, (10)
где: М2 – массовый расход воды, кг/с;
ρж – плотность воды при средней температуре воды, кг/м3;
wж – скорость движения воды по трубам, м/с;
dвн – внутренний диаметр труб, м.
Общее число труб в пучке определяется по формуле:
Nтр = nх · z, (11)
где z – число ходов по воде.
Трубы в трубных решетках обычно размещают по сторонам шестиугольников или по концентрическим окружностям. При размещении по сторонам шестиугольников количество труб должно быть равно:
Nтр = 3а(а+1) +1, (12)
где а – порядковый номер шестиугольника, считая от центра.
Из последнего соотношения можно определить число шестиугольников:
а = (
)/6. (13)
Полученное значение следует округлить до ближайшего целого числа и затем уточнить число труб в пучке, в одном ходе пучка и скорость движения воды по трубам.
При размещении труб по концентрическим окружностям шаг между трубами и окружностями стремятся выдержать одинаковым – s. Тогда радиусы окружностей будут равны: r1 = s; r2 =2s; r3=3s и т. д., а общее число труб будет равно:
Nтр = 
+
, (14)
где i – порядковый номер окружности.
Для расчета среднего коэффициента теплоотдачи при конденсации водяного пара на наружной поверхности труб вертикального трубного пучка и смешанном течении пленки конденсата рекомендуется [4] использовать формулу:
Re = [89 + 0,024 (Prн/Prc)0,25 Prн0,5(Z – 2300)]4/3, (15)
где Re и Z – безразмерные комплексы, вычисляемые по формулам 16 и 17;
Prc и Prн – числа Прандтля конденсата при температуре наружной стенки трубы tс и температуре насыщения tн.
Re = α1 (tн – tc) h/(rμж). (16)
. (17)
Обозначения в формулах 16, 17:
α1 – среднее по высоте трубы значение коэффициента теплоотдачи;
λж, νж, μж, ρж – соответственно коэффициент теплопроводности, кинематическая и динамическая вязкость, плотность конденсата при температуре насыщения,
ρп – плотность водяного пара при температуре насыщения,
r – теплота парообразования при температуре насыщения пара;
h – характерный размер, в качестве которого рекомендуется выбирать расстояние между перегородками;
g – ускорение свободного падения.
Расчет среднего коэффициента теплоотдачи при конденсации на горизонтальном пучке труб движущегося сверху вниз потока водяного пара рекомендуется осуществлять в следующей последовательности:
1. По формуле Нуссельта определяется величина среднего по окружности одиночной горизонтальной трубы коэффициента теплоотдачи при конденсации неподвижного пара, α0;
2. Рассчитывается поправка на увеличение коэффициента теплоотдачи при конденсации движущегося сверху вниз потока пара для первого ряда пучка, ζ;
3. Рассчитывается средний коэффициент теплоотдачи для пучка горизонтальных труб, αср.
, (18)
ζ = 
, (19)
, (20)
В формулах 18, 19, 20:
– коэффициенты теплопроводности и кинематической вязкости конденсата при температуре насыщения;
– плотность конденсата и пара при температуре насыщения;
∆Т – разность температуры насыщения и температуры наружной поверхности трубы;
d – наружный диаметр трубы;
g – ускорение свободного падения;
r – теплота парообразования;
wп – средняя скорость пара в узком сечении горизонтального ряда труб;
m – число рядов труб по высоте коридорного пучка или половина числа рядов труб шахматного пучка;
1– χ – степень конденсации пара.
После определения коэффициентов теплопередачи для обоих теплоносителей следует по формуле рассчитать коэффициент теплопередачи. Затем определяется расчетная величина площади поверхности теплообмена:
. (21)
Далее определяются основные размеры теплообменного аппарата (длина трубного пучка, l и внутренний диаметр кожуха, Dвн).
l=F/(π · dср · Nтр ). (22)
Dвн = 1,1s ·
, (23)
где η – коэффициент заполнения трубной решетки, равный отношению площади, занятой трубами, к полной площади решетки. Рекомендуется величину η принимать в пределах 0,6 – 0,8. Dвн следует округлить до ближайшего значения из ряда, рекомендуемых стандартами или нормалями.
На основании полученных расчетных значений вычерчивают продольный и поперечный разрез кожухотрубчатого теплообменного аппарата.
3. Проектирование выпарной установки
Выпариванием называется процесс концентрирования растворов твердых нелетучих или малолетучих веществ посредством испарения растворителя и отвода образовавшихся паров. Выпаривание применяется в промышленности для повышения концентрации разбавленных растворов или выделения из них растворенного вещества путем кристаллизации. В курсовой работе требуется выполнить тепловой расчет одноступенчатой выпарной установки, предназначенной для повышения концентрации разбавленного водного раствора неорганического вещества (щелочи или соли). В результате выполнения теплового расчета определяется требуемая величина площади поверхности теплообмена и в соответствии с ней подбирается стандартный выпарной аппарат.
Тепловой расчет одноступенчатой выпарной установки основывается на уравнениях материального баланса, теплового баланса и теплопередачи.
Из уравнения материального баланса определяется массовый расход в кг/с удаляемого в процессе выпаривания растворителя (воды):
, (24)
где Gн – массовый расход исходного (разбавленного) раствора, кг/с;
хн, хк – начальная и конечная концентрация раствора, %.
Для составления уравнения теплового баланса необходимо определить температуру кипения раствора:
(25)
где tбк – температура насыщения в барометрическом конденсаторе, ºС;
Δ1 – физико-химическая температурная депрессия, ºС;
Δ2 – гидростатическая депрессия (разность температур кипения раствора в среднем сечении трубного пучка и на поверхности), ºС;
Δ3 – гидродинамическая депрессия, возникающая вследствие дросселирования вторичного пара в каплеотделителе и трубопроводе, соединяющем выпарной аппарат с барометрическим конденсатором, ºС.
Температура насыщения в барометрическом конденсаторе, tбк, определяется по давлению в барометрическом конденсаторе с помощью таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара [5].
Гидродинамическая депрессия, Δ3 , принимается равной 1 – 2 ºС.
С учетом гидродинамической депрессии определяется температура вторичного пара:
. (26)
А затем с помощью тех же таблиц [5] по этой температуре определяется давление насыщения, энтальпия насыщенного пара и теплота парообразования: рвп, hвп, r.
Для расчета величины гидростатической депрессии определяется давление раствора в среднем сечении трубного пучка:
рср=рвп + ргс , (27)
где ргс – гидростатическое давление, определяемое по формуле:
, (28)
где lтр – длина трубного пучка греющей камеры выпарного аппарата (обычно 4 – 6 м);
lизб – высота слоя раствора над выходным сечением трубного пучка (рекомендуется в расчете принять lизб = 0,1м);
ρ – плотность кипящего раствора в среднем сечении трубного пучка, кг/м3.
Плотность кипящего раствора определяется по формуле:
, (29)
где ρж – плотность раствора при температуре кипения, tвп, и конечной концентрации,
хк; ε – массовая доля пара в растворе (в расчете рекомендуется принимать 0,4 – 0,6).
По давлению в средней части трубы рср по [5] определяется температура насыщения – tср ºС и величина гидростатической депрессии:
. (30)
Физико-химическая температурная депрессия определяется по формуле:
, (31)
где Δнорм – температурная депрессия при нормальных условиях, определяемая для заданного раствора по конечной концентрации по таблице 1 Приложения;
T – абсолютная температура насыщения вторичного пара: T= tвп + + 273, К.
Уравнение теплового баланса одноступенчатой выпарной установки составляется в виде:
, (32)
где 
– массовый расход концентрированного раствора, кг/с;
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 |
