Расчет и проект выпарной установке непрерывного действия для выпаривания водного раствора CuSO4

  .

Проверим правильность приближения по равенству удельных тепловых нагрузок (1 стр. 173):

.

Вт.

.

Для второго приближения примем Δt1=6 °С.

Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры, рассчитаем α1 по соотношению (1 стр. 173):

.

  ,

Вт,

°С,

°С,

  .

Вт.

.

Для расчёта в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки q1 и q2, Вт/м2, от разности температур Δt1, °С, между паром и стенкой, смотрите рисунок 3.1.

Рисунок 3.1 – Зависимость удельной тепловой нагрузки q1 и q2 от разности температур Δt1

Из рисунка 3.1 определяем Δt1=4,58 °С.

  ,

Вт,

°С,

°С,

.

Вт.

Так как расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3%, расчёт коэффициентов α1 и α2 на этом заканчиваем.

По формуле рассчитываем коэффициент теплопередачи К:

.

Далее рассчитываем коэффициент теплопередачи для второго корпуса К2. Для этого воспользуемся предыдущим алгоритмом расчёта.

Δt1=12,27 °С,

,

Вт,

°С,

°С,

  .

Вт.

.

  .

3.1.7. Распределение полезной  разности температур

Полезные разности температур в корпусах установки находим из условия равенства их поверхностей теплопередачи (1) формула (4.20):

 (3.16)

где Δtпj, Qj, Kj – соответственно полезная разность температур, °С, тепловая нагрузка, Вт, коэффициент теплопередачи для j-го корпуса.

°С,

°С,

Проверим общую полезную разность температур установки:

°С.

Рассчитаем поверхность теплопередачи выпарного аппарата по формуле (3.1):

В последующих приближениях нет необходимости вносить коррективы на изменение конструктивных размеров аппаратов. Сравнение распределенных из условий равенства поверхностей теплопередачи и предварительно рассчитанных значений полезных разностей температур Δtп представлено в таблице 3.6:

Таблица 3.6 – Сравнение значений полезных разностей температур рассчитанных разными методами

Параметры	Корпус
	1	2
Распределенные в 1-ом приближении Δtп, °С	30,57	33,12
Предварительно рассчитанные Δtп, °С	19,42	44,27

Второе приближение

Как видно, полезные разности температур, рассчитанные из условия равного перепада давления  в корпусах и найденные в 1-ом приближении из условия равенства поверхностей теплопередачи в корпусах, существенно различаются. Поэтому необходимо заново перераспределить температуры (давления) между корпусами установки. В основе этого перераспределения температур (давлений) должны быть положены полезные разности температур, найденные из условия равенства поверхностей теплопередачи аппаратов.

3.1.8. Уточненный расчет  поверхности теплопередачи

Во втором приближении принимаем такие же значения Δ', Δ", Δ'" для каждого корпуса, как в первом приближении. Полученные после перераспределения температур (давлений) параметры растворов и паров по корпусам представлены в таблице 3.7:

Таблица 3.7 – Параметры растворов и паров по корпусам

Параметр	Корпус
	1	2
Производительность по испарямой воде w, кг/с	2,231	2,314
Концентрация раствора x, %масс.	5,4	33,0
Температура греющего пара в 1-м корпусе tГ1, °С	151,78	–
Полезная разность температур ΔtП, °С	30,57	33,12
Температура кипения раствора tК, °С	121,20	84,79
Температура вторичного пара tвп, °С	118,41	71,48
Давление вторичного пара Pвп, МПа	0,1921	0,0335
Температура греющего пара tГ, °С	–	117,91

Рассчитаем тепловые нагрузки, Вт:

кВт;

кВт;

Расчет коэффициентов теплопередачи, выполненный описанным выше методом, приводит к следующим результатам:

,

,

Распределение полезной разности температур:

°С,

°С,

Проверим общую полезную разность температур установки:

°С.

Сравнение полезных разностей температур полученных во 2-ом и 1-ом приближении, представлено в таблице 3.8:

Таблица 3.8 – Сравнение значений полезных разностей температур рассчитанных по двум приближениям

Параметры	Корпус
	1	2
Распределенные во 2-ом приближении Δtп, °С	30,50	33,19
Распределенные в 1-ом приближении Δtп, °С	30,57	33,12

Различие между полезными разностями температур по корпусам в 1-ом и 2-ом приближениях не превышает 5%.

Поверхность теплопередачи выпарных аппаратов:

По ГОСТ 11987-81 выбираем выпарной аппарат тип 1, исполнение 3 со следующими характеристиками:

Таблица 3.9 – Геометрические характеристики выбранного выпарного аппарата

Номинальная поверхность теплообмена Fн, м2.	112
Диаметр труб dнар, мм	38 2
Высота труб Н, мм	6000
Диаметр греющей камеры dK, мм	1000
Диаметр сепаратора dc, мм	1800
Диаметр циркуляционной трубы dц, мм	600
Общая высота аппарата На, мм	15500
Масса аппарата Ма, кг	5200

3.2. Расчет  толщины тепловой изоляции

Толщину тепловой изоляции δи, м, находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду (1) формула (4.21):

 (3.16)

где αв – коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, ;

tст2 – температура изоляции со стороны окружающей среды (воздуха),°С;

tст1 – температура изоляции со стороны аппарата, °С;

tв – температура окружающей среды (воздуха),°С;

λи – коэффициент теплопроводности изоляционного материала, .

tcт2=35 °С – по рекомендации (1 стр. 177); tст1=151,78 °С – ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции температуру изоляции со стороны аппарата принимаем равной температуре греющего пара tг1; tвозд=20 °С; λи=0,09 – в качестве материала для тепловой изоляции выберем совелит (85% магнезии+15% асбест); αв=9,3+0,058∙tст2 – (1 стр. 177).

  .

м.

Примем толщину тепловой изоляции 0,058 м также и для второго корпуса.