Расчет коэффициентов теплопередачи



Рассчитываем коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке трубы

Здесь  принята в первом приближении. Неизвестные параметры найдены по таблицам приложения.

Тогда удельная тепловая нагрузка равна

Выбераем в качестве конструкционного материала аппарата сталь Х18Н10Т, стойкую в среде кипящего раствора NaClв интервале изменения концентраций от 5 до 25%. Коэффициент теплопроводности стал

Суммарное термическое сопротивление стенки

Перепад температур на стенке

При такой результат нереален. Поэтому задаемся новым значением  Пересчитываем коэффициент теплоотдачи со стороны греющего пара

Получаем удельную тепловую нагрузку

Перепад температур на стенке

Тогда

Для расчета коэффициента теплоотдачи от стенки к кипящему раствору используем критериальное уравнение(20)

Значения физических параметров, входящих в критерии, находим с помощью таблиц приложения при температуре в кипятильных трубах.

Рассчитываем критерий Рейнольдса

и затем критерий Нуссельта

Тогда коэффициент теплоотдачи со стороны раствора равен

Значение удельной тепловой нагрузки

что также говорит о неверном выборе

Из полученных результатов можно сделать вывод, что истинное значение  находится в интервале от 1 до 2 град.

Задаваясь последовательно несколькими значениями можно достичь вполне удовлетворительного результата при  В этом случае получим:

, , ,

,

ассчитываем среднее значениеудельной тепловой нагрузки:

Тогда коэффициент теплопередачи в первом корпусе равен

Выполняя аналогичные расчеты для второго и третьего корпусов в последних расчетах получим:

для второго корпуса:

, , , ,

, ,

для третьего корпуса:

, , , ,

, ,

Распределениесуммарной полезной разности температур

Проверяем суммарную полезную разность температур

Вычисляем поверхности теплопередачи корпусов

Найденные поверхности теплоперендачи выпарных аппаратов отличаются от ориентировочно рассчитанных. Поэтому выбираем выпарные аппараты с поверхностью теплопередачи 192 м2.

При увеличении размеров аппаратов изменяется площадь сечения потока и масса циркулирующего раствора. Необходимо уточнить перегрев раствора в каждом корпусе.

Площадь сечения потока составит

Перегрев растворав первом корпусе

во втором корпусе

в третьем корпусе

Суммарная полезная разность температур составит

Пересчитываем полезные разности температур для каждогокорпуса

Сравниваемполучпределенные из условия равенства поверхностей теплопередачи и предварительно рассчитанные значения полезных разностей температур в корпусах:

 

Корпус

1 2 3
Значения , полученные в первом приближении, град. 20,7 19,0 24,9
Значения , предварительно рассчитанные, град. 7,9 13,8 40,6

 

Полезные разности температур существенно отличаются. Необходимо сделать уточненный расчет.

Второе приближение

Перераспределяем температуры паров и растворов с учетом полученных в первом приближении полезных разностей температур

Таблица 3.6 – Параметры растворов и паров после перераспределения температуры

Параметры

Корпус

1 2 3
Производительность по испаряемой воде , кг/с 2,78 2,58 2,64
Концентрация раствора , % 7,0 10,9 25,0
Температура греющего пара , 133,5 109,1 85,9
Полезная разность температур , град. 20,7 19,0 24,9
Температура кипения раствора , 112,8 90,1 61,0
Сумма депрессий температуры , град. 2,7 3,2 6,0
Температура вторичного пара , 110,1 86,9 55,0
Температуная депрессия , град. 1,4 2,1 5,1
Температура кипения , 111,5 89 60,1

 

Рассчитаем тепловые нагрузки корпусов (в кВт). Предварительно находим энтальпии вторичных паров и рассчитываем температуру подачи раствора в первый корпус:

, , ,

Тепловые нагрузки равны:

Расчет коэффициентов теплопередачи выполняем аналогично расчету в первом приближении. Получим:

, ,

Распределяем полезную разность температур

Сравниваем полезные разности температур, полученные в первом и втором приближениях

 

Корпус

1 2 3
Значения , полученные в первом приближении, град. 20,7 19,0 24,9
Значения , полученные во втором приближении, град. 21,9 19,7 23,0

 

Так как полезные разности температур отличаются более чем на 5%, выполняем еще одно приближение.

Третье приближение

Перераспределяем температуры паров и растворов

Таблица 3.7 – Параметры растворов и паров после перераспределения температуры

Параметры

Корпус

1 2 3
Производительность по испаряемой воде , кг/с 2,78 2,58 2,64
Концентрация раствора , % 7,0 10,9 25,0
Температура греющего пара , 133,5 107,9 84,о
Полезная разность температур , град. 21,9 19,7 23,0
Температура кипения раствора , 111,6 88,2 61,0
Сумма депрессий температуры , град. 2,7 3,2 6,0
Температура вторичного пара , 108,9 85,0 55,0
Температуная депрессия , град. 1,4 2,1 5,1
Температура кипения , 110,3 87,1 60,1

 

Рассчитываем тепловые нагрузки корпусов (в кВт). Энтальпии вторичных паров и температура подачи раствора в первый корпус:

, , ,

В третьем приближении получим следующие результаты:

, , ,

, , ,

, ,

Полезные разности температур, полученные во втором и третьем приближениях

 

Корпус

1 2 3
Значения , полученные во втором приближении, град. 21,9 19,7 23,0
Значения , полученные в третьем приближении, град. 21,9 19,6 23,1

 

Различия в полезных разностях температур не превышают 5%.

Рассчитываем значения площади поверхности теплопередачи выпарных аппаратов:

Выбираем выпарные аппараты с поверхностью теплообмена .

Остальные расчеты выполняем аналогично приведенным в примере Пример 1.


Приложения

Приложение 1. Аппараты с центробежным брызгоотделителем

Аппараты с естественной циркуляцией, соосной греющей камерой и кипением раствора в трубах (Тип I исполнение 1)

Аппарат состоит из греющей камеры, сепаратора с отбойником и брызгоотделителем и циркуляционной трубы.

 Греющая камера представляет собой пучок труб, заключенный в цилиндрическую обечайку. Верхние и нижние концы труб завальцованы в трубные решетки, приваренные к концам обечайки.

Сепаратор – цилиндрический сосуд с эллиптической верхней крышкой и коническим днищем. В верхней части сепаратора расположен брызгоотделитель. Выпариваемый раствор, поднимаясь по трубам, поступает в сепаратор, где разделяется на жидкую и паровую фазы. Вторичный пар, проходя сепаратор и брызгоотделитель, освобождается от капель раствора и выходит из аппарата через штуцер Б.

Раствор по циркуляционной трубе опускается вниз и поступает в нижнюю часть труб, где подогревается греющим паром и по мере подъема вскипает.

Греющий пар через штуцер А поступает в межтрубное пространство, где конденсируется. Конденсат удаляется через штуцер Д.

При работе аппарата в системе многокорпусной установки раствор из предыдущего аппарата в следующий рекомендуется подавать через нижнюю соединительную камеру под трубную решетку.

 


Техническая характеристика аппаратов (Тип I исполнение 1)

Номинальная поверхность

теплопередачи, м2

Поверхность теплопередачи действительная, м2

Диаметр греющей камеры D1

Сепаратор

Диаметр циркуляционной трубы D3

Расстояние между осями L1

 

Расстояние между болтами на

опорахB1

Высота аппарата H

Избыточное расчетное

давление, кгс/см2

Масса аппарата M, кг

 

ДиаметрD2

высота

Размер труб, мм

Число труб, n

Размер труб, мм

Число труб, n

p = 1кгс/см2

p = -0,92кгс/см2

до брызгоотделителя H1

до отбойника H2

с трубами диаметром 25×2

с трубами диаметром 38×2

при трубах диаметром

в греющей камере

в сепараторе

диаметр 25×2

диаметр 38×2

25×2

38×2

длина L

длина L

3000 4000 4000 5000
10 12 - 61 - - - 325 800 800

1200

300 159 600 500 5800 -

3; 6; 10

-0,92; 1; 3; 6

1100 -
25 24 - 121 23 - 55 400 800 800 300 159 700 625 5900 5900 1400 1500
25 - 32 121 - - - 400 800 800 300 159 700 625 6900 - 1700 -
50 - - - 52 - 121 600 1200 1200 400 219 800 930 - 7500 - 3100
63 56 - 283 - - - 600 1200 1200 400 219 800 930 6400 - 3000 -
80 - 74 283 - - - 600 1200 1200 400 219 800 930 7400 - 3300 -
100 101 - 511 90 - 211 800 1400 1400

1600

400 325 1000 1180 7200 8200 4800 4900
125 - 135 511 - 112 211 800 1400 1400 400 325 1000 1180 8200 9200 5600 5300
160 163 - 823 154 - 361 1000 2000 2000 500 400 1200 1450 7800 8800 8000 8000
200 - 216 823 - 192 361 1000 2000 2000 500 400 1200 1450 8700 9700 9100 8800
200 - - - 218 - 511 1200 2000 2000 500 500 1400 1720 - 8700 - 10500
250 - - - - 272 511 1200 2000 2000 500 500 1400 1720 - 9800 - 11700
315 - 313 1189 - - - 1200 2200 2200 500 500 1400 1720 9000 - 12700 -
315 - - - 308 - 721 1400 2600 2600 600 600 1600 1930 - 9500 - 15600
400 - 434 1643 - 384 721 1400 2600 2600 600 600 1600 1930 9500 10500 17900 17200
400 - - - 408 - 955 1600 2800 2800 600 700 1800 2180 - 9800 - 19700
500 - - - - 510 955 1600 2800 2800 600 700 1800 2180 - 10800 - 21000
500 - - - 507 - 1189 1800 3000 3000 700 800 2000 2400 - 10000 - 24000
630 - 571 2161 - - - 1600 2800 3200 600 700 1800 2180 10000 - 24200 -
630 - - - - 634 1189 1800 3200 3200 700 800 2000 2400 - 11100 - 29000
630 - - - 634 - 1495 2000 3200 3200 700 900 2400 2640 - 10100 - 32300
800 - 726 2749 - - - 1800 3200 3400     700 800 2000 2400 10400 - 30600 -
800 - - - - 796 1495 2000 3200 3600 700 900 2400 2640 - 11400 - 34600


Аппараты с естественной циркуляцией, соосной греющей камерой, вынесенной зоной кипения и солеотделением (Тип I исполнение 2)

Аппарат состоит изгреющей камеры, сепаратора с трубой вскипания, отбойником и брызгоотделителем, циркуляционной трубы и солеотделителя.

Конструкция греющей камеры аналогична аппарату исполнения I

Кипение раствора происходит не в греющих трубах, а в трубе вскипания, расположенной над греющей камерой внутри сепаратора. Кипение в греющих трубах предотвращается за счет гидростатического давления столба жидкости в трубе вскипания.

Циркуляция раствора в аппарате осуществляется по контуру: сепаратор – циркуляционная труба – солеотделитель – греющая камера – сепаратор.

Вторичный пар, пройдя сепаратор и брызгоотделитель, освобождается от капель раствора и выходит из аппарата через штуцер Б. Уровень раствора должен поддерживаться по верхней кромке трубы вскипания. Снижение уровня приводит к потере полезного напора и уменьшению скорости циркуляции раствора, а значительное повышение уровня может вызвать повышенный унос раствора.

Выпадающие из раствора крупные кристаллы солей осаждаются в солеотделителе и выводятся с упаренным раствором через штуцер Г, а мелкие – уносятся циркулирующим потоком жидкости.

Исходный раствор, поступающий на выпаривание, подается в аппарат через штуцер В.

Конструкцией аппарата предусмотрен штуцер Здля промывки для промывки нижней части сепаратора и солеотделителя.


Техническая характеристика аппаратов (Тип I исполнение 2)

Номинальная поверхность

теплопередачи, м2

Поверхность теплопередачи действительная, м2

Диаметр греющей камеры D1

Сепаратор

Диаметр циркуляционной трубы D3

Труба вскипания

Расстояние между осями L1

Расстояние между болтами на

опорахB1

Высота аппарата H

Избыточное расчетное

давление, кгс/см2

Масса аппарата M, кг при трубах диаметром

 

Размер труб, мм

Число труб, n

Размер труб, мм

Число труб, n

Диаметр D2

Высота

Диаметр D4

Высота H4

с трубами диаметром

25×2

с трубами диаметром

38×2

в греющей камере

в сепараторе

диаметр 25×2

диаметр 38×2

p = 1кгс/см2

p = -0,92

кгс/см2

до брызгоотделителя H1

до отбойника H2

 

25×2

38×2

длина L

длина L

4000 5000 5000 7000
25 - - 121 30 - 55 400 800 800 1200 250 219 350

2000

700 625 - 9900

3; 6; 10

-0,92; 1; 3; 6

- 1600
25 32 - 121 - - 55 400 800 800 1200 250 219 350 700 625 8900 - 1800 -
63 - - - 65 - 121 600 1200 1200 1200 400 325 500 900 930 - 10500 - 3600
80 74 - 283 - - 121 600 1200 1200 1200 400 325 500 900 930 9500 - 3700 -
100 - 93 283 - - 121 600 1400 1400 1200 400 325 500 900 930 10800 - 5000 -
125 - - - 112 - 211 800 1600 1600 1600 400 500 700 1200 1180 - 11400 - 5900
125 135 - 511 - - 211 800 1600 1600 1600 400 500 700 1200 1180 10400 - 6200 -
160 - 168 511 - - 211 800 1800 1800 1600 400 500 700 1200 1180 11600 - 8600 -
200 216 - 823 192 - 361 1000 2000 2200 1600 500 500 900 1300 1450 10900 11900 9400 10000
250 - 271 823 - 269 361 1000 2000 2400 1600 500 500 900 1300 1450 11900 13900 12000 12100
250 - - - 272 - 511 1200 2200 2400 1600 500 700 1000 1600 1720 - 12200 - 13200
315 313 - 1189 - - 511 1200 2200 2600 1600 500 700 1000 1600 1720 11500 - 14600 -
400 - 391 1189 - 381 511 1200 2200 2800 1600 500 700 1000 1600 1720 12500 14500 16700 17100
400 434 - 1643 384 - 721 1400 2600 3000 1600 600 800 1200 1800 1930 11900 12900 19200 18900
500 - 542 1643 - 539 721 1400 2600 3400 1600 600 800 1200 1800 1930 13200 15200 25700 26500
500 - - - 510 - 955 1600 2800 3200 1600 600 800 1400 2200 2180 - 13100 - 28200
630 571 - 2161 - 714 955 1600 3000 3800 1600 600 800 1400 2200 2180 12600 15600 30300 33000
630 - - - 634 - 1189 1800 3400 3600 1600 700 1000 1600 2300 2400 - 13500 - 35500
800 - 713 2161 - - - 1600 3000 3800 1600 600 800 1400 2200 2180 13600 - 32300 -
800 - - - - 886 1189 1800 3400 4400 1600 700 1000 1600 2300 2400 - 16000 - 43000
800 - - - 796 - 1495 2000 3600 4000 1600 700 1000 1800 2400 2640 - 14000 - 38500
1000 - 910 2749 - - - 1800 3400 4400 1600 700 1000 1600 2300 2400 14000 - 42900 -
1000 - 1120 3399 - 1116 1495 2000 3600 5000 1600 700 1000 1800 2400 2640 14000 16000 54800 55000

Аппараты с естественной циркуляцией, вынесенной греющей камерой и кипением раствора в трубах (Тип II исполнение 1)

Аппарат состоит из греющей камеры, сепаратора с брызгоотделителем и циркуляционной трубы.

К верхней трубной решетке подсоединена переходная камера со штуцером для соединения с сепаратором. В верхней части сепаратора расположен брызгоотделитель. Коническое днище сепаратора соединено с циркуляционной трубой, которая посредством колена подсоединяется к нижней растворной камере.

Циркуляция раствора в аппарате осуществляется по замкнутому контуру: сепаратор – циркуляционная труба – греющая камера – сепаратор.

Выпариваемый раствор, поднимаясь по трубам, нагревается и по мере подъема вверх вскипает.

Образовавшаяся парожидкостная смесь направляется тангенциально в сепаратор, где происходит разделение жидкой и паровой фаз. Вторичный пар, пройдя сепаратор и брызгоотделитель, освобождается от капель и выходит из аппарата через штуцер Б. Раствор возвращается по циркуляционной трубе в греющую камеру.

Греющий пар через штуцерА поступает в межтрубное пространство аппарата, где конденсируется. Конденсат удаляется через штуцер Д.

Раствор подают через один из штуцеровВв зависимости от характера работы аппарата.

Конструкцией аппарата предусмотрена механическая очистка внутренней поверхности греющих труб.


Техническая характеристика аппаратов (Тип 2 исполнение 1)

Номинальная поверхность

теплопередачи, м2

Поверхность теплопередачи действительная, м2

Число труб, n

Диаметр греющей камеры D1

Сепаратор

Диаметр циркуляционной трубы D3

Камера верхняя

Расстояние между осями L1

Расстояние между болтами на опорах B1

Расстояние между болтами на

опорахB2

Высота аппарата H

Избыточное расчетное

давление, кгс/см2

Масса аппарата M, кг

 

Диаметр

D2

Высота до брызгоотделителя H1

Диаметр штуцера D4

Высота H4

Размер труб, мм

p = 1кгс/см2

p = -0,92кгс/см2

p = 1кгс/см2

p = -0,92кгс/см2

p = 1кгс/см2

p = -0,92кгс/см2

p = 1кгс/см2

p = -0,92кгс/см2

в греющей камере

в сепараторе

диаметр 38×2

длина L


Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 318;