Рассчитать горизонтальный теплообменный аппарат

V. Расчет коэффициентов теплопередачи по корпусам

По найденным  температурам кипения и концентрациям  растворов в корпусах подбираем в справочниках расчетные константы - физические характеристики растворов (плотность, теплопроводность, теплоемкость, вязкость). Далее задаемся диаметром труб и их длиной (в зависимости от типа выпарного аппарата).

По этим данным рассчитываем коэффициенты теплоотдачи  для конденсирующегося пара и кипящего раствора и коэффициенты теплопередачи. При этом следует учесть слой накипи порядка 0,5 мм. Т.к. диаметры греющих труб, а также корпусов выпарной установки не заданы, а, следовательно, отсутствуют характерные размеры для расчета коэффициентов теплоотдачи по пару и рассолу, то пользуемся ориентировочными значениями К в примере расчета.

Для I корпуса K₁ = 2000 Вт/(м²∙°С)

Для II корпуса К₂ = 1160 Вт/(м²∙°С)

Для III корпуса К₃= 680 Вт/(м²∙°С).

Ориентировочное соотношение коэффициентов теплопередачи  по корпусам при выпаривании водных растворов солей K₁:К₂:Кз = 1:0,58:0,34.

VI. Составление тепловых балансов по корпусам

Для упрощения  приближенного расчета составляем тепловые балансы без учета тепловых потерь и принимаем, что из каждого  корпуса в последующий раствор поступает при средней температуре кипения.

По условию  раствор подается на выпарку подогретым до температуры кипения в I корпусе.

Тогда расход теплоты  в I корпусе:

Q₁ = W₁∙r₁ = 0,195∙2085,535∙1000 = 406,68кВт

Раствор приходит во II корпус перегретым, следовательно, Q_нагр отрицательно (теплота самоиспарения) и расход теплоты во II корпусе:

Q₂ = W₂∙r₂ – G₁с₁(t₁-t ₂) = 0,215∙2165,504∙1000 – 1,055∙4330∙(161,05-142,28) =379,84 кВт

Количество  теплоты, которое даст вторичный  пар I корпуса при конденсации, составляет W₁∙r₁ = 406,68 кВт. Расхождение прихода и расхода теплоты в тепловом балансе II корпуса меньше 9 %.

Расход теплоты  в III корпусе:

Q₃ = W₃∙r₃ - G₂c₂(t₂ -t₃) = 0,234∙2317,92∙1000 – 0,84∙4260∙(134,82 - 76,4) =333,34 кВт

Вторичный пар II корпуса дает теплоты при конденсации (приход теплоты в III корпусе): W₂∙r₂ = 0,215∙2165,504∙1000 = 465,58 кВт.

Расход греющего пара в I корпусе:

G_г.п = Q₁/ r_гр.п.=406680/2066800 = 0,197 кг/с

Удельный расход пара: d = G_rn/W = 0,197/0,64= 0,307 кг/кг.

VII. Распределение полезной разности температур по корпусам

Распределение полезной разности температур по корпусам сделаем в двух вариантах: из условия равной площади поверхности и из условия (минимальной общей площади поверхности корпусов, т. е. пропорционально Q/K и пропорционально √q/k.

Найдем факторы  пропорциональности:

	Отношение Q/K	√q/k∙103
I корпус	406680/2000 = 203,44	450,93
II корпус	379840/1160 = 327,45	572,23
III корпус	333340/680 = 490,21	700,15
	∑ Q/K = 1021,1	∑√(Q/K*103) = 1723,31

Вариант равной площади поверхности корпусов	Вариант минимальной  общей площади поверхности корпусов
К	К

Полезные разности температур по корпусам:

Определение площади  поверхности нагрева:

Вариант равной площади поверхности корпусов	Вариант минимальной  общей площади поверхности корпусов
∑F = 34,35 м2	∑F = 33,31 м2

Следовательно, при равных площадях поверхностей корпусов общая площадь поверхности нагрева больше лишь на 3,03 %. Принимаем поэтому вариант равной площади поверхности корпусов, обеспечивающей однотипность оборудования.

Список литературы

 

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для ВУЗов /Под ред. чл.- кор. АН СССР П.Г. Романкова. - 10-е изд., перераб. и доп. - П.: Химия, 1987. - 576 с, ил.
2. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник. /Под общ. ред. В.А.Григорьева и В.М.Зорина. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 588с.
3. Арнольд Л.В., Михайловский Г.А., Селиверстов В.М.. Техническая термодинамика и теплопередача: Учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. – М.: Высшая школа, 1979. - 446 с.