Определение коэффициентов теплопередачи и теплоотдачи

 

Ориентировочная площадь поверхности теплообмена

 

               (10)

 

Где q-удельная тепловая нагрузка, Вт/м², примем q = 30000 Вт/м²

 

Q = 821.376*10³ Вт- тепловая нагрузка греющей камеры.

 

По ГОСТ 11987-81 принимаем выпарной аппарат со следующей характеристикой: поверхность теплообмена F=25 м², длина труб l=4 м, диаметр труб D=38*2 мм, материал труб сталь Х18Н10Т.

Число труб:

 

               (11)

 

Коэффициент теплоотдачи

 

α₁, Вт/м²*К

 

Ориентировочный:

 

                    (12)

 

Где ρ= 943 кг/м³- плотность

λ= 68,6*10^-2 Вт/м*К- коэффициент теплопроводности,

μ=231*10^-6 Па*с – коэффициент динамической вязкости.

Значения приняты при t = 119.6°C.

 

 

Найдем значение смоченного периметра П, м:

 

  (13)

 

Рассчитаем плотность стекания конденсата по наружной поверхности труб:

 

         (14)

 

Найдем критерий Re_пл для пленки конденсата:

 

(15)

 

3.3 Коэффициент теплоотдачи α₂

 

(16)

 

Где при температуре кипения: λ=0,524 Вт/м*К; ρ=1125,9 кг/м³;

μ=0,63*10^-3Па*с, с=2943,6 Дж/кг*К, σ=42*10^-3Н\м [2, таб 37]

 

Свойства водяного пара:

r = 2336*10³ Дж/кг; ρ_п= 0,1876 кг/м³, ρ_о=0,579 кг/м³ [2, таб 56]

 

 

Коэффициент теплопередачи

 

    (17)

 

Где δ = 0,002 м- толщина стенки, λ-коэффициент теплопроводности стали Х18Н10Т, 1/r_з1=5000Вт/м²*К и 1/r_з2=5800 Вт/м²*К- тепловая проводность загрязнений со стороны раствора и со стороны пара соответственно. [1, с143]

 

 

Удельная тепловая нагрузка:

 

 (18)

 

Отсюда, выражаем Δt_ПОЛ

 

 

Задавая различные значения q рассчитаем Δt_ПОЛ методом последовательных приближений и построим график.

 

q, Вт/м²          20*10³     50*10³

Δt_ПОЛ,°С          15,4   35,6

 

Из графика видно, что для предварительно вычисленного значения

 

Δt_ПОЛ=55,874°С

 

идеальная тепловая нагрузка

 

q= 42*10³ Вт/м².

 

Из формулы (18) коэффициент теплопередачи равен:

 

 

Необходимая площадь поверхности теплообмена

 

            (19)

 

По ГОСТ 11987-81 выбираем номинальную поверхность теплообмена F=25м².

Конструктивный расчет выпарного аппарата

 

4.1 Число труб греющей камеры (уточненное):

 

 

4.2 Внутренний диаметр обечайки греющей камеры:

 

D_k=0,6м [1]

 

4.3 Диаметр циркуляционной трубы:

 

D_ц= 0,3м [1]

 

4.4 Объем парового пространства:

 

V_c=W/W`                           (20)

Где W`-допустимое напряжение парового пространства, кг/м³*ч:

 

W`=f₁*f₂*W_АТМ        (21)

 

Где f₁=1,7 при абсолютном давлении 0,02 МПа [1], f₂=0,5 при уровне раствора над точкой ввода парожидкостной смеси в паровое пространство на высоте Н=0,15м [1], W_АТМ=2600 кг/м³*ч-значение допускаемого напряжения парового пространства.

 

W`=1,7*0,5*2600=663 кг/м³*ч

V_c=0.3336*3600/663=1.81 м³

4.5 Скорость витания капли:

 

    (22)

 

Где ξ-коэффициент сопротивления, ρ_Ж и ρ_П-плотность жидкости и пара соответственно, кг/м³ d_к- диаметр капли, м.

 

d_к=0,0006 м [1]

ρ_Ж=1009,15 кг/м³ [6]

ρ_П= 0,1283 кг/м³, при р= 0,02МПа [2]

ξ=18,5/Re^0.6 =18.5/1551.5^0.6=0.225         (23)

 

4.6 Скорость пара в паровом пространстве:

 

                     (24)

 

Где D_C=1 -диаметр сепаратора,м

 

ω_П=0,3336/(0,1283*0,785*1²)= 3,312 м/с

 

4.7 Высота парового пространства:

 

H=4V_C/(π*D²_C)=4*1.81/3.14*1²=2.31 м        (25)

 

Скорость выхода пара из кипятильных труб

 

ω_тр=W/ ρ_П*f

где f-суммарная площадь сечения кипятильных труб, м²

 

 

4.9 Толщина трубной решетки:

 

            (26)

 

Где d_пар=42 –наружный диаметр трубки, мм

 

 

Выбор способа размещения отверстий в трубной решетке

 

Трубная решетка представляет собой диск, в котором высверлены отверстия под трубки, и служит для разделения трубного и межтрубного пространств. Для диаметра труб 38 мм соответствует шаг t= 48 мм. Выбираем размещение отверстий по вершинам равностороннего треугольника с шагом 48 мм.

Асчет вспомогательного оборудования