Расчет выпарного аппарата для выпаривания раствора хлорида кальция

 

 

 

5.1 РАСЧЕТ ПОДОГРЕВАТЕЛЯ РАСТВОРА

 

Рассчитаем подробно теплообменник, в котором раствор, подаваемый на выпаривание, подогревается от tн1= 220С до требуемой температуры tк1= 158,3 0С (см. расчет основного аппарата). В качестве греющего агента принимаем насыщенный водяной пар тех же параметров: Ргп=1,1МПа; tгп= 183,2 0С.

Определим среднюю температуру второго теплоносителя:

t ср1=(tн1+tк2)/2 = (158,3+22 )/2=90,2 0C.                                                  (5.1)

Свойства подогреваемого раствора при этой температуре:

С= 3180 кДж/кг*К; μ2= 0,00013 Па*с; λ= 0,56 Вт/(м*К); ρ= 1080  кг/м3.

Определим тепловую нагрузку теплообменника по уравнению:

Q=Gн*C1*(tк1-tн1),                                                     (5.2)

где  Gн- расход подогреваемого раствора, кг/с. Из расчета основного аппарата имеем Gн= 28,5 кг/с.

Q= 28,5*3,18*1000*(183,2-22)=14790816 Вт.

Определим расход грющего пара G1:

G1=1,03*Q/r1                                                                (5.3)

где r1-теплота парообразования греющего пара при tгп; 1,03 – учет потери теплоты.

G1= 1,03*1479/2009=0,76 кг/с.

Определим среднелогарифмическую разность температур Δtср:

Δtср=(Δtб –Δtм)/ln(Δtб /Δtм),                                            (5.4)

где Δtб  и  Δtм –большая и меньшая разности температур, ºС.

Δtб =( tгп - tн1)= 183,2-22=161,2 0C;

Δtм=( tгп – tк1)= 183,2-158,3  =24,9 0C.

Подставив значения в (3.11), получим:

Δtср=(161,2-24,9 )/ln(161,2/24,9)=72,9 0С.

Примем ориентировочное значение Re=12000. Это соответствует развитому турбулентному режиму течения жидкости в трубах. Такой режим течения возможен в теплообменнике с числом труб, приходящихся на один ход: 

Для dн=25´2 мм.

                                 N/z=4*Gн/p*d*Reop*m1                                                                (5.5)

N/z=4*28,5/3,14*0,021*12000*0,00013=110

Для нашей системы жидкостей примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи Кор= 1400 Вт/м2*К. Тогда ориентировочное значение поверхности теплообмена составит

Fор=Q/ (Δtср * Кор) =14790816/1400*110=96м2.

 

 

 

 

 

 

 

Из табл.2.3 [2] выбираем теплообменник с близкой поверхностью теплообмена. F=121 м2 и длиной труб l= 6 м, число ходов z=1; число труб n= 257.

В трубное пространство направим подогреваемый раствор, в межтрубное - греющий пар.

Уточненный расчет поверхности теплопередачи:

Для выбора формулы для расчета коэффициента теплоотдачи α1 определим значение критерия Рейнольдса для подогреваемого раствора Re1 по формуле:

Re1=4*Gн/π*d*(n/z)*μ1,                                           (5.6)

где d – внутренний диаметр труб теплообменника, м; n- число труб, z- число ходов (см.табл.2.3.[2]).

Re1 =4*28,5/(3,18*0,021*110*0,00013)  = 11938.

Режим движения турбулентный.. 

 

 Определение коэффициента теплопередачи  для раствора рассчитывают по  формуле:

aр = λ/d*0,021*Re0,8*Pr0,43*(Pr/Prст)0,25

Определяем критерий Прандтля по уравнению

Pr = C*m/λ;

 λ – можно найти по уравнению:

λ = 3,58*10-8*c*r*

Вт/м*град

где

μ=100/(х/МCaCl2+1(00-x)/Mводы)=20

-

средняя молекулярная масса 16 %– ного раствора СаСl2, r = 1080 кг/м3 – плотность раствора

λ = 3,58*10-8*3180*1080*(1080/20 )1/3=Вт/м*град

Pr = 3180*0,13*10-3/0,55 =4,5

aр = 0,45/0,021*0,021*119380,8*4,50,43*(4,5/Prст)0,25 = 1,196*Pr-0,25 кВт/м2*град

Коэффициент теплопередачи aконд для конденсирующегося пара принимаем   aконд = 12000 Вт/м2*град

  Определение термического сопротивления  стальной стенки и загрязнений.

Принимаем тепловую проводимость загрязнений со стороны конденсирующегося водяного пара 1/rзагр1 = 11600 Вт/м2*град, а со стороны нагреваемого раствора  1/rзагр2 = 1600 Вт/м2*град [1].

Теплопроводность стали  λ = 17,5 Вт/м*град

Тогда имеем:

Srст =  rзагр1 + rст + rзагр2= 1/11600 +0,002/17,5 +1/1600 =8,2*10-4 м2*град/Вт

 Определение удельной тепловой  нагрузки

qконд = qн = qp Вт/м2

qконд = aконд(tконд - tст1);

qст = (tст1 - tст2)/ Srст

qр =  aр(tст2 - tср)   

Расчет ведут методом последовательных приближений: задаются различными значениями tст1 и определяют qконд и  qр

Пусть tст1 = 159 °С, тогда qконд = 169200 Вт/м2

qр = 177400 Вт/м2

Необходимая поверхность теплообмена

F = Q/qср = 14790816/169200 = 87 м2

Коэффициент теплопередачи

К = qср/∆tср = 169200/72,9 = 1320 Вт/м2*град

 

Из табл.2.3 [2] выбираем теплообменник с близкой поверхностью теплообмена. F=93 м2 и длиной труб l= 4 м, число ходов z=2; число труб n= 370, D=600 мм.

Запас поверхности: (93-87)/93=6,5%