4. Расчет выпарных аппаратов

4.1 Расчет поверхности теплообмена греющих камер выпарных аппаратов

В случае равенства поверхностей теплообмена отдельных корпусов и при кипении раствора в трубах основное расчетное уравнение имеет вид³(обозначения в этой формуле и ее вывод приведены в [1]).

(8), (9.28а)

Второй номер формулы соответствует нумерации в учебнике [1].

Вывод этой формулы, трудности определения F по этой формуле из-за невозможности расчета тепловых нагрузок Q_i, величин A_i и B_0i, температурных депрессий подробно изложены в главе 9 учебника [1]. Там же приведена последовательность оптимального итерационного расчета многокорпусной выпарной установки (в этом пособии он приведен ниже).

В этом уравнении обозначено:

–суммарная полезная разность температур во всех корпусах многокорпусной выпарной установки (ее схема и обозначения потоков приведены на рис.4.1); она вычисляется по формуле:

(9), (9.23)

где T₁ – температура греющего пара в 1-м корпусе;

–температура вторичного пара в последнем корпусе

(в случае 2-х корпусов , а в случае 3-х корпусов)

–сумма температурных депрессий в корпусах; в случае двух корпусов

–сумма гидравлических депрессий между корпусами. В случае двух корпусов:

Рис. 1. Схема 3-х корпусной прямоточной выпарной установки.

Q_i– тепловые нагрузки корпусов. С учетом принятых на рис. 1. обозначений:

(10),(9.19) (11),(9.20) (12),(9.21)

Последний баланс записан для случая E₂=0.

A_i– комплексы, включающие теплофизические величины и зависящие от температур T_i. Для вертикальных труб:

(13)

где – теплопроводность, плотность и динамическая вязкостьконденсата (воды) при температуре T_i, r – теплота парообразования в Дж/кг, H – высота труб, м.

λ_i^ст и δ_i^ст – толщины стенок труб греющей камеры и теплопроводности материала труб. Как правило, размеры труб принимаются одинаковыми для всех корпусов.

B_0i– коэффициенты, отражающие свойства кипящего раствора и зависящие от давлений a, следовательно, и температур кипения t_i в корпусах:

(14), (6.26а)

где B_0iB – коэффициент, отражающий свойства воды, и зависящий от давления p, при котором происходит кипение: ,p выражено в барах (1бар=10⁵Па); – относительный коэффициент теплоотдачи для водных растворов неорганических веществ

(15),(и)

В формуле (15) M_B и M – молярные массы воды и раствора, ν_B и ν – кинематические вязкости воды и раствора, P и P_S – рабочее давление над раствором и упругость паров воды при температуре кипения раствора.

Внимание: вязкости воды и кипящих растворов берутся при их температурах кипения при атмосферном давлении.

Уравнение (8) может быть решено относительно искомой поверхности теплообмена F – не аналитическим (дробные показатели степени), а каким-либо численным или графическим методами. И это была бы не сложная задача, если бы все остальные величины (кроме F), входящие в расчетное уравнение, были бы известны. Главная же трудность определения F по формуле (8) состоит в невозможности расчета тепловых нагрузок аппаратов Q_i по формулам (10)-(12), величин A_i по формуле (13) и B_0i по формуле (14), а также температурных депрессий δ_i без знания параметров ведения процесса в корпусах. А эти параметры могут быть установлены только после нахождения поверхности теплообмена F и соответствующего ей распределения температур, давлений и концентраций по корпусам. По указанным причинам задача нахождения F из уравнения (8), и далее Q_i и D_i, решается методом последовательных приближений.

Ниже приводится последовательность расчета многокорпусных установок и пример расчета 2-х корпусной установки (Приложение 5).