3.1.2 Уточненный выбор конструкции теплообменника и его размеров

Реальное значение коэффициента теплопередачи в работающем теплообменнике, всегда меньше рассчитанного из-за дополнительных термических сопротивлений загрязнений стенок труб с обеих сторон [10, с.531].

Полное термическое сопротивление в реальном теплообменнике:

По реальному значению коэффициента теплопередачи определяем необходимую поверхность теплообмена в реальных условиях работы аппарата (3.1):

Выбранный теплообменник с F=17 м² подходит для реального значения поверхности теплообмена.

Для уменьшения потерь теплоты в окружающую среду и расхода, греющего пара применяется тепловая изоляция. Определим толщину слоя изоляции, наносимую на внешнюю поверхность аппарата.

• λ_из – теплопроводность изоляционного материала, Вт/(м∙К) (материал минеральная вата - λ_из=0,0649 Вт/(м∙К) для θ_к′′);

• θ_к′′ – температура наружной поверхности аппарата, °С (примем как θ_к′′ =Т=140,7 °С);

• t_из′′ – температура наружной поверхности изоляции, принимаемая по условиям техники безопасности равной в пределах t_из′′= (35÷50) °С (t_из′′=40 °С);

• t₀ – температура окружающего воздуха (принимается равной 20 °C при расположении установки в помещении);

• α₀ – коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением от наружной поверхности к окружающей среде, Вт/(м²∙К)

Коэффициент α₀ рассчитывается по формуле:

Знание толщины изоляции позволяет определить величину теплового потока, проникающего через стенку в окружающую среду. Удельный тепловой поток q, (считая теплопередающую стенку – плоской) определяется по уравнению:

Пренебрежем тепловыми потерями на стенках труб. Примем, что все потери идут на теплоизоляцию. Таким образом, температура наружной поверхности стенки кожуха (внутренней поверхности изоляции) и температура внутренней стенки равны температуре греющего пара =Т=140,7 °С. Следовательно, средняя по толщине температура стенки кожуха так же будет равна температуре греющего пара =Т=140,7 °С.

Для определения средней температуры нагревательных труб, необходимо найти удельную тепловую нагрузку, которая определяется как:

Из условия теплопередачи от загрязненной стенки к потоку жидкости откуда температура загрязненной стенки трубы:

где t – температура раствора, и а₂ – коэффициент теплоотдачи от стенки к раствору, рассчитанный в предыдущем пункте.

С учетом термического сопротивления загрязнения получаем:

Далее находим:

Средняя температура стенки труб:

где теплопроводность материала стенки труб (сталь 09Г2С [7, с. 394]) теплопроводность λ_ст = 17,2 .

Выбор типа теплообменника производят в зависимости от разности:

- тип теплообменника ТН - теплообменник с неподвижными трубными решетками [12, cтр.32].

3.2 Расчет двухкорпусной выпарной установки

3.2.1 Задание на расчет двухкорпусной прямоточной выпарной установки

Требуется выпаривать S₀ = 8000 кг/ч = 2,22 кг/с раствора водного раствора нитрата аммония (NH₄NO₃) от начальной концентрации α₀ = 19 % до конечной концентрации (во II корпусе) α₂= 39%. Температура раствора на входе в I корпус t₀=88 °С. Первый корпус обогревается насыщенным водяным паром с давлением P_гр.1 = 3,8 атм. = 0,38 МПа. Из I корпуса отбирается поток экстра-пара Е₁ = 400 кг/ч = 0,111 кг/с. Давление в сепараторе II корпуса P_вак=81,99КПа.

Оба корпуса выпарной установки изготавливаются из стали марки сталь 09Г2С [7, с. 394] (теплопроводность λ_ст = 17,2 )

Определить:

1) Поверхности теплообмена корпусов F₁= F₂ = F (условие равенства).

2) Расход греющего пара D_гр.