Определение тепловых нагрузок

Расход греющего пара в 1-й корпус, производительность каждого корпуса по выпаренной воде и тепловые нагрузки по корпусам определим путем совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения баланса по воде для всей установки:

Q₁=D(Ir₁ — j₁)=1,03(Gнcн(tк₁ — tн)+w₁(Iвп₁-cвtк₁)+Q₁конц) (1)

Q₂=w₁(Ir₂ — j₂)=1,03((Gн-w₁)c₁(tк₂-tк₁)+w₂(Iвп₂-cвtк₂)+Q₂конц) (2)

Q₃=w₂(Ir₃ — j₃)=1,03((Gн-w₁- w₂)c₂(tк₃-tк₂)+w₃(Iвп₃-cвtк₃)+Q₃конц) (3)

W= w₁+ w₂+ w₃ (4)

где 1,03 — коэффициент, учитывающий 3% потерь тепла в окружающую среду; с1, с2, сз— теплоемкости растворов соответственно исходного в первом и во втором корпусах, кДж/(кг*К)[3];Q₁конц, Q₂конц, Q₃конц — теплоты концентрирования по корпусам, кВт; tн-температура кипения исходного раствора при давлении в 1-м корпусе; tн=tвп₁+∆'н= 165,2+1,0=166,2 °С (где ∆'н — температурная депрессия для исходного раствора); при решении уравнений (1) — (4) можно принять

Iвп₁≈ Ir₂; Iвп2≈ Ir3; Iвп3≈ Iбк

Анализ зависимостей теплоты концентрирования от концентрации и температуры [5] показал, что она наибольшая для третьего корпуса. Поэтому рассчитаем теплоту концентрирования для 3-го корпуса:

Q₃конц=Gсух*∆q= Gнxн*∆q

 

где Gсух — производительность аппаратов по сухому КОН, кг/с; ∆q— разность интегральных теплот растворения при концентрациях x₂ и х₃, кДж/кг [3]. Тогда

Q₃конц= 8,89*0,06 (975,3-841,5)=71,4 кВт

Сравним Q₃конц с ориентировочной тепловой нагрузкой для 3-го корпуса Q₃ор

Q₃ор=(Gн-w₁- w₂)+c₂(tк₃-tк₂)+w₃(Iвп₃-cвtк₃)=(8,89-2,37-2,60)+3,56(94,59-158,4)+2,84(2598-4,19*94,59)=6029 кВт

Поскольку Q₃конц составляет значительно меньше 3 % от Q₃ор. в уравнениях тепловых балансов по корпусам пренебрегаем величиной Qконц - Получим систему уравнений:

Q₁=D(2784-759,6)=1,03(8,89*3,9(170,19- 166,2)+w₁(2769-4,19*170,19))

Q₂ =w₁(2769-694,3)=1,03(8,89-w₁)3,77(158,4-170,19)+w₂(2730-4,19*158,4))

Q₃=w₂(2730-558,9)=1,03(8,89-w₁-w₂)3,56(94,59-158,4)+w₃(2598-4,19*94,59))

W=w ₁ + w₂ +w ₃ = 7,82

Решение этой системы уравнений дает следующие результаты: w ₁ = 2,364кг/с; w₂ =2,518кг/с; w ₃ = 2,937 кг/с; D=2,471 кг/с; Q, =5002 кВт; Q₂=4904 кВт; Q₃=5466 кВт. Результаты расчета сведены в таблицу:

 

 

Параметр	Корпус
Производительность по испаряемой воде, w, кг/с	2,364	2,518	2,937
Концентрация растворов х, %	8,1	13,6	50,0
Давление греющих паров Рг. МПа	1,0116	0,6716	0,3316
Температура греющих паров tг, °С	179,0	164,2	132,9
Температурные потери Σ∆, град	5,99	25,5	40,69
Температура кипения раствора tк С	170,19	158,4	94,59
Полезная разность температур ∆tп град	8,81	5,8	38,31

 

Наибольшее отклонение вычисленных нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе от предварительно принятых (w₁= 2,37 кг/с, w₂= 2,60 кг/с, w ₃ = 2,84 кг/с) не превышает 3 %, поэтому не будем пересчитывать концентрации и температуры кипения растворов по корпусам.

 

Расчет коэффициентов теплопередачи

Коэффициент теплопередачи для первого корпуса определяют по уравнению аддитивности термических сопротивлений:

 

K1=

 

Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки δст/λст и накипи δн/λн. Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем. Получим:

Σδ/λ=0,002/25,1 + 0,0005/2 =2,87 • 10^-4 м² • К/Вт.

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке α₁ равен:

α₁=2,04 ⁴√(r₁ ρж₁² λж₁³)/(ρж₁H∆t₁)

где r₁—теплота конденсации греющего пара, Дж/кг; ρж₁, λж₁, µ₁ — соответственно плотность (кг/м³), теплопроводность Вт/(м-К), вязкость (Па-с) конденсата при средней температуре пленки tпл = tг₁ - ∆t₁/2, где ∆t₁, — разность температур конденсации пара и стенки, град.

Расчет α₁ ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем ∆t₁ =2,0 град. Тогда

α₁=2,04 ⁴√(2009• 10³• 886²• 0.684³) /(0,09 • 10^-3 *4 *2) = 10 500 Вт/ (м²• К). Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение

q=α₁∆t₁=∆t_cn/(Σ δ/λ)= α₂∆t₂

где q — удельная тепловая нагрузка, Вт/м2; ∆tcn— перепад температур на стенке, град; ∆t2 — разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, град. Отсюда

∆t_{cn =} α₁∆t₁/Σ δ/λ=10500*2*2,87*10^-4=6,03 град.

∆t₂=∆tп₁ - ∆t_cn - ∆t = 8,81- 6,03-2=0,78 град.

 

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубках при условии естественной циркуляции раствора [7] равен

α₂=Aq0,6 = 780*q^0,6* λ₁^1,3*ρ₁^0,5*ρп₁^0,06/σ₁^0,5*rв₁^0,6*ρ₀^0,66*с₁^0,3* µ₁^0,3

Подставив численные значения, получим:

 

α₂=780*q^0,6*0,61^1,3*1050^0,5*3,83^0,06/0,058^0,5*(2062*10³)^0,6*0,579^0,06*3773^0,3* (0,1*10^-3)^0,3= 13,49(α₁∆t₁)^0,6=13,49(10500*2)^0,6=5288 Вт/(м² *К).

Физические свойства кипящих растворов КОН и их паров

приведены ниже:

Параметр	Корпус	Литература
Теплопроводность раствора λ Вт/(м-К)	0,61	0,62	0,70	+++++
Плотность раствора р, кг/м3				+++++
Теплоемкость раствора с, Дж/(кг-К)				+++
Вязкость раствора,, µ Па-с	0,1*10 -3	0,23*10-3	0,78*10-3	++++++
Поверхностное натяжение σ Н/м	0,058	0,070	0,110	+++++
Теплота парообразования гв, Дж/кг	2062-1О3	2124-10я	2366-1О3	+-+-+-
Плотность пара р кг/м3	3,83	2,15	0,110	++++

 

Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

q'= α₁∆t₁=10500*2=21000 Вт/м²

q"= α₂∆t₂=5288*0,78=4124 Вт/м²

Как видим, q'ǂ q"

Для второго приближения примем ∆t₁ = 1,2 град.

Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры на 1 град., рассчитаем α₁ по соотношению:

α₁=10500 ⁴√(2/1,2)=11930 Вт/(м²*К)

Получим:

∆t_cn=11930 *1,2* 2,87 * 10^-4=4,1 град.

∆t₂=8,8-4,1-1,2=3,5 град.

α₂=13,49(11930*1,2)^0,6=4202 Вт/(м²*К)

q'=11930*1,2=14316 Вт/м²

q"=4202*3,5=14707 Вт/м²

Как видим, q' ≈ q".

Расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3 %, расчет Коэффициентов q' и q" на этом заканчивают. Находим К₁:

К₁=1/(1/11930+2,87*10^-4+1/4202)=1644 Вт/(м²*К)

Далее расчитываем коэффициент теплопередачи для второго корпуса К₂ и К₃ :

К₂=1553 Вт/(м²*К)

К₃=1497 Вт/(м²*К)

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: