Расчёт многокорпусной выпарной установки (стр. 5 из 14)

Вт/м²

Как видим, q^’ ≈ q^”. Так как расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3%, на этом расчёт коэффициентов α₁ и α₂ заканчиваем и находим К₃:

Вт/(м²∙К)

1.7 Распределение полезной разности температур

Полезные разности температур в корпусах установки находим из условия равенства их поверхностей теплопередачи:

(21)

где Δt_пj, Q_j, K_j – соответственно полезная разность температур, тепловая нагрузка, коэффициент теплопередачи для j-го корпуса.

град

град

Проверим общую полезную разность температур установки:

град

Теперь рассчитаем поверхность теплопередачи выпарных аппаратов по формуле (1):

м²

м²

м²

Найденные значения мало отличаются от ориентировочно определённой ранее поверхности F_ор. Поэтому в последующих приближениях нет необходимости вносить коррективы на изменение конструктивных размеров аппаратов (высоты, диаметра и числа труб). Сравнение распределённых из условия равенства поверхностей теплопередачи и предварительно рассчитанных значений полезных разностей температур представлено в таблице 4:

Таблица 4Сравнение распределенных и предварительно рассчитанныхзначений полезных разностей температур

Параметр	Корпус
	1	2	3
Распределённые в первом приближении значения Δtп, °С	21,5	17,8	16,54
Предварительно рассчитанные значения Δtп, °С	9,76	14,6	31,48

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

1.8 Уточнённый расчёт поверхности теплопередачи

Второе приближение

В связи с тем, что существенное изменение давлений по сравнению с рассчитанным в первом приближении происходит только в первом и втором корпусах, где суммарные температурные потери незначительны, 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 5.

Таблица 5Параметры растворов и паров по корпусам послеперераспределения температур

Параметры	Корпус
	1	2	3
Производительность по испаряемой воде w, кг/с	0,83	0,89	0,947
Концентрация растворов х, %	7,9	12,24	30
Температура греющего пара в первый корпус tг1,	143,5	131	112,1
Полезная разность температур Δtп, °С	21,5	17,8	16,54
Температура кипения раствора tк, °С	122	113,21	95,56
Температура вторичного пара tвп, °С	120,26	109,9	84,94
Давление вторичного пара Рвп, МПа	0,27	0,15	0,046
Температура греющего пара tг, °С	–	119,26	108,9

Температура кипения раствора определяется по формуле (в °С):

Температура вторичного пара определяется по формуле (в °С):

Температура греющего пара определяется по формуле (в °С):

Рассчитаем тепловые нагрузки (в кВт):

I_вп1 = I_г2 = 2711 кДж/кг, I_вп2 = I_г3 = 2695 кДж/кг, I_вп3 = I_бк = 2628,4 кДж/кг.

Расчёт коэффициентов теплопередачи выполним описанным выше методом.

Рассчитаем α₁ методом последовательных приближений. Физические свойства конденсата Na₂SO₄ при средней температуре плёнки сведены в таблице 6.

Примем в первом приближении Δt₁ = 2,0 град.

Вт/(м²∙К)

Таблица 6Физические свойства конденсата при средней температуре плёнки

Параметр	Корпус
	1	2	3
Теплота конденсации греющего пара r, кДж/кг	2137,5	2173	2224,4
Плотность конденсата при средней температуре плёнки ρж, кг/м3	924	935	950
Теплопроводность конденсата при средней температуре плёнки λж, Вт/(м∙К)	0,685	0,686	0,685
Вязкость конденсата при средней температуре плёнки μж, Па∙с	0,193 ∙ 10-3	0,212 ∙ 10-3	0,253 ∙ 10-3

град

град

Для расчета коэффициента теплопередачи α₂ физические свойства кипящих растворов Na₂SO₄ и их паров приведены в таблице 7.

Вт/(м²∙К)

Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

Вт/м²

Вт/м²

Как видим, q^’ ≠ q^”. Для второго приближения примем Δt₁ = 4 град, пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры, рассчитываем α₁ по соотношению:

Таблица 7.Физические свойства кипящих растворов Na₂SO₄ и их паров

Параметр	Корпус
	1	2	3
Теплопроводность раствора λ, Вт/(м∙К)	0,344	0,352	0,378
Плотность раствора ρ, кг/м3	1071	1117	1328
Теплоёмкость раствора с, Дж/(кг∙К)	3876	3750	3205
Вязкость раствора μ, Па∙с	0,26	0,3	0,6
Поверхностное натяжение σ, Н/м	0,0766	0,0778	0,0823
Теплота парообразования rв, Дж/кг	2197∙ 103	2219∙ 103	2268∙ 103
Плотность пара ρп, кг/м3	1,19	0,914	0,514

Вт/(м²∙К)

Тогда получим:

град

град

Вт/(м²∙К)

Вт/м²

Вт/м²

Очевидно, что q^’ ≠ q^”. Для расчёта в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой (рис. 4) и определяем Δt₁.

Рис. 4. График зависимости удельной тепловой нагрузки q от разности температур Δt₁

Согласно графику можно определить Δt₁ = 3,2 град. Отсюда получим:

Вт/(м²∙К)

град