Проект реконструкции цеха производства парамолибдата аммония с переработкой отходов (стр. 17 из 26)

Следовательно, по трем корпусам:

Dt_депр = 1 + 1,3 + 9 = 11,3 ^оС

от гидравлических сопротивлений

Потерю разности температур на каждом интервале между корпусами принимаем в 1^о. Интервалов всего три (I-II, II-III, III-конденсатор), следовательно:

Dр_г.с. = 3 ^. 1 = 3 ^оС

При расчёте температуры кипения в плёночных выпарных аппаратах данного типа гидростатическую депрессию не учитывают.

Сумма всех потерь разности температур для батареи в целом составит:

SDt_пот = 11,3 + 3 = 14,3 ^оС

Полезная разность температур

Общая разность температур 119,6 – 59,7 = 59,9 ^оС, следовательно, полезная разность температур:

Dt_пол = 59,9 – 14,3 = 45,6 ^оС

4.2.1 Определение температур кипения растворов в корпусах

Воспользуемся уравнением:

t_кип = t_{втор.пара} + Dt_депр + Dt_г.э. + Dt_г.с. (34)

Тогда:

В III корпусе t₃ = 59,7 + 9 + 1 = 69,7 ^оС

Во II корпусе t₂ = 93 +1,3 + 1 = 95,3 ^оС

В I корпусе t₁ = 108,7 + 1 + 1 = 110,7 ^оС

Полезная разность по корпусам:

Dt_П1 = 119,6 - 110,7 = 8,9 ^оС

Dt_П2 = 108,7 – 95,3 = 13,4 ^оС

Dt_П3 = 93 – 69,7 = 23,3 ^оС

4.2.2 Расчет теплопередачи по корпусам

По найденным температурам кипения и концентрациям растворов в корпусах подбираем в справочниках расчетные константы – физические характеристики растворов (удельный вес, теплопроводность, теплоемкость, вязкость).

Расчёт коэффициента теплопередачи в первом корпусе.

(35)

сопротивление загрязнений со стороны пара.

(36)

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара a₁ к стенке равен

(37)

где r₁ – теплота конденсации греющего пара, Дж/кг;

r_Ж1, l_Ж, m_Ж плотность (кг/м²). Теплопроводность (Вт/м^.К), вязкость (Па) конденсата при средней температуре плёнки, соответственно,

t_ПЛ = t_Г1 - Dt₁/2, (38)

Dt₁ – разность температур конденсации пара и стенки, град..

Расчёт a₁ ведут методом последовательных приближений.

1-ое приближение.

Примем - Dt₁ = 2,0⁰ C, тогда

Примем - a₁ = 10000 Вт/(м^2.К)

Для установившегося процесса передачи тепла справедливо

(39)

где q – удельная тепловая нагрузка, Вт/м²;

Dt_СТ – перепад температур на стенке, град;

Dt₂ – разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, град.

Dt_СТ = a₁^. Dt₁^. åd/l = 10000 ^. 2 ^. 2,87 ^. 10^-4 = 5,7 ^OC. (40)

Тогда

Dt₂ = Dt_П1 - Dt_СТ - Dt₁ = 8,9 –5,7 –2,0 = 1,2 ^OC.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для режима пузырькового кипения в вертикальных пузырьковых трубках при условии естественной циркуляции раствора равен:

(41)

q₁ = a₁^. Dt₁ = 10000 ^. 2 = 20000 Вт/м²;

q₂ = a₂^. Dt₂ = 9425 ^. 1,2 = 10933 Вт/м²; (42)

2-ое приближение.

Примем - Dt₁ = 1,0 ⁰C, тогда

Dt_СТ = 11892 ^. 1 ^. 0,287 ^. 10^-3 = 3,4^O C.

Dt₂ = 8,9 –3,4 –1 = 4,5^O C.

q₁ = 11892 ^. 1 = 28500 Вт/м²;

q₂ = 14630 ^. 4,5 = 65835 Вт/м²;

3-ье приближение.

Строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки от принятой разности температур Dt₁.

рисунок 3

Dt_СТ = 10573,7 ^. 1,6 ^. 0,278 ^. 10^-3 = 4,9^O C.

Dt₂ = 8,9 –4,9 –1,6 = 2,4^O C.

q₁ = 8524,4 ^. 2,4 = 17428,6 Вт/м²;

q₂ = 10573,7 ^. 1,6 = 16917,9 Вт/м²;

Если расхождение тепловых нагрузок не превышает 3%, то на этом расчёт коэффициентов a₁ и a₂ заканчивают.

Соотношение коэффициентов теплопередачи по корпусам при выпаривании водных растворов солей К₁ : К₂ : К₃ = 1:0,58:0,34.

На основании таких расчетов принимаем коэффициент теплопередачи:

КорпусI…………………………………………………………………….2004,5Вт/(м²К)

КорпусII………… ………………………….……………………………1162,6Вт/(м²К)

Корпус III…………………………………………………………………681,5Вт/(м²К)

4.2.3 Составление тепловых балансов по корпусам (без учета тепловых потерь)

I корпус

По условию раствор подается на выпарку подогретым до температуры кипения.

Тогда расход тепла в I корпусе:

Q_I = W_I r₁ = 5580 ^. 534 = 2979720 ккал/час (43)

II корпус

Раствор приходит во второй корпус перегретым, следовательно, в балансе слагаемое Q_нагр отрицательно (теплота самоиспарения) и расход тепла:

Q_II = W_II r₂ – G₁ c₁(t₁ – t₂) (44)

Q_II =6138 ^. 546 – 15820 ^. 0,925 ^. (110,7 – 95,3) = 313763 ккал/час

Как было найдено выше, это количество тепла даст вторичный пар I корпуса при конденсации.

III корпус

Расход тепла:

Q_III = W_III r₃ – G₂c₂(t₂ – t₃) (45)

Q_III = 6696 ^. 563 – 9682 ^. 0,925 ^. (95,3-69,7) = 3540578 ккал/час

Вторичный пар II корпуса дает тепла при конденсации (приход тепла):

6138 ^. 546 = 3351348 ккал/час

тепла вторичных паров не хватает на нагрев последующих аппаратов, поэтому необходимо повысить температуру греющего пара:

II корпус

кг/час

III корпус

кг/час

кг/час

Удельный расход пара:

кг/кг

4.2.3 Распределение полезной разницы температур по корпусам

Распределение полезной разницы температур по корпусам сделаем в двух вариантах: 1) из условия минимальной общей поверхности и 2) из условия равной поверхности корпусов, то есть 1) пропорционально

и 2) пропорционально .

Найдем факторы пропорциональности:

Таблица 30 - Факторы пропорциональности

Корпус
I:	1,4865	1,219
II:	2,738	1,655
III:	5,342	2,311
Сумма	9,5665	5,185

Полезные разницы температур по корпусам:

Вариант минимальной общей поверхности	Вариант равной поверхности корпусов
Проверка SDt = 59,9о	Проверка SDt = 59,9о

4.2.4 Определение поверхности нагрева

Вариант минимальной общей поверхности	Вариант равной поверхности корпусов
Проверка SF = 443,4 м2	Проверка SF = 474,8 м2

Следовательно, при расчете на равную поверхность корпусов общая поверхность нагрева больше лишь на 6,6 %.