2.2.8 Определяем расход греющего пара и количество выпаренной вла­ги по корпусам, применяя метод Тищенко

W_i = D_iα_i + G_вхiβ_i­

Для расчета коэффициентов α_i и β_i­ заполняем таблицу.

Таблица 3 - Необходимые данные для расчёта

№ корпуса	ri·10^-3, Дж/кг	ŕi·10^-3, Дж/кг	αi	Cвх i­·10^-3, Дж/(кг·К)	tвх i, ˚C	tкип i, ˚C	β i
I	2136	2197	0,970	3,662	60,6	128,2	-0,1127
II	2200	2280	0,967	3,455	128,2	104,2	0,0369
III	2282	2323	0,982	3,823	70	79,9	-0,0163
IV	2325	2369	0,981	3,765	79,9	60,6	0,0307

Следовательно

W ₁ = D · α₁+ (G_н – W₃ – W₄) · β₁;

W₂ = W₁ · α₂ + (G_н - W₁ – W₃ – W₄) · β₂;

W_З = W₂ · α₃+ G_н · β₃;

W₄ = W₃ · α₄ + (G_н – W₃) · β₄

W₁ + W₂ + W_З + W₄ = ∑ W;

W ₁ = D · 0,972 + (23,61 – W₃ – W₄) · (-0,1127);

W₂ = W₁ · 0,965 + (23,61 - W₁ – W₃ – W₄) ·0,03269;

W_З = W₂ · 0,982 + 23,61 · (-0,0163);

W₄ = W₃ · 0,981 + (23,61 – W₃) · 0,0307

W₁ + W₂ + W_З + W₄ = 17,71;

0 ,972D - W₁ + 0,1128 W₃ + 0,1128 W₄ = 2,6608

0,9281 W₁ - W₂ - 0,0369 W₃ - 0,0369 W₄ = -0,8712

0,982 W₂ - W_З = 0,3848

0,9503 W₃ - W₄ = - 0,7248

W₁ + W₂ + W_З + W₄ = 17,71;

Решая эту систему уравнений, определяем D, W₁, W₂, W₃, W₄. Для расчёта ЭВМ составляем матрицу.

Таблица 4 - Расчётная матрица

№	D	W1	W2	WЗ	W4	const
I	0,972	-1	0	0,1128	0,1128	2,6608
II	0	0,982	-1	-0,0369	-0,0369	-0,8712
III	0	0	0,982	-1	0	0,3848
IV	0	0	0	0,9503	-1	-0,7248
	0	1	1	1	1	17,71

В результате расчетов получаем:

Расход свежего пара: D = 6,31 кг/с;

Расход вторичного пара:

W₁ = 4,46 кг/с;

W₂= 4,56 кг/с;

W_З = 4,09 кг/с;

W₄ = 4,61 кг/с.

2.2.9 Определяем тепловые нагрузки корпусов по приходу теплоты

Q₁ = D ∙ r₁ = 6,31 · 2136∙ 10³ = 13478 кВт;

Q₂ = W₁ · r₂ = 4,46 · 2200 ∙ 10³ = 9812 кВт;

Q₃ = W₂ · r₃ = 4,56 · 2282 ∙ 10³ = 10406 кВт;

Q₄ = W₃ · r₄ = 4,09 · 2325 ∙ 10³ = 9509 кВт.

2.2.10 Рассчитываем площадь поверхности теплопередачи для каждого корпуса

Примем _i = 0,7.

Тогда:

Так как не превышает 10 %, то расчёт считается удовлетворительным.

По каталогу подбираем выпарной аппарат [2, c. 60-61]:

Номинальная поверхность теплообмена, м² 630 Действительная поверхность теплообмена, м² 714

Количество труб 955

Диаметр греющей камеры D₁, мм 1600

Диаметр сепаратора D₂ , мм 3200

Высота сепаратора до брызгоотделителя Н_1, мм 1600

Расстояние между болтами на опорах В₂, мм

Высота аппарата Н, м 17550

3 РАСЧЕТ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Система создания вакуума:

Для создания вакуума в выпарной установке вторичный пар последнего корпуса конденсируется, а несконденсировавшиеся пары и неконденсируемые газы отсасывают вакуум-насосом.

Для сокращения количества загрязненных сточных вод перед барометрическим конденсатором следует установить поверхностные теплообменники, где конденсируется 80…90 % вторичного пара.

3.1 Поверхностный теплообменник

Расчет поверхностного теплообменника проводим по известной методике [5].

1 – горячий теплоноситель - водяной пар

Принимаем, что в поверхностном конденсаторе конденсируется 90 % вторичного пара, тогда массовый расход горячего теплоносителя G₁ = W₄ · 0,9 = 4,61 · 0,9 = 4,15 кг/с, t₁ = 53,6 ºС,

2 – холодный теплоноситель – вода: t_2н = 20 ºС, t_2к = 45 ºС (принимаем).

3.1.1 Определяем средний перепад температур, составляем температурную схему

∆t_б = t_1н – t_2н

∆t_м = t_1к – t_2к,

где ∆t_б и ∆t_м – большая и меньшая разности температур на концах теплообменника.

∆t_б = 53,7 – 20 = 33,7 ºС;

∆t_м = 53,7 – 45 = 8,7 ºС;

;

Тогда средняя разность температур потоков определяется как

,

где ∆t_ср – средняя разность температур горячего и холодного теплоносителя.

Так как температура горячего теплоносителя остается постоянной, то

t_1ср = t_конд = 53,7 ˚С,

поэтому среднюю температуру другого теплоносителя находят по формуле (уточняем):

t_2ср = t_1ср - ∆t_ср,

где t_2ср – средняя температура холодного теплоносителя,

t_1ср – средняя температура горячего теплоносителя.

t_2ср = 53,7 – 18,5 = 35,2 ºС.

3.1.2 Определяем тепловую нагрузку и расход холодного теплоносителя

Q₁ = Q₂ (без учёта потерь),

Q₁ = G₁·r₁,

где G₁ – расход водяного пара, кг/с;

r₁ – удельная теплота конденсации водяного пара, r₁ = 2368,9 кДж/кг [3, с. 548].

Q₁ = 4,15 · 2368,9 = 9830,9 кВт;

Q₂ = G₂ · c₂ · (t_2к – t_2н);

с₂ = 4,19 кДж/(кг·К);

Тогда расход воды составит

3.1.3 Ориентировочный выбор теплообменника

В межтрубное пространство теплообменника направляем пары, так как при их конденсации мало отложений и накипи на стенках труб, к тому же коэффициент теплоотдачи не зависит от площади сечения канала. Площадь сечения трубного пространства меньше, чем межтрубного в несколько раз, поэтому воду целесообразно направлять в трубы для обеспечения более высокой скорости движения жидкости и возможности механической чистки.

На основании справочных данных о допускаемых величинах скоростей теплоносителей в аппаратах данной конструкции необходимо принять значения скоростей теплоносителей, находящихся в капельном и газообразном состояниях и не меняющих при теплообмене своего газообразного состояния.

Число труб теплообменника в одном ходу рассчитываем, приняв скорость движения в трубах w₂ = 0,7 м/с

Принимаем ориентировочное значение коэффициента теплоотдачи по опытным данным [3, с.172]

К_ор = 1000 Вт/(м²·К)

,

где F_ор – площадь поверхности теплопередачи, м²;

К_ор – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К).

.

Сечение для прохода холодного теплоносителя

;

Выбираем теплообменник [4, с. 52]

• двухходовый вертикальный,

• размеры труб 20×2 мм,

• F = 643 м²; s_Т = 11,4 · 10^-2 м²; D_кожуха = 1000мм; Н = 9м; n=1138.