Многоступенчатые выпарные установки Майоров В.В Портнов В.В

	1		− x		0,9
Χtt	=				ψ	(53)
			x

и далее определяют структуру двухфазного потока в зависимости от величины 1/ Xtt и S по рис. 12. Если при кипении

имеет место туманообразный поток в трубах, который недопустим при работе выпарного аппарата, то нужно перейти к другому варианту расчета, увеличивая число труб в греющей камере или внутренний диаметр кипятильной трубы d .

20.Объемная доля жидкости RL в двухфазном потоке

имножитель, учитывающий потери давления в двухфазном потоке Фtt , определяют в зависимости от Xtt по графикам

рис.13.

21. Определяют массовое паросодержание двухфазного потока, равное 1/3 от x : x1 = x / 3 и соответственно ему – параметр двухфазного потока

'1 − x1 0,9

ttx1

22.Объемную долю жидкости R'L и множитель Ф'tt оп-X (54)= ψ.

ределяют в зависимости от X'tt по графикам рис.13.

23. Определяют массовое паросодержание двухфазного потока, равное 2/3 от x : x2 = 2x / 3 , и соответственно ему – параметр двухфазного потока:

		1	− x	2		0,9
X"	=					ψ.	(55)
tt			x2

53

	500
	400	Стержневой
с)	300			Кольцевой		Туманообразный
	200		поток		поток	поток
2
кг/(м
	100
S	50
	40
	30
	20
	10		Пузырьковый
	5		поток
	4
	3
	2
	1	0,1	0,2 0,30,40, 5	1,0	2	3 4 5	10	20	3040 50	100	1Xtt
		Рис. 12 Структура двухфазного потока в трубах

24. Объемную долю жидкости R"L и множитель Ф"tt определяют в зависимости от X"tt по графикам рис.13.

25. Вычисляют количество жидкой фазы на выходе из кипятильных труб:

GL = G0 − w , кг/ч.

(56)

26. Определяют диаметр трубопровода парорастворной смеси, так называемой трубы вскипания. В современных выпарных аппаратах кипение раствора происходит непосредственно в трубе вскипания, установленной над греющей каме-

54

рой. Кипение в трубах предотвращается за счет гидростатического давления столба жидкости в трубе вскипания [10].

4f ' 0,5

Dtp = πo , м, (57)

где fo' - площадь поперечного сечения трубопровода парорастворной смеси, м2. Принимается [9] fo' = fo .

27. Число Рейнольдса для потока в зоне течения парорастворной смеси определяют по приведенной скорости жидкой фазы:

Retp =	GL Dtp	.	(58)
	3600fo'µL

28.Коэффициент трения λo для парорастворной смеси определяют в зависимости от Retp по графикам рис.14, т.е.

λo = λo (Retp ).

29.Число Рейнольдса для потока в зоне кипения определяют по приведенной скорости жидкой фазы:

Reв =	Go (1 − x2 )d	.	(59)
	3600fo µL

30. Коэффициент трения λoв для потока в зоне кипения определяют в зависимости от ReB по графикам рис.14, т.е.

λов = λов(ReB ).

55

1000	RL	RL1,0

100		0,1
10	Фtt	0,01

0,001

1

0,01 0,10 1,0 10 100 Xtt

Рис.13 Соотношение Локкарта-Мартинелли для потери давления на трение

31. Вычисляют коэффициенты для определения размеров конвективной зоны:

		1		Go	2	1	2
а)	∆Po =						, кг/ м ;	(60)
		2g		3600 fo		ρL
б)	So = (Ф"tt )2 (1 − x2 )2 .							(61)

32. Плотность двухфазного потока раствора на выходе из кипятильных труб вычисляют по формуле:

ρtp = ρL RL +ρg (1 −RL ), кг/ м3 .

(62)

56

33. Высоту трубопровода парорастворной смеси (трубы вскипания) Htp относительно верхней трубной решетки выби-

рают по типу аппарата из табл.2, где Dк - диаметр кожуха

греющей камеры аппарата, м, [10].

34. Определяют статические потери давления в трубопроводе парорастворной смеси:

∆P'	=ρ	tp	H	tp	, кг/ м2 .	(63)
tp

35. Сумму местных сопротивлений трубопровода парорастворной смеси вычисляют по формуле

n
∑ζitp = ζм + 1 .	(64)

i=1

Здесь значения ζм выбирают из табл.2 по принятому типу ап-

парата.

36. Потери давления на преодоление трения и местных сопротивлений в трубопроводе парорастворной смеси вычисляют по соотношению

∆Ptp =	1	G		Ф 2			λ o	Ltp
			L	'
"				tt
	2g ρL 3600 fo							Dtp

n
		2	(65)
+ ∑ζitp , кг/ м
i=1

где Ltp - длина трубопровода парорастворной смеси (выбирают по типу аппарата из табл.2).

57

λ0

0,4
0,2
0,1
0,06
0,04
													А																					B
0,03
0,02
																																		Б
0,01
		2		3		4	6 89						2		3	4	6 89						2		3		4	6 89						2		3		4		6 89
10
100							100										10											100										1000

Критерий Рейнольдса

Рис.14 Диаграмма для определения коэффициента трения в прямых трубах: А – гладкие и шероховатые трубы; Б – гладкие трубы (медь, латунь, свинец); В – шероховатые трубы (сталь, чугун)

37. Суммарные потери давления в трубопроводе парорастворной смеси определяют по формуле

∆P	= ∆P'	+ ∆P"	, кг/ м2 .	(66)
tp	tp	tp

38. Вычисляют коэффициент в формуле для определения размеров конвективной зоны:

ZB =	λов L	+1 .	(67)
	d

58

39. Вычисляют потери давления на ускорение парорастворной смеси:

∆P

= 2∆P

(1

− x)2

+

ρL x2

−1 , кг/ м2 .

(68)

R

ρ

(1 − R

)

o

o

L

g

L

40. Находят усредненную по высоте зоны кипения плотность двухфазного потока, определяемую по массовому паросодержанию 1/3 от x ,

ρtp = ρL R'L +ρg (1 −R'L ), кг/ м3 .

(69)

41. Вычисляют коэффициенты для формулы определения размеров конвективной зоны:

а)

Υ = ρ

tp

+

λов

∆P S

o

, кг/ м3 ;

(70)

d

o

б)

Ι = ∆P

+ρ

tp

L + ∆P S

o

Z

, кг/ м2

;

(71)

tp

o

в

в)

θ =

w − tв , °C ;

(72)

t

г)

в = ΨI/Y, м2 ;

(73)

д)

a =

2θв+ ΨΥ −I

, м.

(74)

Υ

42. Определяют длину конвективной зоны кипятильной

трубы:

LC = (0, 25a2 +в)0,5 −0,5a, м.

(75)

59

Формулу (75) используют при расчете аппаратов, выпаривающих водные растворы в диапазоне изменения параметров:

L / d = 60,5..150;	µL / µH2O = 1..1,4 ;
fц / fo = 0,1..0,4;	ρL / ρH2O = 1..1,45;
ζм = 0, 32..1, 32 ;	PВ = 0,12..3 бар(абс.);
P1 = 1,4..21бар;	∆t =12..40 °C.
43. Вычисляют длину зоны кипения:
Lв = L −LС, м.	(76)

44. Рассчитывают скорость потока на выходе из кипятильных труб

v'tp =	0,000278[(w / ρg )+(GL / ρL )], м/ с	(77)
	f0

и скорость раствора в трубах

vL =	G0		, м/ с,	(78)
	3600f
		0ρL

и далее среднюю логарифмическую скорость потока в трубах по формуле:

		v'	− v	L
	vсp =	tp				, м/ с.	(79)
		ln(v'tp / vL )

60

45. Вычисляют коэффициент теплоотдачи со стороны раствора в зоне кипения:

10C

L

0,25

vcp d

ρL 0,55

L

λL

λL

L

, Bт/(м2 K).

αb = 5,08

(80)

d

ρL

0,8

1

0,45

−1

L0,25

σC

ρ

g

В

L

46. Вычисляют усредненное по длине трубы значение коэффициента теплоотдачи со стороны раствора:

αL =	αCLC + αBLB , Вт/(м2	K).	(81)
	L

47. По формулам (29) или (31) определяют коэффициент теплопередачи в выпарном аппарате с естественной циркуляцией при условии, что α1 = αe и α2 = αL , Bт/(м2 K).

4.2.5.2. Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора

Для выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией процесс парообразования в зоне подогрева раствора отсутствует, поэтому интенсивность теплообмена в основном определяется скоростью движения раствора в кипятильных трубках

[16].

1. Температуру раствора на выходе из теплообменных труб греющей камер вычисляют по следующему соотношению:

t"2 = t'2 + ∆t2 , °C,

(82)

61

где	t'2 - температура раствора, поступающего на вход в те-
плообменные трубки греющей камеры, °С;
	∆t2 - перегрев раствора в теплообменных трубках, °С.
	Для аппаратов с принудительной циркуляцией раствора
∆t2	= 1..3 °C.	В первом приближении принимается
(∆t2 )1 =1,5 °C. Затем эта величина уточняется методом итера-
ций	после	определения коэффициента теплопередачи К,
Вт/(м2 К).
	2. Коэффициент теплоотдачи от греющего пара к на-

ружной поверхности теплообменных труб α1 вычисляют по формуле:

	α1 =1,15	A B			, Bт/(м2	К),	(83)
		[L(t' −		w )]0,25
			t
где	А = r0,25 .	Здесь r - теплота парообразования греющего
	гр		гр

пара данного аппарата, Дж/кг. Определяют по давлению греющего аппарата из [3].

	g ρ1	3	0,25
		λ1		. Здесь g - ускорение свободного паде-
B =	ν1
ния, g = 9,81 м/ с2 ,				ρ1 - плотность конденсата при средней

температуре пленки tпл , кг/м3; определяется по [3,4];

ν1 - коэффициент кинематической вязкости конденсата при средней температуре пленки tпл , ν1 = µ1 / ρ1 , м2/с;

µ1 - коэффициент динамической вязкости конденсата при средней температуре пленки tпл , Па с;

62