7. Распределение полезной разности температур

Полезные разности температур в корпусах установки находим из условия равенства их поверхностей теплопередачи:

(10)

где ∆t_{п о,} Q_j, K_j - соответственно полезная разность температур, тепловая нагрузка, коэффициент теплопередачи для j- го корпуса.

Q₁ =2689,8 (кВт)

Q₂ = 2631,1 (кВт)

Q₃ = 2904,3 (кВт)

Подставив численные значения, получим:

Проверим общую полезную разность температур установки:

Теперь рассчитаем поверхность теплопередачи выпарных аппаратов:

Найденные значения мало отличаются от ориентировочно определённой ранее поверхности F_ор. Поэтому в следующих приближениях нет необходимости вносить коррективы на изменение конструктивных размеров аппаратов (высоты, диаметра и числа труб). Сравнение распределённых из условий равенства поверхностей теплопередачи и предварительно рассчитанных значений полезных разностей температур ∆t_п представлено в следующей таблице.

Сравнение полезных разностей температур ∆t_П, ранее принятых и в 1-м приближении, приведено ниже:

Таблица 6

Параметр	Корпус
	1	2	3
∆tп в первом приближении, град.	34,32	41,58	30,08
Предварительно рассчитанные значения ∆tп, град.	13,77	21,81	68

Как видно, полезные разности температур, рассчитанные из условия равного перепада давления в корпусах и найденные в первом приближении из условия равенства поверхностей теплопередачи в корпусах, существенно различаются. Поэтому необходимо заново перераспределить температуры между корпусами установки. В основу этого перераспределения температур будут положены полезные разницы температур, найденные из уравнений равенства поверхностей теплопередачи аппаратов.

8. Уточнённый расчет

Полученные после перераспределения температур (давлений) параметры растворов и паров по корпусам представлены ниже:

Таблица 7

Параметры	Корпус
	1	2	3
Производительность по испаряемой воде ω, кг/с	1,2626	1,3887	1,5151
Концентрация растворов х, %	1,4	2,5	16
Температура греющего пара tг. , °С	179,9	-	-
Полезная разность температур Δtп , град	34,32	41,58	30,08
Температура кипения раствора tк= tг -Δtп , °С	145,58	121,62	107,82
Температура вторичного пара tвп = tк – (Δ' + Δ"), °С	143,65	119,13	84,72
Давление вторичного пара Рвп, МПа	0,4	0,1933	0,05723
Температура греющего tг = tвп –Δ'", °С	-	118,13	83,72

Q₁ =2689,8 (кВт)

Q₂ = 2631,1 (кВт)

Q₃ = 2904,3 (кВт)

Первый корпус

Примем ∆t₁=1,45 град. Тогда:

r₁ =2017,06 кДж/кг ρ_ж = 887,87 кг/м³

μ_ж = 15,087∙10^-5 Па∙с λ_ж = 0,6737 Вт/(м∙К)

Тогда:

Физические свойства кипящего раствора NaCl сведём в таблицу 8:

Таблица 8

Параметр	Корпус
	1	2	3
Теплопроводность раствора λ, Вт/(м·К)	0,7005	0,6935	0,644
Плотность растворов ρ, кг/м3	955,25	968,1	1072,2
Теплоемкость раствора с, Дж/ (кг·К)	4301	4200	3659
Вязкость раствора µ·10-3, Па·с	0,3054	0,4637	0,5820

Скорость движения раствора принимаем равной v=2 (м/с). Подставив численные значения, получим:

Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

q' = 8 949,6064∙1,45= 12 976,9293 Вт/м²

q'' = 1 839,2087∙9,08=16 700,015 Вт/м²

Как видим, q' ≠ q''

Расхождение между тепловыми нагрузками превышает 3%. Для второго приближения примем ∆t₁=3 град.

Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры на несколько градусов, рассчитаем α₁ по соотношению:

Получим:

q' = 7 462,1783∙3= 22 386,5349 Вт/м²

q'' = 1 839,2087∙3,69=6 786,6801 Вт/м²

Как видим, q' ≠ q''

Для расчёта в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки от разности температур между паром и стенкой в первом корпусе (рис. 2) и определяем ∆t₁= 1,75 град. Получим:

Рис. 2. Зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур t в корпусе

q' = 8 538,5952∙1,75=14 942,5416 Вт/м²

q'' = 1 839,2087∙6,36=14 697,3673/м²

Как видим, q' ≈ q''

Находим коэффициент теплопередачи:

Второй корпус

В первом приближении примем t = 7 ˚С. Тогда

t_пл = 163,2 – 7/2 = 159,7 °С

r₂ =2103,72 кДж/кг ρ_ж = 913,99 кг/м³

μ_ж = 17,84∙10^-5 Па∙с λ_ж = 0,6815 Вт/(м∙К)

Тогда:

Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

q' =2 357,4∙7 = 16 501,8 Вт/м²

q'' = 1 942,16∙8,41 = 16 333,57 Вт/м²

Как видим, q' ≈ q''

Расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3%, расчёт коэффициентов теплоотдачи на этом заканчиваем.

Находим коэффициент теплопередачи:

Третий корпус

В первом приближении примем t = 16 ˚С. Тогда

t_пл = 137,9 – 16/2 = 129,9 °С

r₃ =2173,99 кДж/кг ρ_ж = 934,92 кг/м³

μ_ж = 21,31∙10^-5 Па∙с λ_ж = 0,6837 Вт/(м∙К)

Тогда:

Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

q' =4 761,78∙16 = 76 188,48 Вт/м²

q'' = 3 094,73∙24,5 = 75 820,89 Вт/м²

Как видим, q' ≈ q''

Расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3%, расчёт коэффициентов теплоотдачи на этом заканчиваем.

Находим коэффициент теплопередачи:

Распределение полезной разности температур

Проверим общую полезную разность температур установки:

Теперь рассчитаем поверхность теплопередачи выпарных аппаратов:

Выбираем аппарат с поверхностью теплопередачи F = 63 м².

По ГОСТ 11987 – 81 выбираем выпарной аппарат со следующими характеристиками:

Таблица 9

Номинальная поверхность теплообмена F,м2	63
Диаметр труб d, мм	38x2
Высота труб H, мм	6 000
Диаметр греющей камеры dk, мм	600
Диаметр сепаратора dc, мм	1 600
Диаметр циркуляционной трубы dц, мм	400
Общая высота аппарата Ha, мм	16 420
Масса аппарата Ma, кг	8 100