 |
3.1.1.6. Расчет коэффициентов теплопередачи
|
|
|
|
3. 1. 1. 6. Расчет коэффициентов теплопередачи
Рассчитываем коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке трубы для первого корпуса установки по формуле (17)
Разность температуры конденсации греющего пара и стенки трубы со стороны греющего пара 
в первом приближении принята равной 2 град. Теплота конденсации греющего пара 
= 2086 кДж/кг (Приложение 10). Плотность 
, теплопроводность 
и взкость 
конденсата греющего пара найдены с помощю приложения Приложение 12 при температуре пленки конденсата 
.
Тогда удельная тепловая нагрузка равна
Выбераем в качестве конструкционного материала аппарата сталь ОХ13, стойкую в среде кипящего раствора NaNO3 в интервале изменения концентраций от 5 до 30%. Коэффициент теплопроводности стал 
(Приложение 3).
Суммарное термическое сопротивление стенки[9]
Перепад температур на стенке 
Тогда 
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору(19)
Физические параметры водного раствора NaNO3( 
, 
, 
, 
, 
) взяты при температуре кипения и концентрации раствора в первом корпусе из таблицы в приложении Приложение 14. С помощью приложения Приложение 10 найдены значения 
, 
, 
.
Удельная тепловая нагрузка 
Правильность задания определяем по равенству 
и 
. Так как они существенно отличаются выполним второе приближение. Для второго приближения примем 
Вследствие несущественного изменения определяющих температур пара и раствора на значение коэффициента теплоотдачи 
окажет влияние только величина , а на значение коэффициента теплоотдачи 
только значение 
. Это упрощает последующие расчеты. В результате получаем:
; 
; 
ассчитываем среднее значениеудельной тепловой нагрузки:
|
|
|
Коэффициент теплопередачи в первом корпусе равен
Используя указанное в задании соотношение коэффициентов теплопередачи по корпусам ( 
), рассчитываем коэффициенты теплопередачи для второго и третьего корпусов:
3. 1. 1. 7. Распределение суммарной полезной разности температур
Распределение осуществляем исходя из условия равенства поверхностей теплопередачи корпусов(24):
Для первого корпуса
Для второго корпуса
Для третьего корпуса
Проверяем суммарную полезную разность температур
Вычисляем поверхности теплопередачи корпусов:
Найденные значения мало отличаются от ориентировочно определенной ранее поверхности. Поэтому в последующих приближениях нет необходимости вносить коррективы на изменение конструктивных размеров аппаратов.
Сравниваем распределенные из условия равенства поверхностей теплопередачи и предварительно рассчитанные значения полезных разностей температур в корпусах:
|
| Корпус | ||
Значения  , полученные в первом приближении, град.
| 22, 8 | 23, 6 | 30, 0 |
| Значения , предварительно рассчитанные, град.
| 11, 8 | 18, 0 | 46, 6 |
Полезные разности температур существенно отличаются. Поэтому необходимо сделать дополнительный расчет, в начале которого заново перераспределить температуры и давления паров и растворов между корпусами с учетом полученных в первом приближении полезных разностей температур.
Второе приближение
Перераспределяем температуры и давления паров и растворов, принимая во втором приближении значения депрессий 
, 
равными полученным в первом приближении. Результаты перераспределения представлены в таблице Таблица 3. 2.
Таблица 3. 2 – Параметры растворов и паров после перераспределения температуры
| Параметры | Корпус | ||
Производительность по испаряемой воде  , кг/с
| 1, 307 | 1, 378 | 1, 475 |
Концентрация раствора  , %
| 6, 7 | 10, 6 | |
Температура греющего пара  , 
| 158, 9 | 133, 3 | 105, 6 |
| Полезная разность температур , град.
| 22, 8 | 23, 6 | 30, 0 |
Температура кипения раствора  ,
| 136, 1 | 109, 7 | 75, 6 |
Сумма депрессий температуры  , град.
| 1. 8 | 3, 1 | 14, 5 |
Температура вторичного пара  ,
| 134, 3 | 106, 6 | 61. 1 |
|
|
|
Рассчитываем тепловые нагрузки (в кВт). Для этого по температурам вторичных паров находим их энтальпии (Приложение 10), а также определяем температуру раствора, поступающего в первый корпус.
, 
, 
,
Расчет коэффициентов теплопередачи приводит к следующим результатам:
, 
, 
Распределяем полезные разности температур
Сравниваем полезные разности температур, полученные в первом и втором приближениях:
|
| Корпус | ||
| Значения , полученные в первом приближении, град.
| 22, 8 | 23, 6 | 30, 0 |
| Значения , полученные во втором приближении, град.
| 18, 5 | 26, 0 | 31, 9 |
Отличия полезных разностей температур превышают 5%. Требуется еще один расчет.
Третье приближение.
Перераспределяем температуры и давления паров и растворов (таблица Таблица 3. 3):
Таблица 3. 3 – Параметры растворов и паров после перераспределения температуры в третьем приближении
| Параметры | Корпус | ||
| Производительность по испаряемой воде , кг/с
| 1, 307 | 1, 378 | 1, 475 |
| Концентрация раствора , %
| 6, 7 | 10, 6 | |
| Температура греющего пара ,
| 158, 9 | 137, 6 | 107, 5 |
| Полезная разность температур , град.
| 18, 5 | 26, 0 | 31, 9 |
| Температура кипения раствора ,
| 140, 4 | 111, 6 | 75, 6 |
| Сумма депрессий температуры , град.
| 1. 8 | 3, 1 | 14, 5 |
| Температура вторичного пара ,
| 138, 6 | 108, 5 | 61. 1 |
Энтальпии вторичных паров и начальная температура раствора:
, 
, ,
Тепловые нагрузки корпусов (кВт):
Коэффициенты теплопередачи по корпусам:
, 
, 
Полезные разности температур:
Сравниваем полезные разности температур, полученные во втором и третьем приближениях
|
| Корпус | ||
| Значения , полученные во втором приближении, град.
| 18, 5 | 26, 0 | 31, 9 |
| Значения , полученные в третьем приближении, град
| 18, 9 | 25, 1 | 32, 4 |
Различия в полезных разностях температур не превышают 5%.
Рассчитываем значения площади поверхности теплопередачи выпарных аппаратов:
|
|
|
Выбираем выпарной аппарат со следующими характеристиками (Приложение 1):
поверхность теплопередачи 
, длина труб 
, размер труб
, диаметр греющей камеры 
, диаметр сепаратора
, диаметр циркуляционной трубы 
, высота аппарата
.
Таблица 3. 4 – Окончательные параметры растворов и паров
| Параметры | Корпус | ||
| Производительность по испаряемой воде , кг/с
| 1, 307 | 1, 378 | 1, 475 |
| Концентрация раствора , %
| 6, 7 | 10, 6 | |
Температура греющего пара  ,
| 158, 9 | 137, 2 | 108, 0 |
| Полезная разность температур , град.
| 18, 9 | 25, 1 | 32, 4 |
| Температура кипения раствора ,
| 140, 0 | 112, 1 | 75, 6 |
| Сумма депрессий температуры , град.
| 1. 8 | 3, 1 | 14, 5 |
| Температура вторичного пара ,
| 138, 2 | 109, 0 | 61. 1 |
Давление вторичного пара  , МПа
| 0, 343 | 0, 138 | 0, 0209 |
|
|
|
