Производство трехкорпусной выпарной установки
2.1.5 Расчет коэффициентов теплопередачи
Коэффициент теплопередачи для первого корпуса определяют по уравнению аддитивности термических сопротивлений:
. (2.50)
Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому coпротивлению стенки дст/лст и накипи дн/лн. Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем. Получим:
(). (2.51)
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке б1 находится по уравнению:
(2.52)
где r1 - теплота конденсации греющего пара, Дж/кг;
сж1, лж1, мж1 - соответственно плотность (кг/м3), теплопроводность (Вт/ (м·К)), вязкость (Па с) конденсата при средней температуре пленки tпл=tг1-Дt1/2;
Дt1 - разность температур конденсации пара и стенки, град.
Расчет б1, ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем разность температур конденсации пара и стенки Д1 =2,0 оС. Тогда:
(2.53)
Из уравнения находится перепад температур на стенке:
Дtст= б1 Д?д/л=6014,3•2•2,87•10-4=3,4°С. (2.54)
И разность температур конденсации пара и стенки со стороны раствора и его температурой кипения Д:
Д2= Дt1 - Дtст - Д1=10,44-3,4-2=5,04 оС. (2.55)
Физические свойства кипящих растворов КОН в каждом из корпусе и их пары из табл.4 приведены (табл. П1, П2, П27-П30 [11]). Исходя из этих данных, мы определим теплоотдачу от стенки к кипящему раствору при помощи приближенного вычисления. Маневрируем свойства конденсата при помощи изменения температуры.
Таблица 4. Параметры каждого корпуса выпарного аппарата
Параметр |
Корпус |
|||
1 |
2 |
3 |
||
Теплопроводность раствора л, Вт/ |
0,5959 |
0,571 |
0,4636 |
|
Плотность раствора с, кг/м3 |
966,47 |
1014,02 |
1170,58 |
|
Теплоемкость раствора с, Дж/ |
3502,9 |
3425,61 |
2635,92 |
|
Вязкость раствора м, |
0,2 |
0,33 |
0,67 |
|
Поверхностное натяжение у, Н/м |
0,061 |
0,063 |
0,067 |
|
Теплота парообразования rв, Дж/кг |
2089,06 |
2123,9 |
2289,35 |
|
Плотность пара сн, кг/м3 |
2,759 |
2,47 |
0,396 |
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору б2, для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубках при условии естественной циркуляции раствора находиться по уравнению:
Вт/ (м2·К) (2.56)
Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
= б1 Д1=6014,3= 12028,6 Вт/м2; (2.57)
= б2 Д2=2643,5= 13323,6 Вт/м2. (2.58)
Как видим, .
Для второго приближения примем Д1 = 4,0 оС.
Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры на 2,0 оС, рассчитаем б1 по соотношению (уравнения (2.53), (2.54), (2.56)):
Вт/ (м2·К).
Получим перепад температур на стенке равным:
°С;
Дt2=10,44-3-5,8=1,64 єС;
Вт/ (мІ·К);
=5057,4= 20229,6 Вт/м2;
=7191,7= 11794,3 Вт/м2.
Очевидно, что и во втором приближении остается неравенство удельных тепловых нагрузок q, ? q,,. Это приводит к следующему приближенному расчету.
Рис.7 Зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур Д
Рис.8 Распределение температур в процессе теплоотдачи от пара к кипящему раствору через многослойную стенку: 1 - пар; 2 - конденсатор; 3 - стенка; 4 - накипь; 5 - кипящий раствор В третьем приближении по графической зависимости удельной тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой в первом корпусе и определяем Д1=2,6 оС. Получим (уравнения ( (2.53), (2.54), (2.56)):
;
Дt2=10,44-2,6-4,2=3,64;
;
=5632,4•2,6=14644,24 Вт/м2;
=4033,1•3,64=15040,6 Вт/м2.
Как видим, .
Если расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3 %, расчет коэффициентов б1 и б2 на этом заканчивают. Находим К1, Вт/ (м2·К). по уравнению (2.50):
К1= 1/ (1/5632,4+2,87+1/4132,1) =1415,3.
Далее рассчитаем коэффициент теплопередачи для второго корпуса К2 ,. Для этого найдем (уравнение (2.53), (2.54), (2.56)):
;
°С;
Дt2=16,1-4,1-10,37=1,63 оС;
;
= 8815= 36141,5 Вт/м2; = 22480•1,63= 36642,4 Вт/м2.
Как видим, . Определим К2:
. (2.59)
Рассчитаем теперь коэффициент теплопередачи для третьего корпуса К3, найдем (уравнение (2.53), (2.54), (2.56)):
;
°С;
Дt2 = 54,025-16,0-23,4=14,6 оС;
;
=5102•16= 81632 Вт/м2;
= 5620•14,6= 82056 Вт/м2.
Как видим, Найдем К3:
. (2.60)