Выпарной аппарат. Проектирование выпарной установки для концентрированного водного раствора хлорида аммония, производительностью 22 кгс по концентрированному раствору

• Название: Проектирование выпарной установки для концентрированного водного раствора хлорида аммония, производительностью 22 кгс по концентрированному раствору
• Дата: 08.09.2022
• Размер: 7.18 Mb.
• Имя файла: Выпарной аппарат.rtf
• Тип: Курсовая; #667396
• страница: 5 из 6

Значение усредненной по всей теплообменной поверхности разности температур рассчитывается по формуле:
; (3.22)
при этом

;

.

Получаем

.

Средняя температура раствора :

,

где - среднее арифметическое значение температуры теплоносителя, которое изменяется на меньшую величину (в данном случае температура конденсации греющего пара);

.

Расход раствора :

.

Расход теплоты на нагрев раствора:
, (3.23)
где - удельная теплоемкость раствора, рассчитанная по формуле 2.11, при и % масс.

По формуле 3.12 удельная теплоемкость воды при равна:

.

Тогда по формуле 3.11 получаем:



Расход теплоты на нагрев раствора по формуле 3.23 равен:

.

Расход греющего пара:



Принимая по (/1/, табл. 4.8 стр. 172) ориентировочный коэффициент теплопередачи , (аппарат со свободной циркуляцией, передача тепла от конденсирующегося пара к воде), рассчитываем ориентировочную поверхность теплопередачи:

.

Проходное сечение трубного пространства рассчитываем по формуле:
, (3.24)
где - внутренний диаметр труб; - динамический коэффициент вязкости начального раствора при средней температуре ; Re – критерий Рейнольдса.

По формуле 3.21 при для воды получаем:

,

а по формуле 3.20 для раствора находим:

,



Для обеспечения интенсивного теплообмена подбираем аппарат с турбулентным режимом течения теплоносителей. Раствор направляется в трубное пространство, греющий пар – в межтрубное.

Максимальное проходное сечение считаем при критерии Рейнольдса :

,

минимальное – при :

.

По полученному оценочному значению поверхности теплопередачи с учетом и , в качестве подогревателя, мы выбираем по (/3/ табл. 1.2 стр. 6) 2-у ходовый теплообменник, с внутренним диаметром кожуха , числом труб , поверхностью теплообмена , длиной труб , проходным сечением и числом рядов труб , расположенных в шахматном порядке.

3.5.2 Подробный расчет теплообменного аппарата
3.5.2.1 Теплоотдача в трубах

Находим, что теплоотдача для раствора описывается уравнением:
, (3.25)
где - критерий Нуссельта; - поправочный коэффициент; Re – критерий Рейнольдса; Pr – критерий Прандтля; - критерий Прандтля при температуре стенки трубы.

Коэффициент примем равным 1, полагая, что (/1/, табл. 4.3, стр. 153), где - длина труб, - эквивалентный диаметр. Критерий Рейнольдса рассчитываем по формуле:
, (3.26)
где - средняя скорость потока, и - соответственно плотность раствора и динамический коэффициент вязкости, при средней температуре .

По формуле 3.7 плотность раствора при и % масс. равняется:

,

.

Среднюю скорость потока определяем по формуле:


Учитывая, что для труб круглого сечения диаметр труб и эквивалентный диаметр совпадают, то для труб получаем:

.

Критерий Прандтля находим по формуле:
, (3.27)
где - удельная теплоемкость, ; - коэффициент теплопроводности, ; - динамический коэффициент вязкости, .

Коэффициент теплопроводности при и % масс. по формуле 3.15 равняется:

,

.

Таким образом, критерий Pr при и равняется:



Коэффициент теплоотдачи от раствора к стенке:

.

С учетом формулы 3.25 получаем:
, (3.28)
.
3.5.2.2 Теплоотдача при пленочной конденсации водяного пара

Для водяного пара в случае конденсации на пучке горизонтальных труб осредненный по всему пучку коэффициент теплопередачи можно рассчитать по формуле:
, (3.29)
где - поправочный множитель, учитывающий влияние числа труб по вертикали; - наружный диаметр труб; =7430 (взято из /1/, табл.4.6, стр. 162 при температуре конденсации греющего пара); - разность средней температуры конденсации греющего пара и температуры стенки со стороны греющего пара :

.
Поправочный множитель находим по (/1/, рис. 4.7, стр. 162) для шахматного расположения труби при числе рядов труб по вертикали :

.

Имеем:

.
3.5.2.3 Расчет коэффициента теплопередачи

1. 
   Первое приближение.
   

Принимаем в первом приближении . Тогда температура стенки со стороны греющего пара равняется:

.

Тогда по формуле (3.29) получаем:

.

При этом удельный тепловой поток от пара к стенке равен:
.
Сумма термических сопротивлений равна:
,
где - соответственно термические сопротивления загрязнений со стороны греющего пара, стенки и со стороны раствора.

По (/1/, табл. XXXI, стр. 531) находим:

,

.

Для стенки:

,

где - толщина стенки, - коэффициент теплопроводности стали (/1/, табл. XXVIII, стр. 529).

,

.

Поскольку удельный тепловой поток от пара к стенке равен удельному тепловому потоку через стенку , то можно получить:

,
при этом - температура стенки со стороны раствора равна:
,
.

При температуре удельная теплоемкость, динамический коэффициент вязкости и коэффициент теплопроводности, вычисленные, соответственно, по формулам 3.11, 3.15, 3.20 равны:

,

,

;

,

.

Подставляя найденные значения в формулу 3.27, получаем значение критерия Прандтля при температуре стенки:

.

По формуле 3.28 находим в коэффициент теплоотдачи от раствора к стенке:

.

Тогда удельный тепловой поток от стенки к раствору равняется:
,
где - вычисленная ранее средняя температура раствора.

.

Расхождение между и в первом приближении составляет

.

Составляем таблицу 3.4, в которую заносим результаты первого и второго приближений , а также проверочный расчет.
Таблица 3.5

Прибли-жения и провероч-ный расчет	Конденсация греющего пара
I	142,9	137.9	5,0	10485	52428
II	142,9	131,4	11,5	8514	97913
III	142,9	132.6	9,1	9027	82148
Прибли-жения и провероч-ный расчет	Стенка и ее загрязнения	Нагревание раствора
I		118,73	1,642	2181	116899
II		98,2	1,804	2130	75402
III		100,08	1,783	2137	83642