2.2 Определение коэффициента теплоотдачи

Для выпарных аппаратов с естественной циркуляцией

растворов коэффициент теплоотдачи а₂ определяется по формуле:

= , (30)

где σ- поверхностное натяжение;

q- удельная тепловая нагрузка;

- плотность раствора, кг/м³;

-плотность пара, кг/м³;

-плотность пара при давлении Р=1 атм., кг/м³;

r_вт- теплота парообразования, Дж/кг;

- коэффициент динамической вязкости раствора, Па*с;

- теплоемкость раствора, Дж/(кг*К);

- теплопроводность раствора, Вт/(м*К);

Физические, теплофизические свойства раствора определяются при температуре кипения и концентрации в корпусе. [1,Приложения Б1 - БЗ, Б7]

Теплоемкость =3345 Дж/кг*К; =3911 Дж/кг*К [3, с. 248].

Расчет ведем из условий равенства удельных тепловых потоков:

q=q_кон=q_ст=q_кип,

где q_кон- тепловой поток со стороны греющего пара;

q_кон=α₁·∆t₁;

q_кон=7583·3=22749 Вт/м­²

t_ст1=t_г-∆t₁=126,5-3=123,5

q_ст- удельный тепловой поток в стенке;

=22648 Вт/м²

q_кип- удельный тепловой поток при кипении жидкости внутри трубы,

q_кип=α₂·∆t₂.

t_ст2=t_ст1-∆t_ст=123,5-6,5=117

∆t₂=t_ст2-t_кип=117-108,4=8,6

Коэффициент теплоотдачи в первом корпусе равен:

= =3645 Вт/(м²*К)

Коэффициент теплоотдачи во втором корпусе равен:

= =3256 Вт/(м²*К)

q_кип=3645·8,6=22789 Вт/м­²

Коэффициент теплопередачи в 1 корпусе:

K₁= = =1253.4 Вт/(м²*К)

Коэффициент теплопередачи в 2 корпусе:

K₂₌ =543 Вт/(м²*К)

2.3 Распределение полезной разности температур

Распределение полезной разности температур по корпусам проводим из условия равенства поверхностей теплопередачи в аппаратах установки:

, (34)

где , , - соответственно полезная разность температур, °С; тепловая нагрузка аппарата, Вт; коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К) для J-ro корпуса; - суммарная полезная разность температур, °С;

=(2387100/1253.4)60/(2387100/1253.4+2322712 /543)=18.48^oC;

=(2322712 /543)60/(2387100/1253.4+2322712 /543)=41.5^oC;

Проверим общую полезную разность температур установки:

= + =18.5+41.5=60 °С.

Рассчитаем поверхность теплопередачи выпарных аппаратов:

F₁=2387100/1253.4*18.5=60 м²;

F₂=2322712 /543*41.5=60 м².

Найденные значения поверхностей мало отличаются от ориентировочно определенной ранее поверхности F_op. Поэтому в последующих приближениях нет необходимости вносить коррективы на изменение конструктивных размеров аппаратов (высоты, диаметра и числа труб).

Сравнения распределенных из условия равенства поверхностей теплопередачи и предварительно рассчитанных значений полезных разностей температур представлено ниже:

корпус

1 2

Распределенные в 1-м

приближении значения , град. 18,5 41,5

Предварительно рассчитанные значения , град. 18,15 41.9

Второе приближение

Как видно, полезные разности, рассчитанные из условия равного перепада давления в корпусах и найденные в первом приближении из условия равенства поверхностей нагрева в корпусах, существенно не различаются. Поэтому нет необходимости заново перераспределять температуры между корпусами установки.

По [1,приложению A5] выбираем выпарной аппарат со следующими характеристиками:

Номинальная поверхность теплообмена F_h= 63 м²;

Высота труб H_тр=4000 мм;

Диаметр труб d=38x2 мм;

Диаметр греющей камеры D_гк=800 мм;

Диаметр сепаратора D_сеп=1600 мм;

Диаметр циркуляционной трубы D_u =500 мм; - .

Общая высота аппарата Н=15500 мм;

Масса аппарата М=3500 кг.