Расчёт выпарной установки. Предварительный выбор поверхности нагрева выпарных аппаратов. Производительность установки по начальному раствору

температура греющего пара следующего (по ходу движения пара) корпуса.

Рассчитываю общую разность температур и полезную разность температур для всей установки

∆tобщ = =126,915-73,39=53,525 °С;

∆tпол =∆tобщ –

∆tпол =;

∆ti = ∆tпол / 3=38,025/3=12,675°С;

Приблизительный температурный режим

                                                                          Таблица 1

№ корпуса	∆′′′i(i+1)	Температура сокового пара, tiс	∆′i2	Температура кипения раствора, ti2	∆ti	Температура греющего пара, tiг
3	-	73,39	1,94	75,33	12,675	88,005
2	2	89,005	7,6	96,605	12,675	109,28
1	1	111,28	2,96	114,24	12,675	126,915

В дальнейшем распределяю ∆t_пол=12,675*3 = 38,025°C по корпусам установки по эмпирическому уравнению [ 1 ]

где D_1г = 1,02·W₁ = 1,02·2,32 = 2,3664 кг/с;

D_2г = W₁ = 2,32 кг/с;

D_3г = W₂ = 2,5056 кг/с;

Вязкость щелока определяю по номограмме [ 4 ], по концентрации щёлока и его температуре

ν₁₂ = 1,18·10^-6м²/с                       t₁₂=114,24 °С                                   x₁₂=35%

ν₂₂ =1,85·10^-6  м²/с                       t₂₂=96,605 °С                                   x₂₂=54%

ν₃₂ =1,238·10^-6м²/с                       t₃₂=75,33 °С                                    x₃₂=26,4%

Вычисленные значения ∆t_i используются для составления второго этапа приблизительного температурного режима. С этой, целью составляется новая таблица, аналогичная табл. 1. По значениям температуры кипения раствора t_i2 в новой таблице и ранее найденным значениям x_i2 уточняются вязкости щелока и снова уточняется распределение ∆t_пол по корпусам установки с составлением таблицы третьего этапа приближения, аналогичной табл. 1. Составление приблизительного температурного режима продолжается до тех пор, пока значения ∆t_i предыдущего и последующего расчета будут отличаться между собой не более, чем на 0,1°С.

Все указанные расчеты при составлении приблизительного температурного режима работы установки я выполнил с помощью ЭВМ.

Результаты расчета сведены в таблицу 2.

1.5. Уточнение распределения выпариваемой води по корпусам установки

Система уравнений теплового баланса установки включает в себя уравнения теплового баланса всех корпусов установки и уравнение материального баланса установки по выпариваемой воде.

Определяя приход и расход теплоты с материальными потоками для любого i-того корпуса, составляю уравнения теплового баланса корпусов, каждое из которых, если пренебречь потерями теплоты в окружающую среду, принимает вид [ 1 ]

( 10 )

где D_iг - расход греющего пара;

W_i - расход сокового пара;

D_ik - расход конденсата;

G_i1 - расход раствора на входе в корпус;

( G_i1 - W_i ) - расход раствора на выходе из корпуса;

I_iг и I_iс - энтальпия греющего и сокового пара;

с_i1 и с_i2 - теплоемкости  раствора на входе в корпус и на выходе из него;

t_i1 и t_i2 - температуры раствора на входе в корпус и на выходе из него;

c_ik и t_ik - теплоемкость и температура конденсата.

Составляю систему уравнений для своей установки:

Энтальпии пара (греющего и сокового) определяю из таблицы LVI [3] соответствующим значениям из таблицы 2.Теплоемкость конденсата определяю из таблицы ХХХIХ [4] по t_ik = t_iг. 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_i2 = A – a x_i2                                           (12 )

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

X - концентрация в массовых %;

А и а - постоянные, зависящие от природы раствора [ 1 ].

А=4103          а=21,8  по таблице [1] для чёрного сульфатного щёлока

Концентрация на выходе:

C₁₂ = A – ax₁₂ = 4103 - 21,8 · 35 = 3,34 кДж/(кг·K)

С₂₂ = A - ax₂₂ = 4103 - 21,8 · 54= 2,9258 кДж/ (кг·K)

С₃₂ =  A – ax₃₂ = 4103 - 21,8 · 26,4 = 3,52748 кДж/(кг·K)

Концентрация на входе:

С₁₁=С₃₁=4103 - 21,8 ·21 =3,6452 кДж/(кг·K)

С₂₁=С₁₂= 3,34 кДж/(кг·K)

С₃₁=С₂₂= 2,9258 кДж/(кг·K)

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

Энтальпии пара (греющего и сокового) определяю методом линейной интерполяции по соответствующим значениям температур:

При решении системы уравнений теплового баланса корпусов 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.

Данные для решения уравнений теплового баланса выпарки:

Число корпусов  n = 3

Производительность установки по исходному раствору G₀ = 11,944 кг/с              

Таблица 2

№ п/п	Наименование величины	Размерность	Номера корпусов
			1	2	3
1.	Энтальпия греющего пара	кДж/кг	2721,03	2704,53	2650,22
2.	Энтальпия сокового пара	кДж/кг	2705,93	2653,82	2632,876
3.	Теплоемкость конденсата	кДж/кг·K	4,23	4,23	4,19
4.	Теплоемкость раствора на входе в корпус	кДж/кг·K	3,527	3,34	3,645
5.	Теплоемкость раствора на выходе из корпуса	кДж/кг·K	3,34	2,926	3,527
6.	Температура конденсата	оС	126,864	115,381	83,4547
7.	Температура раствора на входе в корпус	оС	119,37	119,37	75,338
8.	Температура раствора на выходе из корпуса	оС	119,37	93,192	75,338

Результаты решения уравнений теплового баланса выпарки

     Таблица 3

№	Расход греющего пара кг/с	Расход испаряемой воды Кг/с
1	2,327789	2,2652
2	2,2952	2,515364
3	2,515364	2,489435

Вывод:  Значения W_i и x_i2 ,рассчитанные заново, почти не отличается от ранее принятых, следовательно уточнение температурного режима не требуется.

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

2. РАСЧЕТ ВЫПАРНОЙ УСТАНОВКИ

Рассчитанный ранее [1] температурный режим работы установки требует дальнейшего уточнения. Однако, он необходим, так как дает возможность рассчитать коэффициенты теплопередачи, тепловые нагрузки, а также уточнить и дополнительно выбрать поверхности нагрева корпусов выпарной установки.

2.1. Расчет коэффициентов теплопередачи

Для расчета коэффициента теплопередачи в выпарном аппарате любой конструкции необходимо знать значения термических сопротивлений стенки трубок (δ_ст/λ_ст) и накипи (δ_н/λ_н) на данный момент времени, а также значения коэффициентов теплоотдачи от греющего пара к стенке трубок (α₁=α_конд) и от накипи к раствору (α₂=α_кип).

Рассмотрю последовательность расчета коэффициента теплопередачи