797

21

с учетом нового значения поверхности теплообмена отыскивают распределение 62,; по корпусам (см. п.6). После реализации П.7 и П.8 этого алгоритма вновь сравнивают новые Qi с полученными в

предыдущем расчете и делают вывод о целесообразности следующего приближения.

1.4 ВЫБОР СТАНДАРТНОГО ВЫПАРНОГО АППАРАТА.

Выбор стандартного выпарного аппарата производится [6, 7] по значению F, полученному расчетом по уравнению (1) или (2) с

учетом отложеlШЙ на поверхностях теплообмена путем ввода коэффициента использования 'Р,величина которого находится в

пределах 0,7+0,8
Fраб = F/'P	(19)

Техническая характеристика стандартного выпарного аппарата

должна содержать о нем все сведения, причем не допускается

расхождение меЖдУ ранее принятыми и новыми значениями Н, о а

иногдаиd.

1.5 ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ АППАРАТА.

Тепловая изоляция аппарата применяется для уменьшения

потерь тепла в окружающую среду и расхода греющего пара.

для изоляции используются материалы с НИЗКОЙ

теплопроводностью [1,8].

www.mitht.ru/e-library

22

Задача расчёта состоит в определении тотцины слоя изоляции

<>из, наносимого на внешнюю поверхность аппарата [6].

(20)

где Лиз - теплопроводность изоляционного материала; ек" - температура наружной поверхности аппарата, tиз" - температура

наружной поверхности изоляции, принимаемая по условиям техники

безопасности равной в пределах tиз" = (35 + 50)Ос; to - температура

окружающего воздуха; ао - коэффициент теплоотдачи конвекцией и

излучением от наружной поверхности к окружающей среде,

рассчитываемый ориентировочно по формуле [6]

<Хо = 9.3 + 0.058 tнз"

(21)

• Расчет тепловой изоляции подробно

изложен в [8].

1.6 ДИАМЕТРЫ ШТУЦЕРОВ И ТРУБОПРОВОДОВ ДЛЯ

МАТЕРИАЛЬНЫХПОТОКОВ.

Задача расчёта - сводится к проверке выбранных по [6,7]

размеров штуцеров ДJIЯ пригодности их К условиям раБотыI проектируемого аппарата. Проверка состоит в определении скорости

движения w материальных потоков и сопоставлением их величин с

рекомендуемыми [5]

w =g/ pF

(22)

www.mitht.ru/e-library

23

где g - массовый расход потока, кг/с; р - ШIотность потока,

кг/мЗ; F - сечение, через которое проходит поток, м2•

Рекомендуемые скорости движения потоков:

жидкости при движении самотёком

w = 0.1 +0.5 м!с;

жидкости при принудительном движении

w = 0.5+2.5 м!с;

водяного пара при давлении (2+5)104Па

w = 40+60м1с;

водяного пара при давлении более 5·104Па

w = 15+40мlc.

Диаметры трубопроводов принимают равными диаметрам

штуцеров.

2.МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АППАРАТОВ

ВЫПАРНЫХ УСТАНОВОК.

Механический расчёт вьmолняется лишь для ТОГО корпуса,

который подлежит конструктивной разработке и должен быть представлен в графической части проекта.

Расчёту подлежат следующие элементы аппарата:

ТОJПЦина стенки цилиндрической обечайки корпуса

аппарата;

ТОJПЦина стенки крышки и днища аппарата;

опорные конструкции аппарата.

www.mitht.ru/e-library

Механический расчёт конструкции аппарата сводится к определению напряжений, возникающих в элементе от нагрузок, И К

сравнению их с предельно допустимыми для выбранного материала

[3,6,9,10].

3. УЗЕЛ ПОДОГРЕВА ИСХОДНОГО РАСТВОРА.

3.1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

Расчет узла подогрева исходного раствора производят после

определения конечной температуры его нагрева (to) (если она не задана) как температуры кипения исходного раствора при рабочем давлении в первом корпусе (см. рис. 1). Здесь, прежде всего, следует рассмотреть аппаратурно-технологическое оформление узла

подогрева исходного раствора в целом: будет ли это одноступенчатый (только греющим паром) или многоступенчатый (сначала - экстра-паром, затем - греющим). Второй вариант практически выгоднее. Особенно в тех случаях. когда температура

нагрева раствора to ниже температуры вторичного пара е из первого корпуса, и от греющего пара в узле нагрева можно вообще

отказаться. Следует помнить, что температура экстра-пара меньше

температуры кипения раствора в том же корпусе на величину

температурной депрессии. Поэтому экстра-паром нагреть исходный раствор до температуры его кипения невозможно при moбом

количестве пара. Здесь неизбежна установка ещё одного теплообменника, питаемого паром, обогревающим первый корпус

теплообменного аппарата, или же его конденсатом. Решение этого

www.mitht.ru/e-library

25

вопроса производится посредством анализа теплового баланса узла

подогрева. Надо при этом учесть, что при составлении теплового баланса начальной температурой исходного раствора tи следует

задаться в соответствии с реальными температурными условиями его

хранения перед подачей на подогрев.

Решив этот вопрос, можно пристynить к расчётам подогревателей, начав его, как обычно, с расчёта теплового потока.

3.2 ТЕПЛОВАЯ НАГРУЗКА АППАРАТА.

Тепловая нагрузка аппарата Q определяется исходя из условий нагрева исходного раствора от начальной температуры tи до конечной to по следующей формуле:

(23)

Это КОШlЧество тепла может быть передано как в одном, так и в двух последовательно работающих теплообменниках. В последнем

случае необходимо из теплового, баланса определить промежуточвую

температуру раствора to .

3.3 ДВИЖУЩАЯ сиЛА ПРОЦЕССА

ТЕПЛОПЕРЕДАчи.

Она определяется как средне логарифмическая разность температур греющего пара (Т) и раствора (t)

'" '"	(24)
(т - t)ep. == д:р. = (1\ - 1\ ) / (101\ /1\ )

www.mitht.ru/e-library

где 11' = Т - tи и /)." = т - to - разности температур

теплоносителей на концах теплообменника.

3.4 ВЫБОР ТИПА ТЕПЛООБМЕННИКА И СПОСОБА ОРГАНИЗАЦИИ ЕГО РАБОТЫ.

в начале производят выбор конструкционного материала [3] и типа теплообменника (предварительно).

Конструкционный материал выбирается, исходя из тех же предпосылок, что и в случае вьшарных аппаратов. Геометрические

размеры трубок рекомендуется выбирать пyrём ориентировочной оценки требуемой поверхности теплообмена.

Fор. =Q I <Кор. Аср.)

(25)

для такой оценки следует задаться ожидаемым значением

коэффициента теплопередачи Кор. , ориентировочные пределы

которого в промышленных теплообменных устройствах указаны в

[15], а также в /4/ и /5/. Сведения о нормализованных типо-размерах теплообменников имеются в справочнике /11/, а также в /6/ и /1/.

Выбор теплообменника зависит от ряда факторов, обусловивших появление разных конструктивных модификаций этого класса

аппаратов.

Наибольшее распространение получили кожухотрубчатые теплообменники. По конструктивному признаку эти аппараты

подразделяются на три типа: жесткой конструкции (тип ТН), нежесткой конструкции (тип тп) и полужесткой конструкции (тип

ТЛ).

Аппараты типа ТН выполняются с неподвижными трубными решётками. При перепадах температур между корпусом аппарата и

трубками вьnnе 500с в этих аппаратах ПОЯВЛЯЮТСЯ опасные

www.mitht.ru/e-library

27

термические напряжения, ограничивающие область их возможного

применения. Заметим, что у аппаратов этого типа чистка наружной поверхности труб невозможна.

В аппаратах типа ТП одна из трубных решёток может свободно

перемещаться в осевом направлении вместе с прикрепленной к ней

крышкой, в связи с чем аппарат получил название теплообменника с "плавающей головкой". Эти теплообменники могут использоваться в

тех случаях, когда разность температур между трубным II)1IКOM и

кожухом превышает 500с или когда необходимо производить:;t;jМ.ctкy наружных поверхностей труб. Аппараты типа ТП применяЮ'~ tlikже

тогда, когда нормализованные компенсаторы~ устанавливае~' на

кожухе, не обеспечивают компенсацию температурных напряЖений.

Эти аппаратыI' однако, обладают рядом недостатков, один из которых

состоит в необходимости увеличения диаметра кожуха для размещения в нём фланцев IШавающей головки. Сопряжённое с этим

увеличение сечения межтрубного пространства ведёт в некоторых

случаях к УХУДIIIению условий теплообмена. Чтобы избежать этого,

иногда делают уширение корпуса только в месте размещения

плавающей головки.

Теплообменники типа ТЛ снабжаются линзовыми компенсаторами

на кожухе; здесь кожух и трубы жестко соединены с трубными

решётками. Эти теплообменники применяются при разности

температур между кожухом и пучком труб больше 500с. Чистка

наружной поверхности труб в этих аппаратах невозможна. Разновидностью кожухотрубчатых аппаратов являются

элементные теплообменники, отличающиеся от первых неболыIIим диаметром кожуха (не более 350 мм). каждый элемент устанавливается горизонтально. В зависимости от требуемой

поверхности теплообмена последовательно включ~я несколько

элементов, соединяемых калачами; элементы располагаются в одной вертикальной плоскости. Ряд последовательно соединённых элементов образует секции. При значительной поверхности теплообмена устанавливается несколько параллельно работающих

www.mitht.ru/e-library

секций. Элемеmные теплообменники допускают сравнительно

высокие скорости движения теплоносителя в межтрубном

пространстве при отсутствии поперечных перегородок. Они оказываются особенно эффективными для физически однородных

сред, движущихся без изменения агрегатного состояния с приблизительно одинаковыми скоростями. Недостатками элементных теплообменников являются относительная громоздкость и высокая стоимость единицы поверхности теплообмена.

Кроме кожухотрубчатых и элементных теплообменников, в промьппленной практике находят применение теплообменники типа тт ("труба в трубе"). Промыmленность выпускает два типа этих

теплообмеш:IИКОВ: ТТ-38 (внутренняя труба диаметром 38*2,5 мм) и ТТ-76 (диаметр внутренней трубы 76*4 мм). В тех случаях, когда

температурные напряжения невелики и когда не требуется чистка

наружной поверхности внутренней трубы, используется жёсткое

соединение КОIЩОВ обеих труб (при помощи сварки). Если

необходимо обеспечить компенсацию тепловых деформаций, то

наружная и внутренняя трубы жёстко свариваются лишь с одной

стороны, а с другой устанавливается сальниковое уплотнение. И

наконец, в тех случаях, когда вследствие большой разности температур теплоносителей требуется устанавливать компенсатор

тепловых деформаций, или, когда необходимо производить полный

демонтаж внутренних труб, наружная и внутренняя трубы

теплообменника П соединяются при помощи сальников на обоих

концах.

Таким образом, при выборе теплообменника необходимо учитывать: рабочие температуры, физико-химические свойства

рабочих сред, условия теплообмена, давление теплоносителей,

гидравлическое сопротивление, возможность очистки поверхности

теплообмена от загрязнений, простоту и компактность устройства.

Опыт показывает, что в качестве парожидкостных

подогревателей наиболее рациональными чаще всего оказываются

www.mitht.ru/e-library

29

многоходовые кожухотрубчатые теплообменники. При этом по

температурным условиям, как правило, оказываются приroдными

теnлообмешlИКИ жесткой конструкции. Аппараты нежесткой

конструкции (с плавающей головкой) стремятся применять в крайних случаях, так как они более сложны и дороги.

Расположение кожухотрубчатых аппаратов (вертикальное или

горизонтальное) обычно не имеет существенного значения. С точки

зрения экономии производственных площадей предпочтительно

вертикальное расположение.

для нормальной работы теплообменника важно правильное

решение вопроса о том, какой из двух теплоносителей направить в

трубки. Каких бы то ни бьmо, установленных правил для

однозначного решения этого вопроса не существует: в каждом

частном случае требуется учитывтьь конкретные особенности

протекания процесса. Однако, в качестве ошравных могут служить

следующие рекомендации:

в трубное пространство следует направлять тот из теплоносителей, для которого ожидаемый коэффициент

теплоотдачи меньше; так как суммарное сечение труб

всегда меньше живого сечения межтрубного пространства,

то за счет относительного роста скорости потока можно

несколько повысить величину коэффициента теплоотдачи;

втрубное пространство надо направлять теплоноситель,

могущий инкрустировать обтекаемую им поверхность;

втрубное пространство желательно направлять теплоноситель, находящийся под более высоким

давлением; это позволит снизить вес аппарата;

в трубное пространство целесообразно направлять

агрессивный с точки зрения коррозии теплоноситель; это

уменьшит стоимость аппарата;

в трубное пространство иногда целесообразно направлять более горячий теплоноситель; это сократит потери в

окружающую среду и расходы на тепловую изоляцию.

www.mitht.ru/e-library

30

Последнее, однако, не является основным, так как тепловая

изоляция аппаратов, работающих при умеренно высоких температурах, не требует больших затрат. Так, например, при

нагревании растворов конденсирующимся паром, последний вьП'Одно

направлять в межтрубное пространство, хотя его температура превьппает температуру раствора. Дело в том, что во Bнyrpь труб

целесообразно направлять поток жидкости или газа, коэффициенты

теплоотдачи которых зависят от скорости (коэффициент теплоотдачи

от конденсирующегося пара к стенке от скорости практически не

зависит). Кроме того, внутренняя поверхность труб доступна в этом

случае для механической очистки.

3.5 РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛООБМЕНА.

IIеобходимую поверхность теплообмена подогревателя исходного раствора находят по формуле (25), подставляя вместо ориентировочного значения коэффициента теплопередачи ~. его точное (рассчитанное) значение. Последнее находят по формуле:

(26)

где А определяется по формуле (7) при температуре Тгр. пара,

дер - по (24), ~cт и лет - толщина стенок нагревательных труб и теплопроводность материала стенки, (Х2 - коэффициент теплоотдачи

от поверхности трубки к раствору.

Расчёт коффициента теплоотдачи (Х2 производят по критериальным уравнениям, приведённым в [1], [4] и др. для этого

предварительно выясняют гидродинамический режим движения

раствора в теплообменнике по величине критерия Рейнольдса.

Входящие в критерий Re значения вязкости и плотности раствора при

www.mitht.ru/e-library