёт поверхности теплообмена выпарного аппарата.

Для расчёта поверхности теплообмена выпарного аппарата запишем уравнение теплопередачи:

Q=KFt_{полезн.} (12)

где К – коэффициент теплопередачи Вт/(м²К)

F – площадь поверхности теплообмена, м²;

Коэффициент теплопередачи К найдем из выражения:

(13)

где _кип – коэффициент теплоотдачи кипящего раствора, Вт/(м²К)

_конд - коэффициент теплоотдачи конденсирующегося пара, Вт/(м²К)

∑r_ст – сумма термических сопротивлений всех слоёв, из которых состоит стенка, включая слои загрязнений, (м²К)/Вт

Для расчётов коэффициент теплоотдачи _конд, _кип воспользуемся методом итераций.

Примем температуру наружной стенки трубы t_ст1 меньшей чем t_{конд.гр.п.} и равной:

t_ст1=121.21 С

При конденсации греющего пара на пучке вертикальных труб, выражение для коэффициента теплоотдачи имеет следующий вид / 2, формула 4.52(а) /:

(14)

где Н – высота труб, м

t – разность температур конденсаций греющего пара t_{конд.гр.п.} и температуры стенки t₁, с;

Значение функции Аt найдём при температуре t_{конд.гр.п.} / 2, табл. 4.6 /

At=7278

t = t_{конд.гр.п..}- t_ст1 (15)

t =124.168-121.21=2.958 С

Н=Н_тр=6 м

Вт/(м²К)

Количество теплоты q₁, передаваемое от конденсирующегося пара к стеке, найдём по формуле:

q₁=_конд(t_{конд.гр.п..}- t_ст1) (16)

q₁=72332.958=2.1410⁴ Вт

Так как процесс теплопередачи является установившемся, то количество теплоты q₁ равно количеству теплоты q_ст, которое передаётся от наружной стенки трубы с температурой t_ст1 к внутренней, с температурой t_ст2.

(17)

Суммарное термическое сопротивление стенки найдём по формуле:

(18)

где  - толщина стенки трубы, м;

_ст - коэффициент теплопроводности трубы, Вт/(мК)

r_загр1, r_загр2 – термическое сопротивление слоев загрязнения с наружной и внутренней сторон стенки соответственно, м²К/Вт

Определим значения величин r_загр1, r_загр2 / 2, табл. ХХХI /

r_загр1=1/5800=1.72410^-4 м²К/Вт

r_загр2=1/1860=5.37610^-4 м²К/Вт

Коэффициент теплопроводности _ст для стали равен:

_ст=46.5 Вт/(мК)

Толщину стенки трубы примем:

=0.002 м

м²К/Вт

Температуру t_ст2 найдём из формулы (17)

t_ст2= t_ст1-q₁∑r_ст

t_ст2=121,21-2.1410⁴.28910^-4=103.475 С

Коэффициент теплоотдачи кипящего раствора / 2, формула 4.62 /

(19)

где b – безразмерная функция;

 - кинематическая вязкость раствора, м²/с

 - поверхностное натяжение раствора Н/м

Т_кип – разность температур t_ст2 и температуры кипения раствора

t_кип, К;

Значение безразмерной функции b / 2,формула 4.62 а /:

(20)

где _п – плотность пара, кг/м³;

Плотность раствора _р рассчитываем при температуре кипения t_кип и конечной концентрации х_кон (Приложение 2, п.1):

_р=1.01310³ кг/м³

Плотность пара _п найдём при температуре кипения t_кип / 2, табл. LVI /

_п=0.4147 кг/м³

Кинематическая вязкость раствора :

=_р/_р (21)

где _р – динамическая вязкость раствора, Пас

Динамическая вязкость раствора при температуре t_кип (Приложение 2, п. 2):

_р=3.8710^-4 Пас

=3.8710^-4/1.01310³ =3.8210^-7 м²/с

Поверхностное натяжение  при температуре t_кип определяем для воды, т.к. концентрация MgCl2 достаточно мала /2; табл XXXIX/

=0,05995 Н/м

Коэффициент теплопроводности  для раствора при t_кип и х_кон (Приложение 2, п.4), Вт/(мК):

=0.662 Вт/(м^2.К)

Вт/м²К

Количество теплоты q₂, передаваемое от внутренней стенки к раствору:

q₂=_кип(t_ст2- t_кип) (22)

q₂=2.23810³(103.475-94.168)=2.08310⁴ Вт

Определим значение выражения:

и если Е 0.05 то расчёт коэффициентов теплоотдачи выполнен верно.

Е=(2.1410⁴-2.08310⁴)/ 2.08310⁴=0.027

Тогда:

Вт/(м²К)

(23)

м²