4.1.4. Расчет теплового баланса выпарной установки

, кг/с (4.7)

(4.8)

где с₀-удельная теплоемкость 3,23 кДж\кг*К; для 14 % водного раствора нитрата калия находим по табличным данным [4, с.35],

- производительность по исходному раствору, кг/с;

и - температура кипящего раствора в первом и втором корпусах,

W-общее количество выпариваемой воды, кг/с;

- энтальпия вторичного пара во втором корпусе, кДж/кг;

и - удельные теплоёмкости воды в первом и втором корпусах, кДж/(кг*град.);

- отбор экстра-пара из 1 корпуса,кг/с;

-температура греющего пара во втором корпусе,

-удельная теплоёмкость конденсата при температуре кипения, кДж/(кг*град.);

- энтальпия греющего пара во втором корпусе, кДж/кг.

Теплоемкости воды при различных температурах: [4, с.35],

3,35 кДж/(кг*град.) при

3,23 кДж/(кг*град.) при

3,41 кДж/(кг*град.) при

=1,79 кг/с

W₂=W- W₁=3,73-1,79 = 1,9 кг\с

Расчет тепловых нагрузок:

(4.9)

где с₀-удельная теплоемкость 3,23 кДж\кг*К; для 22,8 % водного раствора нитрата калия находим по табличным данным [4, с.35],

- производительность по исходному раствору, кг/с,

и - температура кипящего раствора в подогревателе и первом корпусе,

W₁- количество выпариваемой воды в первом корпусе, кг/с,

- энтальпия вторичного пара в первом корпусе, кДж/кг,

- удельные теплоёмкости воды в первом корпусе, кДж/(кг*град.).

=4471,639 кВт

(4.10)

где W₁- количество выпариваемой воды в первом корпусе, кг/с;

- отбор экстра-пара из 1 корпуса, кг/с;

- энтальпия греющего пара во втором корпусе, кДж/кг;

-удельная теплоёмкость конденсата при температуре кипения, кДж/(кг*град.);

-температура греющего пара во втором корпусе,

=3944,853кВт

4.1.5. Ориентировочный расчет поверхности теплообмена и выбор выпарного аппарата

Поверхность теплообмена выпарного аппарата определяем из уравнения теплопередачи:

(4.11)

где Q- тепловые нагрузки в корпусе, кВт;

К-коэффициента теплопередачи, Вт/(м² ∙ К);

-полезная разность температур, ^○С.

Для расчета необходимо задаться условием, что поверхности теплообмена корпусов равны, т.е. F₁ = F₂. Примем К_ор = 1500 Вт/(м² ∙ К).

Получаем ориентировочное значение поверхности теплообмена:

Принимаем что у нас вертикальный выпарной аппарат с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой по каталогу [5, с. 183] подбираем выпарной аппарат со следующими характеристиками:

• F = 112 м²;

• l = 5000 мм;

• D = 1000 мм, не менее;

• D₁ = 1800 мм, не более;

• D₂ = 600 мм, не более;

• Н = 13000 мм, не более;

• М = 8500 кг, не более;

• Н₁ = 2500 мм, не более;

• d = 38 × 2 мм;

4.1.6. Уравнение теплопередачи и его решение

Уравнение теплопередачи для нахождения действительной (расчётной) поверхности теплообмена выпарной установки имеет вид:

(4.12)

где F-площадь поверхности теплообмена, м²;

;

A₁, А₂ – комплекс теплофизических величин при температуре конденсата в первом и втором корпусах;

-толщина стенки, м;

- теплопроводность материала стенки труб (углеродистая сталь), Вт/м²К;

, -коэффициенты .

Рассчитаем необходимые коэффициенты A и В:

(3.6)

Заполняем таблицу 4.2 по данным из [4, с. 26].

Таблица 4.2. Параметры конденсата (воды)

Параметр, ед. изм.	Температура
Теплопроводность конденсата,	0,698	0,721
Плотность конденсата, ρ [кг/м3]	943,9	1010,1
Вязкость конденсата, μ [Па с]	0,0002	0,0003
Теплота парообразования, r [Дж/кг]	2186368	2378444

Молярная масса раствора М рассчитывается по следующей формуле:

, кг/моль (4.13)

где Мтв и Мв– молярные массы нитрата калия и воды, кг/моль;

а-концентрации, масс.д.

Для I корпуса (при концентрации а₁ = 0,14 масс.д.):

Для II корпуса (при концентрации а₂ = 0,50 масс.д.):

Кинематическая вязкость воды при температуре ее кипения под атмосферным давлением равна .

Кинематические вязкости растворов ν₁ и ν₂ находим при их температурах кипения под атмосферным давлением в зависимости от концентрации по графику (Рис. 4.5), который построили по [1, с. 22].

Рис. 4.5. График зависимости кинематической вязкости кипящего под атмосферным давлением раствора нитрата аммония от концентрации

Получаем, что ν₁ = 0,334 ∙ 10^-6 м²/с, ν₂ = 0,381 ∙ 10^-6 м²/с.

В I корпусе при концентрации а₁ = 14 % температура кипения при атмосферном давлении равна °С (Рис. 4.2). Соответствующее этой температуре давление насыщенного водяного пара P_s= 1,03 бар (Рис. 4.3), и константа Бабо в I корпусе равна:

Находим :

(4.14)

где М_в и М₁ молярные массы воды и нитрата калия в первом корпусе, ;

, - кинематические вязкости растворов воды и в первом корпусе, м²/с;

.

В II корпусе при концентрации а₂ = 40 % константа Бабо уже найдена (см. пункт 4.3.) и равна:

Находим :

(4.15)

где М_в и М₂ молярные массы воды и нитрата калия во втором корпусе, ;

, - кинематические вязкости растворов воды и во втором корпусе, м²/с;

.

Величины В₀₁ и В₀₂ рассчитываются следующим образом:

(4.16)

(4.17)

Поверхность теплообмена F находим из уравнения теплопередачи:

(2.18)

где -суммарная полезная разность температур;

, -тепловые нагрузки в первом и втором корпусах, кВт;

- комплекс теплофизических величин при температуре конденсата в первом и втором корпусах;

-толщина стенки, м;

- теплопроводность материала стенки труб (углеродистая сталь), Вт/м²К;

, -коэффициенты.

9019,7

978,7

117,9

Таблица 4.3. Результаты итерации

Итерационным методом, результаты которого представлены в таблице 4.3, находим поверхность теплообмена F = 62,2 м². Т.к. полученное значение меньше выбранного по каталогу, т.е. 62,2 <112, то выбранный аппарат подходит.