10. Расчет кипятильника

10.1 Тепловая нагрузка кипятильника.

Где r=682 кДж/кг – теплота испарения кубового остатка при 106,3⁰С.

10.2 Расход оборотной воды

где: С_V=4230Дж/кг*С⁰ - теплоемкость оборотной воды.

10.3 Температурная схема:

t

119,2

115

106,3 106,3

F

2, то средняя разность температур:

10.4 Ориентировочный выбор теплообменника.

В кипятильнике кубового остатка кубовый остаток, как более коррозионная среда, проходит в трубном пространстве, а греющий пар проходит в межтрубном пространстве на пучке вертикальных труб. В соответствии с рекомендациями при вынужденном движении теплоносителей принимают ориентировочное значение коэффициента теплопередачи от конденсирующегося насыщенного пара к органической жидкости /2, с.47, табл. 2,1/ К_ор=900Вт/м²*⁰С. Ориентировочная поверхность теплообмена основного подогревателя составляет:

В соответствии с /2, с.51, табл. 2,3/ поверхность, близкую к ориентировочной, имеет теплообменник с диаметром кожуха D_K=600мм; диаметром труб 25х2мм; числом ходов Z=4; общим числом труб N=206; длиной труб L=4м и поверхностью теплообмена F=65м².

10.5 Уточненный расчет поверхности теплообмена кипятильника.

Линейная скорость движения кубового остатка в трубном пространстве выбранного теплообменника:

где:

n=N/z – число труб, приходящееся на один ход трубного пространства;

d=0,021м – внутренний диаметр труб;

ρ­_W=952,4 кг/м³ – плотность кубового остатка при его средней температуре.

Критерий Рейнольдса для кубового остатка:

где μ_W=3,7*10^-4Па*с – динамический коэффициент вязкости кубового остатка при его средней температуре.

Режим течения кубового остатка в трубном пространстве переходный. Для расчета коэффициента теплоотдачи воспользуемся формулой Хаузена.

где μ_cn – динамический коэффициент вязкости кубового остатка при средней температуре стенки трубы, Па*с.

Критерий Pr_W для кубового остатка:

Физические константы, входящие в критерий Прандтля выбирают при средней температуре кубового остатка в кипятильнике.

Критерий Нуссельта для кубового остатка:

Коэффициент теплоотдачи со стороны кубового остатка

Линейная скорость движения греющего пара в межтрубном пространстве выбранного теплообменника:

где:

n=N/z – число труб, приходящееся на один ход трубного пространства;

d=0,025м – внешний диаметр труб;

ρ_в=938 кг/м³ – плотность греющего пара при его средней температуре.

где:

t_конд – температура конденсации насыщенного водяного пара, ⁰С;

t_ст – температура стенки трубы, ⁰С;

λ – коэффициент теплопроводности конденсата, Вт/(м*⁰С)

μ – динамический коэффициент вязкости, Па*с;

ρ – плотность конденсата, кг/м³;

r – удельная теплота конденсации насыщенного водяного пара, Дж/кг;

L – длина (высота) трубы, м.

значения физико-химических констант конденсата λ, ρ, μ определяют при средней температуре пленки конденсата , ⁰С. Удельную теплоту конденсации определяют при температуре конденсации t_конд.

10.5.1 Определение температуры стенок теплообменной трубы.

Т.К. необходимые для расчета коэффициентов теплоотдачи α_W и α_П температуры стенок теплообменной трубы со стороны кубового остатка t_ст,F и со стороны конденсирующегося насыщенного пара t_ст,п не известны, то их определяют методом последовательных приближений. Для определения температуры стенок t_ст,п и t_ст,F рис. 10.2

Греющий Кубовый

пар остаток

117,1 q

106,3

при установившемся процессе теплообмена используют систему уравнений:

Суммарное термическое сопротивление ∑r стальной стенки и загрязнений на ней равно:

- термическое сопротивление стальной стенки теплообменной трубы.

r_загр.W=0,86*10^-4 - термическое сопротивление загрязнений со стороны кубового остатка.

10.5.2 Первое приближение.

Задаются величиной t_ст,п, которая должна находится в пределах между t_срW=106,3⁰С и t_ср=117,1⁰С. Т.К очевидно, что α_П>α_W, t_ст, будет ближе к 117,1⁰С. Задаются t_ст,п=115⁰С и рассчитывают удельный поток q_п, предварительно определив коэффициент теплоотдачи α_п со стороны греющего пара:

Константы взяты при средней температуре t_ст,п=115⁰С

Разность температур:

Температура стенки t_ст,F со стороны кубового остатка:

Динамический коэффициент вязкости кубового остатка при температуре стенки t_ст,W=111⁰С.

μ_ст,W=0,387*10^-3Па*с

Коэффициент теплоотдачи со стороны кубового остатка:

Удельный тепловой поток:

Средний удельный поток:

Расхождения между значениями тепловых потоков большое, поэтому выполняют второе приближение.

10.5.3 Второе приближение.

Задаются t_ст,п=117⁰С и рассчитывают удельный поток q_п, предварительно определив коэффициент теплоотдачи α_п со стороны греющего пара:

Константы взяты при средней температуре t_ст,п=117⁰С

Разность температур:

Температура стенки t_ст,F со стороны кубового остатка:

Динамический коэффициент вязкости кубового остатка при температуре стенки t_ст,W=115,6⁰С.

μ_ст,W=0,368*10^-3Па*с

Коэффициент теплоотдачи со стороны кубового остатка:

Удельный тепловой поток:

Средний удельный поток:

Расхождения между значениями тепловых потоков большое, поэтому выполняют третье приближение.

10.5.4 Третье приближение.

ТАБЛИЦА 10.1

t	qп	qw
115	17,98	1,969
117	1,8405	4,5154

Зависимость q-t_ст

Рис.10.1 Графическое отображение зависимости q-t_ст.

Точка пересечения прямых q_п и q_W дает значение температуры стенки t_ст,п=116,9⁰С. Принимают эту температуру в качестве исходной для третьего приближения.

Коэффициент теплоотдачи α_п со стороны оборотной воды:

Константы взяты при средней температуре t_ст,п=116,7⁰С

Разность температур:

Температура стенки t_ст,F со стороны кубового остатка:

Динамический коэффициент вязкости кубового остатка при температуре стенки t_ст,W=114,1⁰С.

μ_ст,W=0,372*10^-3Па*с

Коэффициент теплоотдачи со стороны кубового остатка:

Удельный тепловой поток:

Средний удельный поток:

Отклонение удельного теплового потока от среднего удельного теплового потока:

Что находится в пределах обычной точности технических расчетов.

10.5.5 Определение коэффициента теплопередачи.

Так как отношение d/d_тр=0,021/0,025=0,84>0,5, рассчитываем коэффициент теплопередачи по формуле для плоской стенки:

10.5.6 Необходимая поверхность теплообмена. Выбор теплообменника.

Необходимую поверхность теплообмена определяют по уравнению теплопередачи:

На основании уточняющего расчета в качестве основного подогревателя выбирают /2, с.51, табл.2.3/ кожухотрубный теплообменник с параметрами:

Диаметр кожуха: 800 мм

Диаметр труб: 25х2

Число ходов: 2

Общее число труб:442

Длина труб: 6 м

Номинальная поверхность:208 м²

При этом запас поверхности теплообмена составляет: