Рассчитать выпарной аппарат для выпаривания mн (кг/час) раствора от начальной концентрации bн (%) до конечной bK (%)

1. Определение количества выпаренной воды (кг/с)
W = mн(1-)
2. Определение температуры вторичного и греющего пара
По давлению вторичного пара и греющего пара находятся их температуры (см. табл. 30 приложения):
3. Определение температурных потерь
а) Физико-химическая депрессия определяется по формуле Тищенко:
= H,
где H - нормальная депрессия, вычисленная при атмосферном давлении, ºС;
- поправочный коэффициент, зависящий от давления вторичного пара.
Значения H и берутся из табл. 23, 24 приложения:
= 0,736;
H = 0,38 (при средней концентрации раствора сахара в выпарном аппарате 19%).
б) Гидростатическая депрессия. Определяется гидростатическое давление (ат) в среднем слое раствора по формуле:
р = 9,8110-5,
где - плотность раствора в данном корпусе, кг/м3 (находится из таблиц по концентрации раствора и температуре вторичного пара);
l - длина трубок, м (принимают в пределах 24 м).
кг/м3 (при средней концентрации раствора сахара в выпарном аппарате 19%и температуре Тв.п=55,340С, прил. 5);
м
ат
Для определения давления в среднем слое раствора к давлению вторичного пара в данном корпусе прибавляется вычисленное гидростатическое давление
Рср = Рвп + р (ат).
ат
По табл. 30 приложения для этого давления находится температура кипения воды t в среднем сечении трубок.
Гидростатическая температурная депрессия определяется как разность температур кипения воды в среднем сечении и на поверхности:
= t - t,
где t - температура пара (находят из таблиц по давлению вторичного пара).
t´ср(кипения воды)=70,38ºС
Вычисленные температуры кипения (ºС) складываются:
= + .
4. Определение температуры кипения раствора (ºС)
tкип = t +
5. Определение полезной разности температур (ºС)
tполез = Tг.п. - tкип
6. Расчет коэффициентов теплоотдачи
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара к стенке (Вт/м2К) рассчитывается по формуле:
∝конд=А(q∙l)1/3,
где А1 - расчетный коэффициент, определяемый по температуре греющего пара из графика (рис. 1); А1=3,58·105;
q - плотность теплового потока, Вт/м2;
l - длина трубок, м; l=3 м.
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору (Вт/(м2К))
кип = А2q0,6,
где А2 - расчетный коэффициент, зависящий от температуры кипения и концентрации раствора . Для растворов сахара коэффициент А2 определяется по графику, представленному на рис. 2; А2=8,1.
Рис. 1. Значение расчетного коэффициента А1
Рис. 2. Значения расчетного коэффициента А2
для растворов сахара
Так как плотность теплового потока неизвестна, задаются несколькими значениями q, вычисляют конд и кип.
q1=40000 Вт/м2;
q2=60000 Вт/м2;
q3=80000 Вт/м2;
q4=100000 Вт/м2;
∝конд1=3,58∙105(40000∙3)1/3=7258Втм2∙К;
∝конд2=3,58∙105(60000∙3)1/3=6340,53Втм2∙К;
∝конд3=3,58∙105(80000∙3)1/3=5760,75Втм2∙К;
∝конд4=3,58∙105(100000∙3)1/3=5347,81Втм2∙К;
∝кип1=8,1∙400000,6=4674,35Втм2∙К;
∝кип2=8,1∙600000,6=5961,78Втм2∙К;
∝кип3=8,1∙800000,6=7085Втм2∙К;
∝кип4=8,1∙1000000,6=8100Втм2∙К.
7. Расчет коэффициента теплопередачи
Коэффициент теплопередачи рассчитывают по формуле:
К=11∝конд+r+1∝кип,
где r - сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений на ней, м2К/Вт.
r=δстλст+δзагрλзагр,
где ст, загр - толщина соответственно металлической стенки трубки и слоя загрязнений, м (принимают ст = 2 мм, загр = 0,51,5 мм);
ст, загр - коэффициенты теплопроводности металлической стенки и слоя загрязнений.
δст=2;
δзагр=1;
λст (сталь нержавеющая)=17;
λзагр (накипь, котельная)=2.
r=0,00217+0,0012=0,0006176 м2∙КВт
По ранее рассчитанным коэффициентам теплоотдачи конд и кип рассчитывают коэффициент теплопередачи.
К1=117258+0,0006176+14674,35=1031,66Втм2∙К;
К2=116340,53+0,0006176+15961,78=1060,39Втм2∙К;
К3=115760,75+0,0006176+17085=1072,58Втм2∙К;
К4=115347,81+0,0006176+18100=1077,53Втм2∙К.
Далее определяют температурный напор по формуле:
∆t=qK,
где q - принятое ранее значение; K - рассчитанный при этих значениях коэффициент теплопередачи.
∆t1=400001031,66=38,77 К;
∆t2=600001060,39=56,58 К;
∆t3=800001072,58=74,59 К;
∆t1=1000001077,53=92,81 К.
Строится нагрузочная характеристика, представляющая зависимость q = f(t) (см. рис. 3).
Рис. 3. Нагрузочная характеристика выпарного аппарата
По известной величине полезной разности температур находится фактическое значение удельного теплового потока qф и определяется коэффициент теплопередачи:
Красч=qф∆tполез.
.
При tполез =, qф=58500 Вт/м2
Красч=6020056,77=1060,42Втм2∙К.
Уточняем фактические значения коэффициентов теплоотдачи:
∝конд.факт=3,58∙105(60200∙3)1/3=6333,5Втм2∙К;
∝кип.факт=8,1∙602000,6=5973,69Втм2∙К.
8