Удельная массовая теплоемкость щелока. Данные для решения уравнений теплового баланса выпарки

Следовательно, для первого корпуса D_1k = D_1г , а для остальных корпусов D_ik = D_iг = W_(i-1) .

D_1k = D_1г , D_2k = D_2г , D_3k = D_3г = W₂

Энтальпии пара (греющего и сокового) определяю при линейной интерполяции по соответствующим значениям температур [ 3 ], установленным при расчете приблизительного режима работы установки. Считая, что переохлаждение конденсата греющего пара не происходит, принимаю t_ik = t_iг  при этой температуре из таблицы физических свойств воды (на линии насыщения) [ 3 ] нахожу теплоемкость конденсата. Температуры раствора на выходе из корпусов t_i2 определяю из таблицы приблизительного температурного режима. Теплоемкость раствора на выходе из корпусов c_i2 и на входе в установку рассчитываю по формуле [ 1 ] по известным концентрациям x_i2 и x_н.

c = A – ax                                                                                                                 ( 12 )

где с - удельная массовая теплоемкость щелока, Дж/(кг·К);

x - концентрация в массовых %;

А=4061 и а=16,7 - постоянные, зависящие от природы раствора [ 1 ].

C_н = c₃₁ = A - ax_н = 4061 - 16,7·19 = 3743Дж/(кг·K)

c₃₂ = c₁₁ = A – ax₃₂ = 4061 - 16,7·23,56 = 3667,5Дж/(кг·K)

c₂₁ = c₁₂ = A – ax₂₁ = 4061 - 16,7·31,6 = 3539,96Дж/(кг·K)

c₂₂ = c_к = A - ax_к = 4061 - 16,7·52 = 3192,6Дж/(кг·K)

Температуры t_i1 раствора на входе в корпуса нахожу через соответствующие значения t_i2 в соответствии с изображенной схемой работы установки.

При решении этой системы определяю: расход греющего пара в первый корпус D_iг и расходы выпариваемой воды в каждом i -том корпусе W_i , которые будут уточенными величинами ранее принятых значений.

Решение составленной система уравнений теплового баланса выполняю с применением ЭВМ по разработанной на кафедре программе. Необходимые для ввода в ЭВМ данные заранее определяю и свожу в табл. 3.

Таблица 3

Данные для решения уравнений теплового баланса выпарки

Число корпусов – n = 3

Производительность установки по исходному раствору G₀ = 9,722кг/с

Общее количество выпаренной воды W = 5,87кг/с

№ п/п	Наименование величины	Размерность	Номера корпусов
			1	2	3
1.	Энтальпия греющего пара	кДж/кг	2723,32	2706,36	2658,4
2.	Энтальпия сокового пара	кДж/кг	2708,8	2662	2639,68
3.	Теплоемкость конденсата	кДж/кг·K	4,23	4,23	4,19
4.	Теплоемкость раствора на входе в корпус	кДж/кг·K	3,66	3,53	3,74
5.	Теплоемкость раствора на выходе из корпуса	кДж/кг·K	3,53	3,19	3,66
6.	Температура конденсата	°С	128,2497	116,691	87,98778
7.	Температура раствора на входе в корпус	°С	120,4	120,4	79,234
8.	Температура раствора на выходе из корпуса	°С	120,4	97,2	79,234

Результаты расчета сведены в табл. 4.

Таблица 4

Результаты решения уравнений теплового баланса выпарки

№	Расход греющего пара кг/с	Расход испаряемой воды кг/с
1	2,984454	2,927396
2	2,927396	3,165792
3	3,165792	3,122813

Вывод: Так как вновь рассчитанные W_i и x_i2 практически не отличается от ранее принятых, то уточнение температурного режима не провожу.

В дальнейших расчетах использую данные температурного режима последнего приближения, но при новых W_i и x_i2.

Принимаю: w=2м/с

 

- смешанный режим

 

B=0,0226 для аппаратов с вынесенной зоной кипения.

 

( 19 )

После определения α₂ определяю удельный тепловой поток при теплоотдаче к раствору [ 5 ]

q_кип. = α₂·(t_н – t_i2),                                                                                                                ( 20 )

где t_н - рассчитана по формуле ( 17 );

ti2 - определяется при составлении температурного режима [ 1 ].

Для первого корпуса t₁₂ = 118°C

q_кип = 6954·(121 – 118) = 20862Вт/м²

q_конд = 13074 Вт/м² < q_кип = 20862 Вт/м² значит необходимо увеличить Δt

Принимаю: Δt = 4°C

t_с1 = t_1r – Δt = 128 – 4 = 124°C                                [ 5 ]

t_пл = 0,5·(t_1r+t_с1) = 0,5·(128+124) = 126°C              [ 5 ]

Рассчитывая по формуле ( 13 ) значение α₁

 

определяю удельный тепловой поток при конденсации греющего пара [ 5 ]

q_конд. = α₁(t_1r - t_с1) = α₁Δt = 4047·4 = 16188Вт/м²

 

Значения критериев Рейнольдса Re = 77500, Прандтля Pr = 5,82 и Нуссельта Nu = 392, а так же значение коэффициент теплоотдачи α₂ = 6954Вт/(м²·K) не изменяются с изменением Δt.

Рассчитываю удельный тепловой поток при теплоотдаче к раствору ( 20 )

q_кип = 6954·(117 – 118) = -6954Вт/м²

Полученные удельные тепловые потоки q_конд и q_кип снова не равны между собой, значит для расчета в третьем приближении строю график зависимости удельных тепловых потоков от задаваемых значений Δt и, соединяю прямыми линиями точки q_конд между собой, а точки q_кип между собой, на их пересечении нахожу новое значение Δt, при котором провожу окончательный расчет. Различие в удельных тепловых потоках в этом случае не должно превышать 5% (погрешность расчета и графического определения Δt).

Определяю по графику (Рис. 3) Δt = 3,5°C

Рассчитывая по формуле ( 13 ) значение α₁

 

определяю удельный тепловой поток при конденсации греющего пара [ 5 ]

q_конд. = α₁(t_1r - t_с1) = α₁Δt = 4193·3,5 = 14226Вт/м²

 

Значения критериев Рейнольдса Re = 77500, Прандтля Pr = 5,82 и Нуссельта Nu = 392, а так же значение коэффициент теплоотдачи α₂ = 6954Вт/(м²·K) не изменяются с изменением Δt.

Рассчитываю удельный тепловой поток при теплоотдаче к раствору ( 20 )

q_кип = 6954·(120 – 118) = 13980Вт/м²

Полученные значения α₁ и α₂ использую для вычисления коэффициента теплопередачи

 

( 21 )

Окончательную проверку правильности расчета произвожу по формуле

q = K·Δt_i                                                   ( 22 )

где Δt₁ = 8,75°С

q = 1430·8,75 = 12870Вт/м²

Учитывая длительность и сложность расчета коэффициента теплопередачи для всех корпусов выпарки, ручной его подсчет провожу только для одного (первого) корпуса. Цель - разобраться с методикой и последовательностью расчета. Коэффициенты теплопередачи для всех корпусов выпарки в дальнейшем рассчитываю на ЭВМ по разработанной программе. С этой целью для аппаратов с принудительной циркуляцией необходимые