1.4 Характеристики выпарного аппарата

Рассчитываем поверхность теплопередачи выпарного аппарата

м².

Принимаем выпарной аппарат со следующими параметрами: поверхность теплопередачи F=100 м²; диаметр греющей камеры D=800 мм; диаметр сепаратора D₁=1800 мм; диаметр циркуляционной трубы D₂=500 мм; высота аппарата Н=21500 мм; масса аппарата М=14500 кг.

Диаметр штуцера, через который поступает греющий пар

м,

где G_г.п.=1,73 кг/с;

ω_п=25 м/с – скорость греющего пара (таблица 1.1 [1]);

ρ_п=1,395 кг/м³ – плотность пара при t_г.п.=127,37 ºС (таблица LVI [1]).

Принимаем диаметр d₁=273х10 мм (приложение А1 [2]).

Диаметр штуцера, через который выходит конденсат

м,

где G_г.п.=1,73 кг/с;

ω_к=0,5 м/с – скорость конденсата (таблица 1.1 [1]);

ρ_к=1000 кг/м³ – плотность конденсата (таблица ХХХIХ [1]).

Принимаем диаметр d₂=70х3 мм (приложение А1 [2]).

Диаметр штуцера, через который выходит вторичный пар

м,

где W=1,52 кг/с;

ω_в.п=25 м/с – скорость вторичного пара (таблица 1.1 [1]);

ρ_в.п=0,4699 кг/м³ – плотность вторичного пара (таблица LVI [1]).

Принимаем диаметр d₃=426х11 мм (приложение А1 [2]).

Диаметр штуцера, через который поступает раствор

м,

где G_н=2,2 кг/с;

ω_р-ра=2 м/с – скорость поступающего раствора (таблица 1.1 [1]);

ρ_р-ра=1143 кг/м³ – плотность раствора.

Принимаем диаметр d₄=38х2 мм (приложение А1 [2]).

Диаметр штуцера, через который выходит упаренный раствор

м,

где G_н=2,2 кг/с;

W=1,52 кг/с;

ω_у.р.=0,3 м/с – скорость упаренного раствора (таблица 1.1 [1]);

ρ_р-ра=1143 кг/м³ – плотность раствора.

Принимаем диаметр d₃=56х3,5 мм (приложение А1 [2]).

2 Технологический расчет теплообменника

Принимаем, что 26 % раствор KCl нагревается от 20 до 98,62 ºС за счет конденсации греющего пара, давление которого 2,56 ат, t_конд=127,37 ºС.

2.1 Температурная схема

Температурная схема процесса

127,37 – 127,37

20 – 98,62

; .

ºС.

Определим среднюю температуру нагревателя раствора

ºС.

Тепловая нагрузка подогревателя

Вт,

где с=3282,08 Дж/(кг·К) –теплоемкость 26 % раствора KCl.

Расход сухого греющего пара с учетом 7 % потерь теплоты

кг/с,

где r=2186,5·10³ кг/с – теплота конденсации водяного пара под давлением 2,56 ат (таблица LVII [1]);

х – паросодержание греющего пара.

2.2 Предварительный выбор конструкции теплообменника

Определяем режим движения раствора в трубах. Рассчитываем, какое количество труб диаметром 25х2 мм потребуется на один ход в трубном пространстве при турбулентном режиме движения раствора. Принимаем Re=10000. Из выражений

и

Определяем, что

,

где μ=0,46·10^-3 Па·с – динамический коэффициент вязкости раствора KCl при t_ср=67,37 ºС.

Выбираем для расчета наиболее подходящий двухходовой теплообменник типа “ТН” с диаметром кожуха d=325 мм с числом труб на один ход трубного пространства n=28, диаметром 25х2 мм (общее число труб n=56).

2.3 Определение коэффициента теплоотдачи для раствора KCl

Находим величину критерия Рейнольдса

.

Следовательно, режим движения раствора – турбулентный.

Рассчитаем критерий Нуссельта

,

откуда

Находим критерий Прандтля

,

где λ=0,63– коэффициент теплопроводности раствора MgSO₄ при t_ср=63,35ºС

Таким образом, коэффициент теплоотдачи α_р равен

Вт/(м²·К).

2.4 Определение коэффициента теплоотдачи α_конд для конденсирующегося пара

Значение коэффициента теплоотдачи со стороны конденсирующихся водяных паров к стенкам труб колеблются в пределах 8100 – 17400 Вт/(м²·К). Изменение α_конд в указанных пределах не оказывает существенного влияния на величину коэффициента теплопередачи К от конденсирующихся водяных паров к нагреваемому раствору, поэтому принимаем

Вт/(м²·К).

2.5 Определение термического сопротивления стальной стенки и загрязнений

Принимаем тепловую проводимость загрязнений со стороны конденсирующегося водяного пара Вт/(м²·К), а со стороны

нагреваемого раствора Вт/(м²·К) (таблица ХХХI [1]).

Теплопроводность стали λ=17,5 Вт/(м·К).

Таким образом

(м²·К)/Вт.

2.6 Определение удельной тепловой нагрузки

Расчет производим, исходя из того, что при установившемся процессе теплообмена количество тепла, передаваемое стенке от конденсирующегося греющего пара q_конд, должно равняться количеству тепла, передаваемого через стенку и ее загрязнения q_ст, а также количеству тепла, передаваемого от стенки к кипящей жидкости q_р,

Вт/м²,

где

;

;

.

Так как температуры стенок t_ст1 и t_ст2 заранее неизвестны, рассчитываем их методом последовательных приближений.

Задаемся различными значениями t_ст1 и t_ст2 результаты расчетов сводим в таблицу 2. При равенстве q_конд и q_р заканчиваем расчет.

Таблица 2 – Определение тепловых нагрузок

Конденсация водяного пара					Сопротивление стенки и загрязнений				Нагревание раствора
tконд, ºС	tст2, ºС	Δ t2, град	αконд, Вт/(м2·К)	qконд, Вт/м2	Σrст, (м2·К)/Вт	Δ tст1, град	tст1, ºС	tср, ºС	Δ t2, град	Prст-0,25	αр, Вт/(м2·К)	qр, Вт/м2
127,37	123,37	4	10500	42000	8,2∙10-4	36	87,37	67,37	20	1,207	2100	42000