Выпарной аппарат

Толщина труб 2,0 мм, материал – нержавеющая сталь; λ_ст = 17,5 Вт/(м ∙ К). Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений (термическим сопротивлением со стороны греющего пара можно пренебречь) равна:

 

 м² ∙ К/Вт

 

Тогда

Примем второе значение q₂ = 20000 Вт/м² получим:

Третье, уточнённое значение q₃, определим в точке пересечения с осью абсцисс хорды, проведённой из точки 1 в точку 2 на графике зависимости f(q) от q:

 

(40)

 

Получим

 Вт/м²

Такую точность определения  корня уравнения (34) можно считать  достаточной, и q = 20235,4 Вт/м² можно считать истинной удельной тепловой нагрузкой. Тогда требуемая поверхность составит:

 м²

В выбранном теплообменнике запас поверхности составит:

%

Масса аппарата: М₁ = 3950 кг (см. Приложение 4).

Вариант 2. рассчитаем также  теплообменник с высотой труб 6,0 м, диаметром кожуха 600 мм и номинальной  поверхностью 126 м².

Для этого уточним значение коэффициента В:

Пусть Вт/м².

Тогда

Пусть q₂ = 25000 Вт/м².

Тогда

Получим

 Вт/м²

Требуемая поверхность: м²

В выбранном теплообменнике запас поверхности составляет:

%

Масса аппарата: М₂ = 3130 кг (см. Приложение 4).

У последнего аппарата масса  значительно меньше, поэтому выбираем его.

Критическую удельную тепловую нагрузку, при которой пузырьковое  кипение переходит в плёночное, а коэффициент теплоотдачи принимает  максимальное значение, можно оценить  по формуле, справедливой для кипения  в большом объёме:

 

(41)

 

 кВт/м²

Следовательно, в рассчитанных аппаратах режим кипения будет  пузырьковым. Коэффициенты теплоотдачи  и теплопередачи в выбранном  варианте соответственно равны:

 Вт/(м² ∙ К)

 Вт/(м² ∙ К)

 Вт/(м² ∙ К)

Таким образом, был выбран теплообменник-испаритель со следующими характеристиками [1]:

 

Таблица 18 Характеристики теплообменника-испарителя

 

 

8. Расчёт вспомогательного  оборудования выпарной установки

 

8.1 Расчёт конденсатоотводчиков

 

Для отвода конденсата, образующегося  при работе теплообменных аппаратов, в зависимости от давления пара, применяют различные виды устройств. При давлении на выходе не менее 0,1 МПа  и противодавлении не более 50 % давления на выходе устойчиво работают термодинамические  конденсатоотводчики. При начальном  давлении не менее 0,06 Мпа рекомендуется  устанавливать конденсатоотводчики  поплавковые муфтовые, которые надёжно  работают при перепаде давления более 0,05 МПа при постоянном и переменных режимах расходования пара. При ∆Р от 0,03 до 1,3 МПа для автоматического  удаления конденсата из различных пароприемников пригодны конденсационные горшки с  открытым поплавком. При давлении пара до 0,03 МПа для отвода конденсата могут применяться гидравлические затворы (петли).

 

8.1.1 Расчёт конденсатоотводчиков  для первого корпуса выпарной  установки

Из условия видно, что  Р_г = 0,4 МПа, значит, применим термодинамические конденсатоотводчики.

1) Расчётное количество  конденсата после выпарного аппарата:

G = 1,2 ∙ G_г = 1,2 ∙ 0,83 = 0,996 кг/с или 3,59 т/ч.

2) Давление пара перед  конденсатоотводчиком.

P = 0,95 ∙ P_г = 0,95 ∙ 0,4 = 0,38 МПа или 3,87 атм.

3) Давление пара после  конденсатоотводчика.

P’ = 0,01 МПа или 0,1 атм, т.к. у нас свободный слив конденсата.

4) Условная пропускная  способность K∙V_y.

 

(42)

 

∆P = P – P’ = 0,38 – 0,01 = 0,379 МПа или 3,77 атм.

Тогда:

 т/ч

Подходящей условной пропускной способностью конденсатоотводчика 45ч12нж является 0,9 т/ч, поэтому установим 4 конденсатоотводчика с такой  пропускной способностью.

Размеры данного конденсатоотводчика: D_y = 25 мм, L = 100 мм, L₁ = 12 мм, H_max = 53 мм, Н₁ = 30 мм, S = 40мм, S₁ = 21 мм, D₀ = 60 мм.

 

8.1.2 Расчёт конденсатоотводчиков  для второго корпуса выпарной  установки

Давление греющего пара во втором корпусе – 0,277 МПа, значит, используем термодинамические конденсатоотводчики.

1) Расчётное количество  конденсата после выпарного аппарата:

G = 1,2 ∙ G_г = 1,2 ∙ 0,63 = 0,756 кг/с или 2,72 т/ч.

2) Давление пара перед  конденсатоотводчиком.

P = 0,95 ∙ P_г = 0,95 ∙ 0,277 = 0,263 МПа или 2,682 атм.

3) Давление пара после  конденсатоотводчика.

P’ = 0,01 МПа или 0,1 атм, т.к. у нас свободный слив конденсата.

4) Условная пропускная  способность K∙V_y.

 

 

∆P = P – P’ = 0,263 – 0,01 = 0,253 МПа или 2,582 атм.

Тогда: т/ч

Подходящей условной пропускной способностью конденсатоотводчика 45ч12нж является 0,9 т/ч, поэтому установим 4 конденсатоотводчика с такой  пропускной способностью.

 

8.1.3 Расчёт конденсатоотводчиков  для третьего корпуса выпарной  установки

Давление греющего пара во втором корпусе – 0,094 МПа, значит используем поплавковый муфтовый конденсатоотводчик.

1) Расчётное количество  конденсата после выпарного аппарата.

G = 1,2 ∙ G_г = 1,2 ∙ 0,43 = 0,52 кг/с или 1,86 т/ч.

2) Давление пара перед  конденсатоотводчиком.

P = 0,95 ∙ P_г = 0,95 ∙ 0,153 = 0,145 МПа или 1,48 атм.

3) Давление пара после  конденсатоотводчика.