Определить расход греющего пара и количество труб в греющей камере аппарата для выпаривания 36 т/ч раствора, поступившего на регенерацию из травильного отделения цеха. Начальная концентрация раствора 5 %, конечная 15 %. Камера кожухотрубчатого типа. Диаметр греющих труб 38х2 мм. Длина труб 4 м. Температура раствора перед камерой 100 °C, его температура кипения 105 °C. Температура насыщения вторичного пара 100 °C. Параметры греющего пара 0,6 МПа и 165 °C. Плотность раствора 1,2 т/м3, теплоемкость 4 кДж/(кг K), коэффициенты теплоотдачи пара и раствора принять равными 5000 и 800 Вт/(м2 K). Толщина слоя накипи 1 мм, ее теплопроводность 1 Вт/(м K). Материал труб – сталь с теплопроводностью 40 Вт/(м K). Оценить возможную экономию греющего пара при выпаривании того же раствора в прямоточной трехкорпусной выпарной установке.
Решение
Расход греющего пара в выпарном аппарате :
Dгр=Qi-i х , кг/с
где i-энтальпия сухого насыщенного пара, кДж/кг ;
i-энтальпия конденсата при температуре конденсации , кДж/кг;
х- степень сухости греющего пара.
При р=0,6 МПа и t=165 °C греющий пар перегрет, х=1, i=2 771, 078 кДж/кг
Температура насыщения ts при р=0,6 МПа составляет ts=158,8℃.
При этой температуре i=670,4362 кДж/кг.
Q- расход тепла на выпаривание, Дж, включает в себя три стадии теплового баланса (нагревание, испарение, потери тепла ):
Q= Qнагр+ Qисп+ Qпот=Gначснач (tкип- tнач)+W(i-cвtкип)+ Qпот
Примем Qпот=0.
Gнач=36 т/ч=10 кг/с- массовый расход исходного раствора .
Расход выпариваемой влаги составляет :
W= Gнач (1- хнач/ хкон),
где хнач=5%; хкон=15% -концентрации растворенного вещества в начальном и конечном растворе.
W= 10 (1- 5/ 15) = 6,67 кг/с.
i-cвtкип=r=2260 кДж/кг- скрытая теплота парообразования при ts=100℃- температуре насыщения вторичного пара
Q= 104 (105- 100)+6,672260=15274,2 кДж
Расход греющего пара в выпарном аппарате:
Dгр=15174,22 771, 078-670,4362 =7,224 кг/с
Для определения количества труб в аппарате определим его поверхность теплообмена F.
Из уравнения Q = К ∙F ∙Δt
F =Q К ∙Δt
где t- средний температурный напор
tб =165-105=60℃
tм =158,8-100=58,8℃
tб/tм1,7 t=0,5(60+58,8)=59,4℃.
К- коэффициент теплопередачи
.
Как правило, у труб, применяемых в теплообменных аппаратах, расчет коэффициента теплопередачи можно вести для плоской стенки с учетом загрязненности поверхностей.
Коэффициент теплопередачи для плоской стенки определяется по формуле
К=111+ ст ст+ н н+12 , Вт/(м2*К),
где δст =0,002 м толщина стенки трубы;
λст =40 Вт/(м К)-коэффициент теплопроводности материала труб,
α1=5000 Вт/(м2 К) – коэффициент теплоотдачи со стороны пара;
α2=800 Вт/(м2 К) – коэффициент теплоотдачи со стороны раствора;
δн =0,001 м толщина слоя накипи;
λн =1 Вт/(м К)-коэффициент теплопроводности накипи,
К=115000+ 0,00240+0,0011+1800 =400 Вт/(м2*К)=0,4 кВт/(м2*К)=
F = 15174,2 0,4 ∙59,4=639 м2
Внутренний диаметр теплообменных труб
dвн= dн -2ст=38-22=34 мм
Средний диаметр теплообменных труб
dср =0,5(dвн+ dн)= 0,5(38+ 34)=36 мм=0,036 м.
Поверхность нагрева одной трубы :
f= dср l=3,140,0364=0,45 м2
Число труб : n=639/0,45=1420 шт.
Определим расход греющего пара при выпаривании того же раствора в прямоточной трехкорпусной выпарной установке.
Сделаем это распределение на основании практических данных, приняв следующее соотношение массовых количеств выпариваемой воды по корпусам:
W1:W2:W3=1,0:1,1:1,2.
Тогда получаем количество выпариваемой воды:
W1=W∙1,01+1,1+1,2=6,67∙1,03,3=2,020 кг/с
W2=W∙1,11+1,1+1,2=6,67∙1,13,3=2,222 кг/с
W3=W∙1,21+1,1+1,2=6,67∙1,23,3=2,424 кг/с
Рассчитаем концентрации по корпусам
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
