244

Продолжение таблицы 4.1.

	Раствор	Конц.			Давление, бар
		масс. %	0,7	0,8	0,9	1,0	1,2	1,3
		10	92,6	96,2	93,4	102,4	107,7	110,0
		20	96,3	100,0	103,4	106,4	113,7	114,2
	KOH	30	102,6	106,5	109,9	113,1	118,8	121,2
		40	113,5	117,6	121,3	124,7	130,7	133,4
		50	132,5	137,1	141,2	145,0	151,8	154,8
		10	91,2	94,7	98,0	100,9	106,1	108,2
		20	94,2	96,0	99,2	102,2	107,0	111,9
	K2CO3	30	94,5	98,1	101,4	104,4	109,7	112,1
		40	97,8	101,6	104,9	108,0	113,4	115,9
		50	103,6	107,5	111,0	114,2	119,9	122,4
		5	91,0	94,6	97,8	100,8	106,0	108,1
	LiOH	10	92,1	95,7	98,9	101,9	107,1	109,5
		15	93,3	96,6	100,0	103,0	108,3	110,6
		5	90,2	93,5	97,0	100,3	105,6	107,8
		10	90,9	94,6	98,0	101,0	106,0	108,3
	Ca(NO3)2	20	92,2	95,8	99,2	102,2	107,4	109,3
		30	93,3	97,4	101,1	104,2	109,2	111,5
		40	96,0	99,8	103,2	106,2	111,4	113,9
		50	99,5	103,4	107,0	110,1	115,5	117,9
		5	90,2	93,7	97,2	100,0	105,0	107,3
		10	90,7	94,4	97,6	100,4	105,5	107,9
	(NH4)2SO4	20	91,6	95,1	98,3	101,2	106,3	108,7
		30	92,7	96,3	99,6	102,6	107,8	110,1
		40	94,4	98,1	101,5	104,4	109,4	118,8
		5	90,8	94,4	97,6	100,5	105,8	108,1
		10	91,9	95,4	98,6	101,7	106,9	109,2
	NH4Cl	15	92,8	96,4	99,7	102,7	108,1	110,4
		20	94,0	97,6	101,0	104,1	109,5	111,8
		25	95,6	99,2	102,5	105,6	111,2	113,5
		10	91,0	94,5	97,7	100,7	105,7	108,0
		20	92,1	95,6	99,0	101,9	107,0	109,4
	NH4NO3	30	93,9	97,4	100,7	103,8	109,2	115,5
		40	95,6	99,8	102,8	105,8	111,0	113,4
		50	98,6	102,2	105,6	108,7	114,2	116,7

- 30 -

	çæ P ÷ö	=	P2	PСТ = 1,01×104	×1,25×105 =1,29×104_Па.
			PСТ
	è S øt2			S 0,981×105

Температура кипения раствора при æçè PS ö÷øt2 :

t'2 = 50,5 °С.

Температурная депрессия по правилу Бабо равна:

δ2T = t'2 – θ2 = 50,5 – 45,4 = 5,1 °С.

Истинная температурная депрессия для концентрирован- ных растворов может быть точно рассчитана [1]. В данном при- мере воспользуемся поправкой В. Н. Стабникова [2] на концен- трацию раствора, которая равна:

Δδ2 = 1,7 °C.

Рабочая температура кипения раствора во II корпусе соста-

вит:

t2 = θ2 + δ2T – Δδ2 = 45,4 + 5,1 – 1,7 = 48,8 °С.

Гидравлическую депрессию вторичного пара в I корпусе принимаем:

δГ = 1,5 °С.

2.3. Суммарная полезная разность температур.

Суммарная полезную разность температур в ВУ составит:

Σ= TГ – θ2 – ΣδT – ΣδГ = 138 – 45,4 – (1,65 + 3,4) – 1,5 =

=85,8 °С.

2.3.1. Температуры кипения растворов и температуры вторичных паров в корпусах ВУ.

Температуры кипения растворов и температуры вторичных паров в корпусах ВУ зависят от распределения Σ по корпусам. Это предварительное распределение учитывает свойства рас- твора, а также ухудшение условий теплопередачи в корпусах и может быть рекомендовано в виде:

1 : 2 = 1 : 1,2 или 1 : 2 = 1 : 1,5,

или каким-либо иным образом.

Распределение полезной разности температур по корпусам принимаем:

- 11 -

www.mitht.ru/e-library

			1 :		2 = 1 : 1,5 Þ
			1	=	85,7 =34,3_°С.
					2,5
		2 = 85,8 – 34,3 = 51,5 °С.
Температуры кипения раствора и вторичного пара в корпу-
сах соответственно равны:
	t1 = TГ –		1 = 138 – 34,3 = 103,7 °С;
θ = t −δСТ = t			2	+	2	=103,7−1,65=102,1_°С.
1	1	T1

2.3.2. Энтальпия греющих и вторичных паров.

Для θ1 (102,1 °С) энтальпия равна: h1 = 2679 кДж/кг.

Для θ2 (45,4 °С):

h2 = 2582 кДж/кг.

Технологические параметры процесса выпаривания в ВУ приведены в таблице 2.

2.4. Тепловые балансы корпусов ВУ.

Для I корпуса:

Q1 = DГ(hГ - hК) = S0CP(t1 – t0) + W1(h1 – CВt1).

(2.1)

Для II корпуса:

Q

2

=çæ W -E÷çöæ h

2

-C θ

÷ö

=çæS C -W C

÷öçæ t

2

-t

÷ö

+

è

1

øè

В

1

ø

è 0

P

1

В øè

1

ø

(2.2)

+W

çæi

-C t

÷ö.

2

2

è

В

2 ø

Суммарная тепловая нагрузка не зависит от числа корпусов [12]; приняв hСР = 2700 кДж/кг, она может быть определена по формуле (2.3):

QΣ = S0C0(t2 – t0) + W(hСР – CВt2).

(2.3)

Уравнение ТБ для I корпуса содержит два неизвестных: DГ и W1, поэтому решаем уравнение (2.2) относительно W1, вводя символы [9]:

x2 = h2 −CВθ2 = 2679−4,19×101= 2254_кДж/кг; y2 = t2 −t1 = 48,8−103,7 = −54,9_°С;

z2 =i2 −CВt2 = 2582−4,19×48,8= 2376_кДж/кг.

- 12 -

Таблица №4. Физико-химические свойства растворов.

4.1. Температура кипения (t, °C).

	Раствор	Конц.			Давление, бар
		масс. %	0,7	0,8	0,9	1,0	1,2	1,3
		5	91,2	94,7	98,0	100,9	106,1	108,2
	NaCl	10	91,7	95,3	98,4	101,5	106,8	109,1
		20	95,0	98,7	102,0	105,0	110,4	112,7
		5	90,9	94,4	97,7	100,6	105,8	108,1
	NaNO3	10	91,5	95,0	98,2	101,2	106,4	108,6
		20	92,8	96,5	99,6	102,7	107,9	110,3
		30	94,6	98,2	101,6	104,5	109,8	112,4
		5	90,5	94,0	97,3	100,2	105,4	107,8
	Na2SO4	10	90,8	94,4	97,6	100,5	105,7	108,1
		20	91,6	95,2	98,3	101,4	106,7	108,9
	CaCl2	5	91,2	94,7	98,0	100,9	106,1	108,2
		10	92,1	95,7	98,9	101,9	107,1	109,5
		15	93,4	96,9	100,2	103,2	108,5	110,8
		5	91,4	94,8	98,2	101,1	106,2	108,4
	MgCl2	10	92,7	96,3	99,5	102,5	107,8	110,1
		15	94,4	98,0	101,3	104,3	109,6	112,0
	CuSO4	5	90,4	93,9	97,3	100,1	105,3	107,5
		10	90,6	94,1	97,4	100,3	105,4	107,8
		15	90,7	94,3	97,5	100,4	105,6	107,9
		5	90,8	94,4	97,6	100,5	105,7	108,0
	KNO3	10	91,2	94,7	98,0	100,9	106,1	108,2
		15	92,6	95,2	98,3	101,4	106,7	108,9
	K2Cr2O7	5	90,6	94,1	97,4	100,3	105,4	107,8
		10	91,0	94,6	97,8	100,8	106,0	108,1
		10	93,4	96,7	99,9	102,9	108,2	110,9
		20	97,7	101,5	104,8	107,8	113,3	113,9
	NaOH	30	105,2	109,1	112,6	115,8	121,5	124,1
		40	116,8	121,0	124,8	128,2	134,3	137,1
		50	130,2	134,7	138,6	142,5	149,2	152,1

- 29 -

www.mitht.ru/e-library

Таблица №3. Концентрации некоторых водных растворов, кипящих при атмосферном давлении

при различных температурах.

Растворённое						Температура кипения, °C
вещество	101		102		103			104			105				107				110			115		120
CaCl2	5,66		10,31		14,16			17,36			20,00				24,24			29,33				35,68		40,83
KOH	4,49		8,51		11,97			14,82			17,01				20,88			25,65				31,97		36,51
KCl	8,42		14,31		18,96			23,02			26,57				32,62					–			–		–
K2CO3	10,31		18,37		24,24			28,57			32,24				37,69			43,97				50,86		56,04
KNO3	13,19		23,66		32,23			39,20			45,10				54,65			65,34				79,53			–
MgCl2	4,67		8,42		11,66			14,31			16,59				20,32			24,41				29,48		33,07
MgSO4	14,31		22,78		28,31			32,23			35,32				42,86					–			–		–
NaOH	4,12		7,40		10,15			12,51			14,53				18,32			23,08				26,21		33,77
NaCl	6,19		11,03		14,67			17,69			20,32				25,09					–			–		–
NaNO3	8,26		15,61		21,87			27,53			32,43				40,47			49,87				60,94		68,94
Na2SO4	15,26		24,81		30,73			–				–				–				–			–		–
Na2CO3	9,42		17,22		23,72			29,18			33,86					–				–			–		–
CuSO4	26,95		39,98		40,83			44,47				–				–				–			–		–
ZnSO4	20,00		31,22		37,89			42,92			46,15					–				–			–		–
NH4NO3	9,09		16,66		23,08			29,08			34,21				42,53			51,92				63,24		71,26
NH4Cl	6,10		11,35		15,96			19,80			22,89				28,37			35,98				46,95			–
(NH4)2SO4	13,34		23,14		30,65			36,71			41,79				49,73					–			–		–
Растворённое						Температура кипения, °C
вещество	125		140	160			180		200				220			240				260			280		300
CaCl2	45,80		57,89	68,94		75,85			–				–			–				–			–		–
KOH	40,23		48,05	54,89		60,41			64,91				68,73			72,46				75,76			78,95		81,63
KCl	–		–		–			–	–				–			–				–			–		–
K2CO3	60,40		–		–			–	–				–			–				–			–		–
KNO3	–		–		–			–	–				–			–				–			–		–
MgCl2	36,02		38,61		–			–	–				–			–				–			–		–
MgSO4	–		–		–			–	–				–			–				–			–		–
NaOH	37,58		48,32	60,13		69,97			77,53				84,03			88,89				93,02			95,92		98,47
NaCl	–		–		–			–	–				–			–				–			–		–
NaNO3	–		–		–			–	–				–			–				–			–		–
Na2SO4	–		–		–			–	–				–			–				–			–		–
Na2CO3	–		–		–			–	–				–			–				–			–		–
CuSO4	–		–		–			–	–				–			–				–			–		–
ZnSO4	–		–		–			–	–				–			–				–			–		–
NH4NO3	77,11		87,09	93,20		96,00			97,61				98,84			–				–			–		–
NH4Cl	–		–		–			–	–				–			–				–			–		–
(NH4)2SO4	–		–		–			–	–				–			–				–			–		–

- 28 -

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

/п №

п

выпаренногоКоличество растворителя

раствора Концентрация

Энтальпия

сепараторе в Давление

-депрес Гидравлическая сия

вторичных Температура паров

-депрес Температурная сия

кипящего Температура раствора

тем разность- Полезная ператур

греющего Температура пара

Название

2№. Таблица

пара .Втор

пара .Гр

Значения

W

a

i

h

P

Г

θ

T

t

Г

Символ

δ

δ

T

/

/

выпариванияпроцессахарактеристик. технологических

168,,571159, 165, с/кг

4521,545 21,5 .масс %

58226802825 6792 кг кДж

679227312776 7312 кг кДж

001,,120,101 1,1 Па

–1,5– 1,5 °С

45,4031,245,4 102,1 °С

3,4,6513,4 165, °С

48,8041,948,8 031 72, °С

5,623313,5142, 34 28, °С

10,513810 381 °С

приближениеIIприближениеI Размерность .корпII.корпI.корпII .корп I

10 ×

5 –

- 13 -

www.mitht.ru/e-library

И тогда уравнение (2.2) с соответствующими преобразова-

ниями относительно W1 примет вид:
		W =	S0C0y2 +Ex2 +Wz2		.	(2.4)
		1		CВy2 +x2 +z2
W1 =	4,72×3,69×çæ	−54,92		÷ö +0,056×2254+3,25×2376		=1,56 кг/с.
	è			ø
	4,19×çæ −54,92÷ö +2254+2376
		è		ø

W2 = W – W1 = 3,25 – 1,56 = 1,68 кг/с.

Расхождение между ранее принятыми количествами выпа- ренного растворителя составляет не более 7 %, поэтому пере- расчёт концентраций раствора не делаем.

2.5. Поверхность теплообмена.

2.5.1. Предварительные расчёты.

Поверхность теплообмена выпарного аппарата определяем

из уравнения теплопередачи [1]:
Q = K tСРF.	(2.5)
Принимаем, что F1 = F2.
Средний температурный напор в I корпусе	tСР составляет:

tСР = TГ – t1 = 138 – 103,7 = 34,3 °С.

Определяем ориентировочно поверхность теплообмена ВА FОР, предварительно задавашись KОР [2, 10].

Тепловые нагрузки корпусов соответственно равны (см.

уравнения (2.1) – (2.3)): I корпус:

Q1 = 4,72 × 3,69 × (103,7 – 105) + 1,56 (2677 – 4,19 × 103,7) = = 3462 кВт.

II корпус:

Q2 = 1,68 (2677 – 4,19 × 102,1) = 3782 кВт.

QΣ = Q1 + Q2 = 3462 + 3782 = 7244 кВт.

Суммарная тепловая нагрузка (2.3):

QΣ = 4,72 × 3,69 × (48,8 – 105) + 3,25 × (2700 – 4,19 × 48,8) = = 7132 кВт.

Расхождение между QΣ и QΣ составляет не более 1,5 %, что вполне допустимо.

- 14 -

Таблица №2. Физические свойства водяного пара на линии насыщения.

t, °C	P, бар	ρ",	i',	r,	CP,	λ×102,	a×106,	μ×106,	ν×106,	Pr
		кг/м3	кДж/кг	кДж/кг	кДж/кгК	Вт/мК	м2/с	Па×с	м2/с
100	1,013	0,598	2675,9	2256,8	2,135	2,372	18,58	11,97	20,02	1,08
110	1,43	0,826	2691,4	2230,0	2,177	2,489	13,83	12,46	15,07	1,09
120	1,98	1,121	2706,5	2202,8	2,206	2,593	10,50	12,85	11,46	1,09
130	2,70	1,496	2720,7	2174,3	2,257	2,686	7,972	13,24	8,85	1,11
140	3,61	1,966	2734,1	2145,0	2,315	2,791	6,130	13,54	6,89	1,12
150	4,76	2,547	2746,7	2114,3	2,395	2,884	4,728	13,93	5,47	1,16
160	6,18	3,258	2758,0	2082,6	2,479	3,012	3,722	14,32	4,39	1,18
170	7,92	4,122	2768,9	2049,5	2,583	3,128	2,939	14,72	3,57	1,21
180	10,03	5,157	2778,5	2015,2	2,709	3,268	2,339	15,11	2,93	1,25
190	12,55	6,397	2786,4	1978,8	2,856	3,419	1,872	15,60	2,44	1,30
200	15,55	7,862	2793,1	1940,7	3,023	3,547	1,492	15,99	2,03	1,36
210	19,08	9,588	2798,2	1900,5	3,199	3,722	1,214	16,38	1,71	1,41
220	23,20	11,62	2801,5	1857,8	3,408	3,896	0,983	16,87	1,45	1,47
230	27,98	13,99	2803,2	1813,0	3,634	4,094	0,806	17,36	1,24	1,54
240	33,48	16,76	2803,0	1766	3,881	4,290	0,658	17,75	1,06	1,61
250	39,78	19,98	2801	1716	4,157	4,515	0,544	18,24	0,913	1,68
260	46,94	23,72	2796	1661	4,467	4,800	0,453	18,83	0,794	1,75
270	55,05	28,09	2790	1604	4,815	5,115	0,378	19,32	0,688	1,82
280	64,19	33,19	2780	1543	5,234	5,490	0,317	19,91	0,600	1,90
290	74,45	39,15	2766	1476	5,694	5,830	0,261	20,59	0,526	2,01
300	85,92	46,21	2749	1404	6,280	6,270	0,216	21,28	0,461	2,13
310	98,70	54,58	2727	1325	7,118	6,840	0,176	21,97	0,403	2,29
320	112,90	64,72	2700	1238	8,206	7,510	0,141	22,85	0,353	2,50
330	128,65	77,10	2666	1140	9,881	8,260	0,108	23,93	0,310	2,86
340	146,08	92,76	2622	1027	12,35	9,300	0,0811	25,20	0,272	3,35
350	165,37	113,6	2564	893	16,24	10,700	0,0581	26,58	0,234	4,03
360	186,74	144,0	2481	719,7	23,03	12,790	0,0386	29,13	0,202	5,23
370	210,53	203,0	2331	438,4	56,52	17,100	0,0150	33,73	0,166	11,10

- 27 -

www.mitht.ru/e-library

ПРИЛОЖЕНИЕ.

Таблица №1. Физические свойства воды на линии насыщения.

t, °C	P, бар	ρ,	i,	CP,	λ,	a×106,	μ×106,	ν×106,	β×104,	σ×104,	Pr
		кг/м3	кДж/кг	кДж/кгК	Вт/мК	м2/с	Па×с	м2/с	К–1	Н×м
0	1,013	999,9	0	4,212	0,560	13,2	1788	1,789	– 0,63	756,4	13,5
10	1,013	999,7	42,04	4,191	0,580	13,8	1306	1,306	0,70	741,6	9,45
20	1,013	998,2	83,91	4,183	0,597	14,3	1004	1,006	1,82	726,9	7,03
30	1,013	995,7	125,7	4,174	0,612	14,7	801,5	0,805	3,21	712,2	5,45
40	1,013	992,2	167,5	4,174	0,627	15,1	653,3	0,659	3,87	696,5	4,36
50	1,013	988,1	209,3	4,174	0,640	15,5	549,4	0,556	4,49	676,9	3,59
60	1,013	983,1	251,1	4,179	0,650	15,8	469,9	0,478	5,11	662,2	3,03
70	1,013	977,8	293,0	4,187	0,662	16,1	406,1	0,415	5,70	643,5	2,58
80	1,013	971,8	335,0	4,195	0,669	16,3	355,1	0,365	6,32	625,9	2,23
90	1,013	965,3	377,0	4,208	0,676	16,5	314,9	0,326	6,95	607,2	1,97
100	1,013	958,4	419,1	4,220	0,684	16,8	282,5	0,295	7,52	588,6	1,75
110	1,43	951,0	461,4	4,233	0,685	17,0	259,0	0,272	8,08	569,0	1,60
120	1,98	943,1	503,7	4,250	0,686	17,1	237,4	0,252	8,64	548,4	1,47
130	2,70	934,8	546,4	4,266	0,686	17,2	217,8	0,233	9,19	528,8	1,35
140	3,61	926,1	589,1	4,287	0,685	17,2	201,1	0,217	9,72	507,2	1,26
150	4,76	917,0	632,2	4,313	0,684	17,3	186,4	0,203	10,3	486,6	1,17
160	6,18	907,4	675,4	4,346	0,681	17,3	173,6	0,191	10,7	466,0	1,10
170	7,92	897,3	719,3	4,380	0,676	17,2	162,8	0,181	11,3	443,4	1,05
180	10,03	886,9	763,3	4,417	0,672	17,2	153,0	0,173	11,9	422,8	1,03
190	12,55	876,0	807,8	4,459	0,664	17,2	144,2	0,165	12,6	400,2	0,965
200	15,55	863,0	852,5	4,505	0,658	17,0	136,4	0,158	13,3	376,7	0,932
210	19,08	852,8	897,7	4,555	0,649	16,7	130,5	0,153	14,1	354,1	0,915
220	23,20	840,3	943,7	4,614	0,640	16,5	124,6	0,148	14,8	331,6	0,898
230	27,98	827,3	990,2	4,681	0,629	16,3	119,7	0,145	15,9	310,0	0,888
240	33,48	813,6	1037,5	4,76	0,617	16,0	114,8	0,141	16,8	285,5	0,883
250	39,78	799,0	1085,7	4,87	0,605	15,5	109,0	0,137	18,1	261,9	0,884
260	46,94	784,0	1135,7	4,98	0,593	15,2	105,9	0,135	19.7	237,4	0,892
270	55,05	767,9	1185,3	5,12	0,578	14,7	102,0	0,133	21,6	214,8	0,905
280	64,19	750,7	1236,8	5,30	0,565	14,3	98,1	0,131	23,7	191,3	0,917
290	74,45	732,3	1290,0	5,50	0,548	13,7	94,2	0,129	26,2	168,7	0,944
300	85,92	712,5	1344,9	5,76	0,532	13,0	91,2	0,128	29,2	144,2	0,986
310	98,70	691,1	1402,2	6,11	0,514	12,2	88,3	0,128	32,9	120,7	1,05
320	112,90	667,1	1462,1	6,57	0,494	11,3	85,3	0,128	38,2	98,10	1,14
330	128,65	640,2	1526,2	7,25	0,471	10,2	81,4	0,127	43,3	76,71	1,25
340	146,08	610,1	1594,8	8,20	0,446	8,95	77,5	0,127	53,4	56,70	1,42
350	165,37	574,4	1671,4	10,10	0,431	7,90	72,6	0,126	66,8	38,16	1,70
360	186,74	528,0	1761,5	14,65	0,367	4,2	66,7	0,126	109	20,21	2,66
370	210,53	450,5	1892,5	40,32	0,338	1,85	56,9	0,126	264	4,709	6,80

- 26 -

Принимаем KОР = 2000 Вт/(м2×К). Q1 = 3462 кВт. Тогда:

F = Q1 = 3462×103 =50,5_м2. ОР K tСР 2000×34,28

По каталогу [7, 10] выбираем ВА с вынесенной греющей камерой: F = 63 м2; H = 4 м; d = 38 × 2 мм. Материал ВА [6]: сталь ОХ21HST, теплопроводность стали λСТ = 17,2 Вт/(м×К).

2.5.2. Уравнение теплопередачи и его решение.

Уравнение теплопередачи для нахождения действительной (расчётной) поверхности теплообмена ВА имеет вид [1] (рис. 1, 2 приложения):

Σ =

+

=çæ 1 ÷ö1,33

çæ

Q1

+

Q2

÷ö1,33

+ 1

çæQ

δ

+Q

δ ÷ö

+

1

2

ç

F÷

çç

A A

2

÷÷

Fç

1 λ

2 λ ÷

è

ø

è

1

ø

è

ø

(2.6)

0,3

é

ö

0,3

æ

ö

0,3

ù

æ

ö

êæ

Q

Q

ú

êç

÷

ç

2

÷

ú

+ç

1 ÷

êç

1

÷

+ç

÷

ú.

B

B

ç

F÷

êç

÷

ç

÷

ú

è

ø

ç

P

÷

ç

P

÷

ú

êè

1

ø

è

2

ø

ë

û

Уравнение (2.6) решается методом последовательных при- ближений (или графически), предварительно определив значе- ния составляющих этих уравнений [2, 5].

Комплекс теплофизических свойств конденсата греющего пара [2, 4]:

§	для I корпуса ВУ (PГ = 3,43 × 105 Па):
					A =0,9434	λ3ρ2rg		(2.7)
							.
						μH
	A =0,943×4				0,683×9252 ×2156×103×9,81			=8715.
		1			0,195×10−3×4
§	для II корпуса ВУ (P2 = 1,1 × 105 Па):
	A	2	=0,943×4	0,6863×9432 ×2202×103×9,81					=8429.
					0,237×10−3×4

Относительный коэффициент теплоотдачи при кипени растворов [1, 4]:

§для I корпуса (a1 = 21,5 % масс.; P1 = 1,67 × 105 Па):

-15 -

www.mitht.ru/e-library

ϕ=	МВ		çæ	νВ		÷ö0,23	çæ	P	÷ö0,3.	(2.8)
							çç
	М	ç		ν	÷			P ÷÷
		Р è			Р ø		è	S øt

0,23

ϕ= 18 ×æç 0,252ö÷ ×0,7850,3 =0,65.

122,12 ç 0,454÷

èø

§для II корпуса (a2 = 45 % масс.; P2 = 1,01 × 104 Па):

			18	çæ 0,556		÷ö0,23	0,3
	ϕ2	=		×ç		÷	×0,785	=0,52.
			29,4		0,82
				è		ø

B = 46P0,57.		(2.9)
0	= B ϕ3,33.
B		(2.10)
P	0

B01 = 46×1,670,57 =63,69.

BP1 =63,69×0,653,33 =15,17.

B02 = 46×0,010,57 =12,45.

BP2 =12,45×0,523,33 =1,41.

Численные значения составляющих уравнения (2.6) приве- дены в таблице 3.

Σ

çæ 1 ÷ö1,33

çæ 3462×103

3782×103 ÷ö1,33

1 çæ

3

2×10−3

=

F÷

ç

8715

+

÷

+ Fç

3462×10

× 17,2

+

ç

8429

è

ø

è

ø

è

−3

ö

é

3

ö

0,3

æ

3

ö

0,3

ù

1

êæ

ú

3

×

2×10

÷

+

êç

3462×10

÷

+

ç

3782×10

÷

ú

+3782×10

17,2

÷

0,3

êç

15,7

÷

ç

1,41

÷

ú

ø

F

êè

ø

è

ø

ú

ë

û

Значения F принимаем в пределах F = 25 – 75 м2. Вычисля- ем Σ и результаты заносим в таблицу 3.

- 16 -

Рис. 6. Нахождение коэффициента теплопередачи.

KРАС = 1410 Вт/(м2×К).

4.4. Поверхность теплообмена.

Расчётная поверхность теплообмена подогревателя:

F	=		Q		=1603,1×103	=17,17_м2.
		K		t
РАС			РАС		1410×66,2

Расчётная поверхность теплообмена FРАС = 17,17 м2 соот- ветствует ранее принятой FОР = 17,5 м2, поэтому перерасчёт не делаем.

Расход греющего пара в подогревателе раствора:

D = QrП =1603,1×103 =742,5 кг/с. 2159

- 25 -

www.mitht.ru/e-library

Расчётное уравнение теплопередачи [1, 4]:

æ

ö

−1

æ

K0,33 çæ138−61÷ö

0,33

ö−1

0,33

0,33

ç

+ 2×10−3

÷

K =çç K

t

+ δ

1

÷÷

1

+

=çç

è

ø

+

÷÷ .

A

8715

2362

ç

3

λ

α

2

÷

ç

17,2

÷

ç

′

4

÷

ç

1,33

÷

è

ø

è

ø

Для удобства итерации расчётное уравнение теплопередачи запишем в виде:

1,33	t0,33		çæ δ		1	÷ö
1= K	1,33	+K	ç λ	+		÷	,
					α
	A		è		2	ø
	′

или вводя соответствующую символику, будем иметь:

1= K1,33N+KR = K1,33	çæ138−61÷ö0,33		+K	é	2×10−3		+	1	ù
	è	ø		ëêê					ûúú.
		87151,33				17,2		2362
Задаваясь различными значениями						K	в пределах

800 – 1550, вычисляем составляющие уравнения теплопередачи и находим расчётное значение K графически.

	K	K4/3N	KR	Σ		K	K4/3N	KR	Σ
	800	0,176	0,432	0,608		1200	0,302	0,648	0,950
	850	0,191	0,459	0,650		1250	0,319	0,675	0,994
	900	0,206	0,486	0,692		1300	0,337	0,702	1,038
	950	0,222	0,513	0,734		1350	0,354	0,729	1,082
	1000	0,237	0,540	0,777		1400	0,372	0,756	1,127
	1050	0,253	0,567	0,820		1450	0,389	0,782	1,172
	1100	0,269	0,594	0,863		1500	0,407	0,809	1,217
	1150	0,286	0,621	0,906		1550	0,426	0,836	1,262

- 24 -

Таблица №3. К решению уравнения теплопередачи.

						Q Q			1,33	1 çæ	Q1		Q2	÷ö			æ	Q Q				ö0,3
		2		1	çæ				÷ö							1	ç					÷
	ΔΣ, °С	F, м			çç	1	+	2	÷÷	Fçç	λ +		λ	÷÷			çç	1	+		2	÷÷
				1,33		A		A								0,3		B		B
				F	è	1	2		ø	è				ø		F	ç	P		P		÷
																	è	1			2	ø
	167,2	25				85,93					33,69							47,6
	89,8	50				34,25					16,85							38,7
	64,8	75				19,92					10,95							33,94

Расчётная поверхность теплообмена ВА находится графи-

чески Σ = f(F) (рис. 3).

Рис. 3. Нахождение поверхности теплообмена ВА.

FРАС = 55 м2 (без учётазагрязнений).

2.5.3. Проверка на сходимость результатов решения второго приближения.

Ранее был выбран ВА с FОР = 50,5 м2, а по каталогу FК = = 63 м2. По расчёту получили FРАС = 55 м2. Коэффициент запаса составляет:

- 17 -

www.mitht.ru/e-library

	ψ =	FК	= 63	=1,4_%,
		F
			55
		РАС

что допустимо.

Для дальнейших расчётов принимаем ВА с FРАС = 55 м2 и

проверяем на адекватность температурный режим для каждого корпуса по уравнению (2.6).

Для I корпуса:

=

çæ

1

÷ö1,33

çæ

3462×103

÷ö1,33

+

1

3

×

2×10−3

+

çæ

1

÷ö0,3

×

1

ç

55

÷

×ç

8715

÷

55

×3462×10

17,2

ç

55

÷

è

ø

è

ø

è

ø

×çæ 3462×103 ÷ö0,3

=33,1

°С.

ç

15,7

÷

è

ø

Для II корпуса:

÷ö1,33

=

çæ

1

÷ö1,33

çæ

3782×103

+

1

3

×

2×10−3

+

çæ

1

÷ö0,3

×

2

ç

55

÷

×ç

8429

÷

55

×3782×10

17,2

ç

55

÷

è

ø

è

ø

è

ø

×çæ 3782×103 ÷ö0,3

= 49,7

°С.

ç

1,41

÷

è

ø

Σ =	1 + 2 = 33,1 °С + 49,7 °С = 82,8 °С.
Расхождение	между Σ –	Σ равно 85,8 – 82,8 = 3 °С, что
составляет менее 3 % и является удовлетворительным.
Невязку = 3 прибавляем к		2 (II корпуса), и тогда:
	2 = 49,7 + 3 = 52,7 °С.

Эти значения и найденные по ним значения температур ки- пения раствора, вторичных паров и давления в сепараторах за- носим в таблицу 2, как II приближение.

Используя полученные значения параметров процесса вы-

паривания во втором приближении рассчитываем по уравнению (2.4) количество выпаренного растворителя в I корпусе, а затем во втором и количество теплоты по уравнениям (2.1) и (2.2).

W1 =	4,72×3,69×çæ −56,1÷ö +0,056×2254+3,25×2379				=1,57 кг/с.
	è	ø
	4,19×çæ	−56,1÷ö	+2234	+2376
	è	ø
	W2 = W – W1 =		3,25 –	1,57 = 1,68 кг/с.

Q'1 = 4,72 × 3,69 × (104,9 – 105) + 1,57 × (2679 – 4,19 × 104,9) =

- 18 -

4.2. Температурный напор.

Температурный напор равен (см. рис. 5):

t =	1 −		2	=123−31=66,2_°С.
	ln 1
				ln123
		2	31
4.3. Тепловой баланс.
Q = S0CP(t0 – tН) = 17 × 103 × 3,69 × (105 – 15) = 1603,1 кВт.
Принимаем ориентировочно коэффициент теплопередачи

KОР = 1500 Вт/(м2×К) [2, 10]. Находим ориентировочную по- верхность теплообмена FОР [10] из уравнения теплопередачи:

F	=		Q			=1603,1×103	=16,2_м2.
		K		t
ОР			ОР		СР	1500×66,2

По каталогу выбираем ближайший больший с F = 17,5 м2

двухходовой с коэффициентом запаса x = 1,08; d = 25×2 мм; H = = 4 м; fТР = 1,0 × 10–2 м (одного хода).

Скорость раствора в трубах определяем по уравнению

сплошности [1]:
w =	S0	=	4,72		=0,44			м/с.
			1073×1×10−2
	ρfТР
Режим движения:
Re = wd = 0,44×21×10−3 =13690.
	v		0,675×10−6
Коэффициент теплоотдачи от раствора к поверхности труб
[1]:						ö0,25
			æ		Pr
Nu =0,021Re0,8Pr0,43 ç					t	÷		=
					Pr	÷÷
			çç
			è		θ ø
=0,021×136900,8×4,320,43×10,25 =80,3.
α = Nuλ = 80,3×0,618 = 2362_								Вт	.
	d		21×10−3				м2×К
Комплекс теплофизических констант конденсата греющего
пара равен аналогичному комплексу для I								корпуса ВА (т. к.
PГ = 3,43 × 105 Па и H = 4 м).
		A' = А'I = 8715.
			- 23 -

www.mitht.ru/e-library

é

n−1

ù

n

êæ

ö n

ú

1,2

êç P

÷

ú

NТ =

PКVГ êêèçç

В

ø÷÷

−1úú

=

×0,091×105

×0,27×

n −1

PК

1,2−1

ê

ú

ë

û

é

1,2−1

ù

ê

ú

÷ö 1,2

=7371 Вт =7,4 кВт.

×êçæ 1,03×105

−1ú

ê

ø÷

ú

êèç 0,091×105

ú

ê

ú

ë

û

4. РАСЧЁТ ПОДОГРЕВАТЕЛЯ ИСХОДНОГО РАСТВОРА.

4.1. Общие положения.

В подогревателе раствор должен нагреваться до температу- ры, близкой к температуре кипения в I корпусе, которая, со- гласно 2му приближению, равна t1 = 104,9 °С. Температура по- догрева раствора t0 нами ранее принята t0 = 105 °С, что соответ- ствует принятым условиям, а греющий пар имеет те же пара- метры, что и для I корпуса ВА.

Теплофизические свойства раствора приведены ранее. Ма- териал подогревателя тот же, что и для корпуса ВУ.

Выбираем кожухотрубчатый теплообменный аппарат вер- тикального расположения: в трубное пространство подаётся раствор, а в межтрубное – сухой насыщенный водяной пар. ТА и его потоки имеют вид (рис. 4).

Рис. 5. Температурный напор.

Рис. 4. Схема ТА и его потоки.

- 22 -

= 3543 кВт.

Q'2 = 1,68 × (2679 – 4,19 × 103,2) = 3774 кВт.

Погрешность 2го приближения в I корпусе:

Q1 −Q1′ = 3462−3543×100_% = 2,2_%. Q1′ 3543

Погрешность 2го приближения во II корпусе:

Q2 −Q2′ = 3782−3774×100_% =0,2_%. Q2′ 3774

Так как погрешность по корпусам ВУ не превышает 5 %, то пересчёт концентраций не производим и расчёт считаем закон- ченным.

2.6. Расход греющего пара.

Расход греющего пара в I корпусе:

	D =	Q1	= 3543×103	=1643 кг/с.
		r
	1		2156

3. РАСЧЁТ БАРОМЕТРИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА СМЕШЕНИЯ.

Для нормальной работы конденсатора необходимо опреде- лить расход охлаждающей воды, объём отсасываемой паро- газовой смеси, а также геометрические размеры конденсатора

[1, 4].

3.1. Рабочий режим конденсатора.

Расход конденсируемого пара:

W = W2 = 1,68 кг/с.

Температура конденсируемого пара принимается на 1 – 1,5 °С ниже температуры вторичного пара вследствие гид- равлической депрессии:

θ' = θ2 – 1,5 = 45,4 – 1,5 = 43,9 °С.

Рабочее давление пара определяется по температуре θ' [2, 4]:

P'К = 0,091 × 105 Па.

- 19 -

www.mitht.ru/e-library

Энтальпия конденсируемого пара [2, 4]: h'П = 2581 кДж/кг.

Температуру жидкости, покидающей конденсатор, прини- маем на 2 – 3 °С ниже θ':

t"В = θ' – 1,9 = 43,9 – 1,9 = 42 °С.

Температура воды на входе в конденсатор принимается t'В = 8 – 10 °С (артезианская скважина) или t'В = 15 – 25 °С (обо- ротная вода). Принимаем: t'В = 20 °С.

3.2. Расход охлаждающей воды.

Расход охлаждающей воды по уравнению ТБ:

G		= W	h′		−C t′′			=1,68×2581−4,19×42		= 43,8 кг/с.
	В			П		В В
				çæ t′′		−t′	÷ö
		2 C						4,19×çæ	42−20÷ö
				В è	В	В	ø	è	ø

3.3. Размеры конденсатора.

Вязкость воды при t"В = 42 °С: μВ = 650 × 10–6 Па×с [2, 4]. Плотность воды: ρВ = 990 кг/м3.

Скорость движения воды в трубе принимается в пределах

0,5 – 2,5 м/с. Принимаем: wВ = 1 м/с.

Диаметр трубы определяем из уравнения сплошности [1]:

d =	W +G			=		1,68+43,8		=0,31_м.
	В
	0,785w ρ						0,785×1×990
		В
Режим движения воды в трубе [1]:
		w dρ			1×0,31×990			3
		В
Re =		μ	=			650×10−6 = 469×10 .

Коэффициент гидравлического сопротивления [1]:

λ =0,0032+		0,221			=0,013.
		469×103	÷ö	0,237
çæ
è			ø

Коэффициент местных сопротивлений [1]:

§на входе в трубу: ξВХ = 0,5;

§на выходе из трубы: ξВЫХ = 1. Потерянный напор [1, 4]:

-20 -

æ

ö

w

2

æ

H

ö

2

h

=ç

λ H +Σξ÷

В

=ç0,013×

+çæ

0,5+1÷ö

÷

×

1

=

0,31

2×9,81

П

è

d

ø 2g

è

è

ø

ø

ç

÷

ç

÷

= 2,14×10−3×H+0,076.

Высота барометрической трубы:

5

B−P

æ

ö w2

æ

ö

ç

0,981−0,091÷

×10

H =

К

+0,5−ç

λ

H

+Σξ÷

В

=

è

ø

+

ρ

g

2g

990×9,81

Ж

çç

d

ТР

÷÷

è

ø

+0,5−2,14×10−3 9,6

м.

Принимаем H = 10 м.

3.4. Расчёт вакуум-насоса.

Рассчитываем параметры отсасываемой паро-воздушной смеси. Температуру смеси определяем по эмпирической форму-

ле [1]:

tПГ = tП = tГ = t'В + 4 + 0,1 × (t'В – t"В) = 20 + 4 + 0,1 × (42 – 20) = = 26,2 °С.

Парциальное давление водяного пара при tП = 26,2 °С [2]: PГ = 0,034 × 105 Па.

Парциальное давление воздуха:

PГ = PК – PП = (0,091 – 0,034) × 105 = 0,057 ×105 Па.

Массовый расход отсасываемой паро-воздушной смеси оп- ределяется с учётом того, что из каждого килограмма смеси ох- лаждаемой воды и конденсата десорбируется около 0,025 × × 10–3 кг воздуха, а за счёт подсоса воздуха на килограмм вто-

ричного пара приходится около 10 × 10–3 кг [1]. GГ = [0,025(W + GВ) + 10W] × 10–3 =

= [0,025 × (1,68 + 43,8) + 10 × 1,68] × 10–3 = 17,94 × 10–3 кг/с.

Объёмный расход воздуха:
V =G		RГTГ	=17,94×10−3×	8314×çæ	273+26,2	÷ö	=0,27_м3/с.
				è		ø
				29×0,057×105
Г	Г PГ

Теоретическая мощность вакуум-насоса на сжатие газа:

- 21 -

www.mitht.ru/e-library