Расчёт полезной разности температур
Общая полезная разность температур равна:
(36)
Полезные разности температур по корпусам (в °С) равны:
(37)
(38)
(39)
Проверка общей полезной разности температур осуществляется по выражению:
(40)
Определение тепловых нагрузок
Расход греющего пара в первый корпус, производительность каждого корпуса по выпаренной воде и тепловые нагрузки по корпусам определим путём совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения баланса по воде для всей установки:
(41)
(42)
(43)
(44)
где 1,03 – коэффициент, учитывающий 3 % потерь в окружающую среду; сН, с1, с2 – теплоёмкости растворов соответственно исходного (начальной концентрации), в первом и во втором корпусе, кДж/(кг∙К); Q1конц, Q2конц, Q3конц – теплота концентрирования по корпусам, кВт; tН – температура кипения исходного раствора в первом корпусе, °С:
(45)
где 
- температурная депрессия для исходного раствора. При решении уравнений (12) – (15) можно принять Iвп1 ≈ Iг2; Iвп2 ≈ Iг3; Iвп3 ≈ Iбк.
Из анализа зависимостей теплоты концентрирования от концентрации и температуры рассчитается наибольшая теплота концентрирования в корпусе:
|
|
|
(46)
где Gсух – производительность аппаратов по сухому K2CO3, кг/с; Δq – разность интегральных теплот растворения при концентрациях х2 и х3, кДж/кг.
Необходимо сравнить Q3конц с ориентировочной тепловой нагрузкой для третьего корпуса QОР:
(47)
Если наибольшая теплота концентрирования в каком – либо корпусе составляет менее 3% от Qор, в уравнениях тепловых балансов по корпусам пренебрегаем величиной Qконц.
Если наибольшее отклонение вычисленных нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе от предварительно принятых не превышают 5 %, то пересчитывать концентрации и температуры кипения растворов по корпусам нет необходимости.
Полученные величины сводим в таблицу 2.
Таблица 2 Параметры растворов и паров по корпусам
| Параметр | Корпус | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Производительность по испаряемой воде w, кг/с | |||
| Концентрация растворов х, % | |||
| Давление греющих паров Рг, Мпа | |||
| Температура греющих паров tг, °С | |||
| Температурные потери ΣΔ, град | |||
| Температура кипения раствора tк, °С | |||
| Полезная разность температур, Δtп, град | |||
Выбор конструкционного материала
|
|
|
Материал подбирается су четом стойкости в среде кипящего заданного раствора в интервале заданного изменения концентраций [2].
Расчёт коэффициентов теплопередачи
Коэффициент теплопередачи для первого корпуса К определяют по уравнению аддитивности термических сопротивлений:
(48)
где α1, α2 – коэффициенты теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке и от кипящего раствора к стенке соответственно, Вт/(м2×К); δ – толщина стенки, м; λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м×К).
Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки δст/λст и накипи δн/λн. Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем.
Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к стенке α1 равен:
(49)
где r1 – теплота конденсации греющего пара, Дж/кг; ρж1, λж1, μж1 – соответственно плотность (кг/м3), теплопроводность [Вт/(м∙К)], вязкость (Па∙с) конденсата при средней температуре плёнки tпл = tг1 – Δt1/2, где Δt1 – разность температур конденсации пара и стенки, град.
|
|
|
Физические свойства конденсата заданного раствора при средней температуре плёнки сведём в таблицу 3.
Теплопроводность рассчитывается по формуле [4]:
(50)
где М – молекулярная масса раствора,142 г/моль; ср – удельная теплоёмкость, Дж/(кг∙К).
Таблица 3 Физические свойства конденсата при средней температуре плёнки
| Параметр | Корпус | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Теплота конденсации греющего пара r, кДж/кг | |||
| Плотность конденсата при средней температуре плёнки ρж, кг/м3 | |||
| Теплопроводность конденсата при средней температуре плёнки λж, Вт/(м∙К) | |||
| Вязкость конденсата при средней температуре плёнки μж, Па∙с | |||
Расчёт α1 ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем Δt1 = 2,0 град.
Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение:
(51)
где q – удельная тепловая нагрузка, Вт/м2; Δtст – перепад температур на стенке, град; Δt2 – разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, град.
|
|
|
, град (52)
Коэффициент теплопередачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубах при условии естественной циркуляции раствора [6] равен:
(53)
где ρж, ρП, ρ0 – соответственно плотность жидкости, пара и пара при абсолютном давлении р = 1 ат., кг/м3; σ – поверхностное натяжение, Н/м; μ – вязкость раствора, Па∙с.
Физические свойства раствора в условиях кипения сводят в таблицу 4.
Таблица 4 Физические свойства кипящих растворов и их паров:
| Параметр | Корпус | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Теплопроводность раствора λ, Вт/(м∙К) | |||
| Плотность раствора ρ, кг/м3 | |||
| Теплоёмкость раствора с, Дж/(кг∙К) | |||
| Вязкость раствора μ, Па∙с | |||
| Поверхностное натяжение σ, Н/м | |||
| Теплота парообразования rв, Дж/кг | |||
| Плотность пара ρп, кг/м3 | |||
Необходимо проверить правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
Вт/м2 (54)
Вт/м2 (55)
Если q’ ≠ q”. Расчет приближения следует повторить. Если расхождение между тепловыми нагрузками q’ ≈ q”не превышает 3%, на этом расчёт коэффициентов α1 и α2 заканчивают. Расчеты повторяют для всех корпусов.
Для расчёта в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой (рисунок 1) и определяем Δt1.
Рисунок 2. График зависимости удельной тепловой нагрузки q от разности температур Δt1.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 269; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!