3.8 Уточненный расчет поверхности теплопередачи и выбор выпарных аппаратов

Применяя основное уравнение теплопередачи к любому корпусу выпарной установки, рассчитываю для него при принятом ранее температурном режиме требуемую поверхность теплообмена

F_i=Q_i/K_i*∆t_i

где Q_i - тепловая нагрузка, Вт

∆t – полезная разность температур в i-ом корпусе, установленная на предыдущих этапах расчета, °C

K_i – коэффициенты теплопередачи, Вт/м²К

Численное значение Q_i находят по формуле

Q_i=D_ir*(J_ir-с_ikt_ik),

где D_ir и J_ir – расход (кг/с) и энтальпия (Дж/кг) греющего пара поступающего в аппарат,

с_ik и t_ik - теплоемкость (Дж/кгК) и температура (°C) конденсата

Считая, что конденсат из аппарата выводится при температуре конденсации, принимаю t_ik= t_ir

Все значения величин, входящих в формулу определены при составлении приблизительного температурного режима работы установки и при решении системы теплового баланса выпаривания

Q₁ = 6,24562*(2700,477-4.23*112,7979) =13886,1041 к Вт

Q₂ = 13654,4398 кВт

Q₃ = 13533,0371 кВт

F₁ =13886,1041*1000 /756,1503*6,6051=2,7803*10³ м²

F₂ =13654,4398*1000 /1876,083 * 7,7453=0,9397*10³ м²

F₃ = 13533,0371*1000 /1677,144*24,6493=0,3274*10³ м²

Расхождение между большей и меньшей площадью аппаратов составляет больше 10%. Поэтому требуется провести уточнение распределения полезной разности температур установки по корпусам.

∆t_i = ∆t_пол* (Q_i / K_i)/ ∑(Q_i / K_i)

∆t₁ = 39 * 18364,21 /33711,47229=21,2451°C

∆t₂ = 39 * 7278,164025 /33711,47229=8,4199 °C

∆t₃ = 39 * 8069,09669 /33711,47229=9,3349 °C

Составляю таблицу температурного режима c учетом нового распределения полезной разности температур по корпусам установки

Таблица 10. Приблизительный температурный режим.

№ корпуса	∆’’’(i-1)i	Температура сокового пара, tic .	∆’ i2	Температура кипения раствора, ti2.	∆ti	Температура греющего пара t ir.
3	0	66,746	1,882033	68,628	9,3349	77,9629
2	2,9	80,8629	0,63062	81,4935	8,4199	89,9134
1	1,2	91,1134	0,439403	91,5528	21,2451	112,7979

Энтальпии пара (греющего и сокового) определяю при линейной интерполяции по соответствующим значениям температур [4] , установленным при расчете приблизительного режима работы установки.

Считая, что переохлаждения конденсата греющего пара не происходит, принимаю t_ik=t_ir и при этой температуре из таблицы физических свойств воды (на линии насыщения) [4] находим теплоемкость конденсата.

Температуры раствора на выходе из корпусов t_i2 определяю из таблицы приблизительного температурного режима. Теплоемкость раствора на выходе из корпусов c_i2 (по известным концентрациям x_i2 и x_н) и на входе в установку рассчитываю по формуле:

С=A-a*x,

где А и а - постоянные зависящие от природы раствора, таб.5 [1];

А=4061, а=16,7

х - концентрация в массовых процентах;

с₃₂ = 4061-16,7*17,197= 3773,8101 Дж/кгК

с₂₂ = 4061-16,7*25,604 = 3633,4132 Дж/кгК

с₁₂ = 4061-16,7*51,002= 3209,2666 Дж/кгК

с₃₁ = 4061-16,7*13 = 3843,9 Дж/кгК

Решение составленной системы уравнений теплового баланса выполняю с применением ЭВМ, по разработанной на кафедре программе. Все рассчитанные параметры в таблице№11

Таблица 11.

№	Наименование Величины	Размерность	Номера корпусов
			1	2	3
1	Энтальпия греющего пара	кДж/кг	2700,477	2661,8441	2640,7406
2	Энтальпия сокового пара	кДж/кг	2664,0041	2645,5532	2620,571
3	Теплоемкость конденсата	кДж/кгК	4,23	4,19	4,19
4	Теплоемкость Ра-ра на входе в корпус	кДж/кгК	3,6334	3,7738	3,8439
5	Теплоемкость Ра-ра на выходе из корпуса	кДж/кгК	3,2093	3,6334	3,7738
6	Температура конденсата	°С	112,7979	89,9134	77,9629
7	Температура Ра-ра на входе в корпус	°С	91,5528	81,4935	68,628
8	Температура Ра-ра на выходе из корпуса	°С	91,5528	81,4935	68,628

Таблица 12. Расход греющего пара D_1r и расход выпариваемой воды W_i в каждом корпусе.

№	Расход греющего пара, кг/с	Расход испаряемой воды, кг/с
1	6,2656	6,0779
2	6,0779	6,0003
3	6,0003	5,9288

Q_i=D_ir*(J_ir-с_ikt_ik),

Q₁ = 6,2656*(2700,477-4,23*112,7979) =13930,5709 к Вт

Q₂ = 13888,6516 кВт

Q₃ = 13885,1505 кВт

F_i=Q_i/K_i*∆t_i

F₁ =13930570,9/756,1503*21,2451=867,2 м²

F₂ =13888651,6/1876,083*8,4199=879,2 м²

F₃ = 13885150,5/1677,144*9,3349=886,7 м²

Расхождение между большей и меньшей площадью аппаратов составляет (886,7 -867,2)*100/886,7=2,19%, что меньше 10%.

Выбираем новый аппарат по ГОСТ

F_cт =800 м²

d_н =38*2 мм;

l=6000 мм.