8. Уточненный расчет поверхности теплопередачи и выбор выпарных аппаратов

Применяя основное уравнение теплопередачи к каждому i-тому корпусу выпарной установки, рассчитываем для него при принятом ранее температурном режиме требуемую поверхность теплообмена.

,

Где Q_i – тепловая нагрузка, Вт; К_i – коэффициент теплопередачи, Вт/м²∙К; ∆t_i – полезная разность температур в i-том корпусе, установленная на предыдущих этапах расчета.

Численное значение Q_i находим по формуле:

Q_i=D_iг∙(J_iг-с_iкt_iк),

Где D_iг, J_iг – расход и энтальпия греющего пара, поступающего в аппарат; с_iк, t_iк – теплоемкость и температура конденсата, принимается, что конденсат из аппарата выводится при температуре конденсации, т.е. t_iк=t_iг

Q₁=2,681∙(2709,6-4,23∙118,3)=5922,8 кВт

Q₂=2,612∙(2650-4,19∙85,8)=5982,8 кВт

Q₃=2,582∙(2629,5-4,19∙74)=5988,8 кВт

F₁=5922,8/(103,0∙23,2)=154 м²

F₂=5982,8/(449,8∙8,4)=158 м²

F₃=5988,8/(339,0∙10,7)=165 м²

Условием, подтверждающим правильность распределения полезной разности температур по корпусам установки и, следовательно всех выполненных расчетов, является равенство поверхностей нагрева корпусов. Это условие можно считать выполненным, так как различие между большим и меньшим F_i не превышает в нашем случае 7%.

Ближайшее стандартное значение поверхности нагрева F=160 м²

2. Расчет вспомогательного оборудования

Все вспомогательное оборудование выпарной установки (барометрический конденсатор, вакуум-наос, подогреватели раствора и насосы для перекачки выпариваемого раствора) рассчитывают и выбирают по каталогам для наихудших условий работы, а именно для момента, предшествующего останову установки.

2.1. Расчет барометрического конденсатора

В выпарных установках для создания вакуума применяют барометрические конденсаторы смешения или пароэжекторные установки. При этом конденсация сокового пара последнего корпуса для уменьшения количества загрязненных сточных вод обычно осуществляется в две ступени: сначала (80-90)% пара конденсируется в поверхностном конденсаторе (трубочном или спиральном), а оставшийся пар конденсируется либо в барометрическом конденсаторе, либо в пароэжекторной установке.

При расчете барометрического конденсатора определяют его размеры и расход охлаждающей воды.

Расход вторичного пара, поступающего в конденсатор, пересчитаем на давление Р=0,1 ат. по формуле:

,

Где W_т и ρ_т – расход (кг/с) и плотность (кг/м³) пара при давлении Р=0,1 ат.; W_пс и ρ_пс – расход и плотность сокового пара, выходящего из последнего корпуса установки; С – коэффициент, учитывающий долевой расход сокового пара, поступающего а барометрический конденсатор (С=0,1÷0,2)

ρ_т=0,0712 кг/м³; ρ_пс=0,233 кг/м³

W_пс=2,726 кг/с

По значениям W_т и ρ_т уравнения массового расхода определяем диаметр барометрического конденсатора:

,

Где ω – скорость пара (принимаем равной 18 м/с)

м

Ближайшее значение диаметра барометрического конденсатора из каталога D_бк=500 мм. Основные размеры выбранного аппарата:

Высота установки Н=4300 мм

Ширина установки Т=1300 мм

Диаметр ловушки D=400 мм

Высота ловушки h=1440 мм

Расстояние между полками: а₁=220мм; а₂=260 мм; а₃=320 мм; а₄=360 мм; а₅=390 мм.

Условные проходы штуцеров:

Для входа пара d_у=300 мм

Для входа воды d_у=100 мм

Для входа парогазовой смеси d_у=80 мм

Для барометрической трубы d_у=125 мм

Высоту барометрической трубы находят из формулы:

,

Где В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па, В=80 кПа; ρ_в – плотность воды, кг/м³; λ – коэффициент гидравлического трения при движении воды в барометрической трубе; d_бт – диаметр барометрической трубы, выбранный по ОСТу, м, d_бт=125 мм; ∑ξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений; ω_в – скорость воды в барометрической трубе, м/с; 0,5 – запас на возможное изменение барометрического давления, м.

Расход охлаждающей воды G_в определяем из уравнения теплового баланса барометрического конденсатора

,

Где (С∙W_пс) – расход сокового пара, поступающего в барометрический конденсатор после поверхностного конденсатора, кг/с; J_пс – энтальпия сокового пара, Дж/кг; t_н – начальная температура охлаждающей воды (принимают 15÷20°С); t_к – конечная температура смеси воды и конденсата, °С (принимают на 3÷5°С ниже температуры конденсации сокового пара); с_в – теплоемкость воды, Дж/кг∙К;

С∙W_пс=0,15∙2,726=0,409 кг/с

J_3с=2609 кДж/кг

t_н=18°С; t_к=70°С

с_в=4,19 кДж/кг∙К

кг/с

Тогда скорость движения смеси воды и конденсата в барометрической трубе находят по уравнению массового расхода:

м/с

Величина ∑ξ складывается из коэффициентов местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из нее:

∑ξ ξ_вхξ_вых=0,5+1,0=1,5

Значение λ для гладких труб зависит от режима течения жидкости, определяемым критерием Рейнольдса:

Для гладких труб при Re≈9∙10⁵ коэффициент трения =0,0185.

Н_бт=9,335 м