5. Тепловой баланс выпарного аппарата

а) приход тепла:

Q₁=D*λ (с греющим паром)

Q₂=G₁*C₁*t₁ (с поступающим раствором)

D – количество греющего пара;

λ – теплосодержание (энтальпия) греющего пара;

G₁ – количество поступившего раствора;

С₁ – теплоемкость раствора;

t₁ – начальная температура раствора;

б) расход тепла:

Q₃=W*I (на испарение растворителя)

Q₄= (G₁–W)*C₂*t₂ (на унос концентрированным раствором)

Q₅= D*t_конд (на унос конденсатом греющего пара)

W – количество выпаренного растворителя;

i – теплосодержание вторичного пара;

С₂ – теплоемкость концентрированного раствора;

t₂ – температура кипения раствора;

в) составляем уравнение теплового баланса

D*λ+G₁*C₁*t₁= W*i+(G₁ – W)*C₂*t₂+D*t_конд+Q_n

г) вычисление расхода греющего пара

D=	W*i+(G1 – W)*C2*t2 – G1*C1*t1+Qn
	λ – tконд

D=	W*i+G1*C2*t2– W*C2*t2– G1*C1*t1
	λ – tконд

D=	W*(i –C2*t2 )+ G1*C1*(t2 – t1)+Qn
	λ – tконд

W=4783,6 кг/ч

i=667/9 ккал/кг =2798,5*10³ Дж/кг

С₁=С₂=2103,4 Дж/кг*град

t₂ = 88 ºС

G₁= 5044,8 кг/ч

t₁= 30 ºС

λ = 633,3 ккал/кг =2653,53*10³ Дж/кг

t_конд = 70 ºС

Q_n = 0 (потери тепла в окружающую среду)

D=	4783,6*(2798,5*103 – 2103,4*88) + 5044,8*2103,4*(88 – 30)	=
	2653,53*103 – 70

=	1,4*1010 +6,2*108	=5,3*103 кг/ч
	2653,46*103

д) вычисление количества затраченного тепла

Q = D*(λ – t_конд)

Q = 5,3*10³ *(2653,53*10³ – 70) = 1,4*10¹⁰ Дж/ч

6. Определение полезной разности температур

∆t_н = Т – t_о

∆t_к = Т – t₂

∆t_н – начальная разность температур;

∆t_к – конечная разность температур;

T – температура греющего пара;

t_о – температура поступающего раствора;

t₂ – температура кипения раствора;

∆t_н = 159 – 30=129 ºС

∆t_к = 159 – 88=71 ºС

если	∆tmax	≤ 2, то ∆tпол =	∆tн – ∆tк
	∆tmin		2

если	∆tmax	≤ 2, то ∆tпол =	∆tmas – ∆tmin
	∆tmin		2*lg ∆tmas /∆tmin

∆t_пол – полезная разность температур;

∆t_max – наибольшая (максимальная) разность температур;

∆t_min – наименьшая (минимальная) разность температур;

∆tmax	=	129	= 1,8 < 2
∆tmin		71

∆tnno =	129+71	= 100 ºС
	2

7. Определение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи

К=	1
	1/а1+δ /λ+1/а2

а₁ – коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке;

а₂ – коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей жидкости;

δ – толщина стенки;

λ – коэффициент теплопроводности стенки;

а) найдем коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке (при турбулентном движении пленки конденсата)

Pr=	3600*μ*g*c
	λ

λ – теплопроводность конденсата;

γ – удельный вес конденсата;

γ = p*g

p – плотность конденсата;

g – ускорение свободного падения;

μ – вязкость конденсата;

Pr – критерий Прандтля;

с – теплоемкость конденсата;

с, γ, μ – определяем при средней температуре пограничной пленки;

t_cc = 0,5*(t_п +t_c1 )

t_п – температура пара;

t_c1 – температура стенки;

∆ tc1 = tcc1 –	tcc
	2

t_cc1 = t_cc2 ± t_cc

tcр2 =	∆tн – ∆tк	=100 ºС
	2

∆tcc =	∆tmax – ∆tmin	=	129 – 71	=97 ºС
	2,3* lg ∆tmax /∆tmin		2,3* lg 129/71

t_cc1 = 100+97 = 197 ºС

t_c1 = 197 – 97/2 = 148,5 ºС

t_cc = 0,5*(159 – 148,5) = 5,25 ºС

Р = 0,9124 г/см³ = 912.4 кг/м³

g = 9,81 м/сек²

μ = 0,179*10^-3 н*сек/м²

с = 4,3 Дж/кг*град

=

=

б) вычисление коэффициента теплоотдачи от стенки трубы нагревательной камеры к выпариваемому раствору

а₂ = 22*Р^0,58*∆t^2,23

Р – давление;

∆t – разность температур;

∆t = ∆t_ср – ∆t_ж = 148,5 – 88 = 60,5 ºС

Р = 0,6 ат

а₂ = 22*0,6^0,58 *60,5^2,23 = 230751,44 (ккал/м²*ч*град ) = 9,7*10⁸ (Дж /м² *ч*град)

в) вычисление коэффициента теплоотдачи

К=	1
	1/а1+δ /λ+1/а2

а₁ = 1,4*10¹² Дж /м² *ч*град

а₂ = 9,7*10⁸ Дж /м² *ч*град

δ = 3*10^-3 м

λ = 5440 Дж /м² *ч*град

К=	1	=	1	=
	1/1,4*1012 +0,003/5440+1/9,7*108		1,52*10-13 +5.5*10-7 + 1,03*10-9

= 1813333,3 (Дж /м2 *ч*град )