Николаев Г.И. Тепловые процессы Учебное пособие

3.5. Расчет температурных потерь по корпусам

Общие потери температур по корпусам состоят из трех составляющих:

∆ = ∆1 + ∆11 + ∆111 .

а) ∆1 - от температурной депрессии,

∆1 = tn −tкип. раств ,

В справочных таблицах (табл XXXVI)[2] находим температуру кипения раствора NaNO3 при атмосферном давлении:

Поправочный коэффициент на искомую температуру

_____________________

Итого: ∑∆1 =10,83град.

б) от гидростатического эффекта:

∆11 = t∆P −tP

Hср = 0,4 м – принимаем расстояние от верхнего уровня жидкости до середины омываемой жидкостью поверхности нагрева.

Температура кипения воды при давлении по корпусам и потери температур от гидравлического эффекта:

Потери разности температур на каждом интервале между корпусами принимаем в 1, тогда ∑∆111 =1*3 = 3град.

Сумма всех потерь разности температур в целом составит: ∆ =10,83 + 6,59 +3 = 20,42град

∑∆1 = 2,36 + 0,59 +1 = 3,59 ≈ 4град.

3.6.Полезная разность температур

∆tпол = tп −t3 − ∑∆ =143 −60 − 20,42 = 62,58град; ∆tпол1 −t1 − ∆1 =143 −130 − 4 = 9град.

82

3.7. Температура кипения растворов по корпусам

83

3.8.Расчет коэффициентов теплопередачи по корпусам

Коэффициент теплопередачи определяют по уравнению

аддитивности термических сопротивлений:

3.8.1.Примем, что суммарное термическое

сопротивление равно термическому сопротивлению стенки δcт / λст и накипи δн / λн . Выбираем конструкционный

материал, стойкий в среде кипящих водных растворов. В этих условиях подходит сталь марки X17 с коэффициентом

3.8.2. Коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара к стенке первого корпуса.

Определяем по уравнению (2.6) при Рп = 4 атм и Н = 4 м.

α= λ3 ρ2 r∆ = ∆ −0,25 2

12,04 * 4 µ1 Н1∆t A* t1 , Вт/м К.

11

А= 10650 при Рп = 4 атм из табл. 2.1.

Принимаем ∆t1 = 2 , тогда

α= A * ∆t −0,25 = 106502−0,25 = 8955,5Вт/ м2 К .

Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение:

Распределение температур в процессе теплопередачи от пара через стенку к кипящему раствору показано на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Распределениетемпературвпроцессетеплопередачи отпарак кипящемурастворучерезстенку:

1 – пар; 2 – конденсат; 3 – стенка; 4 – ржавчина; 5 – кипящий раствор.

3.8.3.Коэффициент теплоотдачи от стенки к

В = 18,76.

Рис. 2.7. Зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур ∆t1

Тепловую нагрузку со стороны кипящего раствора определим по следующей формуле:

q1=α2*∆t2= 6685*2 = 13370 Вт/м2, где ∆t2 = ∆tпол1- ∆tст – ∆t1 = 9-5-2 = 2 0С;

∆tст – разность температур стенки со стороны пара и кипящего раствора, определяется по формуле (2.39):

∆tст= α1* ∆t1* ∑δ/λ = 8955,5*2*0,287*10-3 = 5 град.

Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

q1=α1*∆t1 = 8955,5*2 = 17911 Вт/м2; q2=α2*∆t2 = 6685*2 = 13370 Вт/м2.

Отсюда

Как видим разница между q1 и q2 очень большая, больше 10%, принимаем второе приближение ∆t1=1 град.

Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры на 1 град, рассчитываем α1 по

соотношению:

α1 = А* ∆t1-0,25 = 10650*1 = 10650 Вт/м2К; q1 = α1*∆t1 = 10650*1 = 10650 Вт/м2.

Тогда получим:

∆tст = 10650*1*2,87*10-4 = 3 град;

∆t2 = 9-1-3 = 5 град;

α2 = В*q10,6 = 18,76(10650)0,6 = 4893,76 Вт/м2К; q2 = α2*∆t2 = 4893,76*5 = 24469 Вт/м2.

Очевидно, что q1≠q2.

Для расчета в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стеной в первом корпусе (рис. 2.7.) и определяем ∆tопт = 1,7 град.

Отсюда получим:

α1 = А* ∆tопт-0,25 = 10650/1,70,25 = 9326 Вт/м2К; q1 = α*∆tопт = 9326*1,7 = 15856 Вт/м2;

∆tст= α1* ∆tопт* ∑δ/λ = 9326*1,7*0,287*10-3 = 4,55 град;

∆t2 = 9-4,55-1,7 = 2,75 град;

α2 = В(q)0,6 = 18,76(15856)0,6 = 6214 Вт/м2К; q2 = α2*∆t2 = 6214*1,7 = 17087 Вт/м2.

Определим процент отклонения между q1 и q2

Процент отклонения допустимого ∆< 10% для

технических расчетов, тогда принимаем

α1 = 9326 Вт/м2К и α2 = 6214 Вт/м3К.

Следовательно,

К1 = 93261 + 0,2871*10−3 + 62141 =1828Вт/ м2 К .

Ориентировочное соотношение коэффициентов теплопередачи по корпусам при выпаривании водных растворов солей К1 : К2 : К3 = 1 : 0,58 : 0,34.

На основании таких ориентировочных соотношений коэффициенты теплопередачи составят:

3.9. Составление тепловых нагрузок по корпусам

По условию, раствор подается на выпарку подогретым до температуры кипения.

Тогда раствор тепла составит по корпусам: IК

Q1 =W1 * r1 = 0,295* 2179 *103 = 643000Вт

3.10. Расход греющего пара в I корпусе:

3.11. Распределение полезной разности температур по корпусам

Распределение полезной разности температур по корпусам сделаем в двух вариантах из условий минимальной общей поверхности и из условий равной поверхности корпусов,

90

Полезные разности температур по корпусам:

Вариант минимальной Вариант равной поверхности поверхности

I∆tпол1 = ∆tпол * Q1 K1 =

К∑ Q K

91

3.12. Определение поверхности нагрева

Как видно, значения полезных разностей температур отличаются незначительно, что позволяет не производить уточненный расчет.

Учитывая большую разность температур в третьем корпусе, произведем уточненный расчет (как пример).

92

3.13.Уточненный расчет теплопередачи

Всвязи с тем, что существенное изменение давлении, по сравнению с рассчитанным в первом приближении, происходит только в 1-м и 2-м корпусах, где суммарные потери незначительны, во втором приближении принимаем

такие же значения ∆1 , ∆11 и ∆111 как в первом приближении.

Полученные после перераспределения температур (давлении) параметры растворов и паров по корпусам представим в табл. 2.5.

Таблица 2.5

Проверка суммарной полезной разности температур:

∆tпол =10,32 +18 +34,24 = 62,56град.

Сравнение полезных разностей температур, полученных во 2-ом и 1-ом приближениях:

Различия между полезными разностями температур по корпусам в 1-ом и 2-ом приближениях не превышает 1 %. Если же разница превышает 5 %, необходимо выполнить следующее, взяв за основу расчет ∆tпол из 2-го приближения и т.д., за совпадения полезных разностей температур.

г) Поверхность теплопередачи выпарных аппаратов: