Расчёт многокорпусной выпарной установки (стр. 11 из 14)
г) Определение предельной высоты всасывания.
Рассчитаем запас напора на кавитацию по формуле:
(35)где n – частота вращения вала.
мУстанавливая насос в технологической схеме, следует учитывать, что высота всасывания Нвс не может быть больше следующей величины:
(36)где Рt – давление насыщенного пара перекачиваемой жидкости при температуре 20 °С Рt = 0,0238 ∙ 9,81 ∙ 104 = 2,35 ∙ 103 Па. Примем, что атмосферное давление равно Р1 = 105 Па, а диаметр всасывающего патрубка равен диаметру трубопровода.
мТаким образом, насос может быть установлен на высоте 4,5 м над уровнем жидкости в ёмкости. [1]
7. Расчёт теплообменника-подогревателя
Необходимо рассчитать и подобрать нормализованный вариант конструкции кожухотрубчатого испарителя с получением G2 = 0,83 кг/с паров водного раствора Na2SO4w, кипящего при небольшом избыточном давлении и температуре t2 = 125,26 °С. Na2SO4 имеет следующие физико-химические характеристики:
ρ2 = 1071 кг/м3;
ρп = 1,243 кг/м3;
μ2 = 0,26 ∙ 10-3 Па ∙ с;
λ2 = 0,342 Вт/(м ∙ К);
σ2 = 0,0766 Н/м;
с2 = 3855 Дж/(кг ∙ К);
r2 = 2198 ∙ 103 Дж/кг
В качестве теплоносителя будет использован насыщенный водяной пар давлением 0,4 МПа. Удельная теплота конденсации r1 = 2135 ∙ 103 Дж/кг, t1 = 143,5 °С. Физико-химические характеристики конденсата при температуре конденсации: ρ1 = 923 кг/м3; μ1 = 0,192 ∙ 10-3 Па ∙ с; λ1 = 0,685 Вт/(м ∙ К).
Для определения коэффициента теплоотдачи от пара, конденсирующегося на наружной поверхности труб высотой Н, используем формулу:
(37)где для вертикальных поверхностей а = 1,21 м, l = Н м.
Коэффициент теплоотдачи к кипящей в трубах жидкости определим по формуле:
Для определения поверхности теплопередачи и выбора конкретного варианта конструкции теплообменного аппарата необходимо определить коэффициент теплопередачи. Его можно рассчитать с помощью уравнения аддитивности термических сопротивлений на пути теплового потока:
Подставляя сюда выражения для α1 и α2 можно получить одно уравнение относительно неизвестного удельного теплового потока:
(38)Решив это уравнение относительно q каким-либо численным или графическим методом, можно определить требуемую поверхность
.1) Определение тепловой нагрузки аппарата:
Q = G ∙ r(39)
Уравнение справедливо при конденсации насыщенных паров без охлаждения конденсата и при кипении.
Q = 0,83 2198 103 = 1824340 Вт
2) Определение расхода греющего пара из уравнения теплового баланса:
кг/с3) Средняя разность температур:
Δtср = 143,5 – 125,26 = 18,24 °С
4) В соответствии с Приложением 2 примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи Кор = 800 Вт/(м2 ∙ К). Тогда ориентировочное значение требуемой поверхности составит:
м2В соответствии с Приложением 3, поверхность, близкую к ориентировочной могут иметь теплообменники с высотой труб Н = 4,0 м и диаметром кожуха D = 800 мм (F = 127 м2) или с высотой труб Н = 6,0 м и диаметром кожуха D = 600 мм (F = 126 м2).
5) Уточнённый расчёт поверхности теплопередачи.
Примем в качестве первого варианта теплообменник с высотой труб Н = 4,0 м, диаметром кожуха D = 1000 мм и поверхностью теплопередачи F = 127 м2. Выполним его уточнённый расчёт, решив уравнение (34).
В качестве первого приближения примем ориентировочное значение удельной тепловой нагрузки:
Вт/м2Для определения f(q1) необходимо рассчитать коэффициенты А и В:
Толщина труб 2,0 мм, материал – нержавеющая сталь; λст = 17,5 Вт/(м ∙ К). Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений (термическим сопротивлением со стороны греющего пара можно пренебречь) равна:
м2 ∙ К/ВтТогда
Примем второе значение q2 = 20000 Вт/м2 получим:
Третье, уточнённое значение q3, определим в точке пересечения с осью абсцисс хорды, проведённой из точки 1 в точку 2 на графике зависимости f(q) от q:
(40)Получим
Вт/м2 
Такую точность определения корня уравнения (34) можно считать достаточной, и q = 20235,4 Вт/м2 можно считать истинной удельной тепловой нагрузкой. Тогда требуемая поверхность составит:
м2В выбранном теплообменнике запас поверхности составит:
%Масса аппарата: М1 = 3950 кг (см. Приложение 4).
Вариант 2. рассчитаем также теплообменник с высотой труб 6,0 м, диаметром кожуха 600 мм и номинальной поверхностью 126 м2.
Для этого уточним значение коэффициента В:
Пусть
Вт/м2.Тогда
Пусть q2 = 25000 Вт/м2.
Тогда
Получим
Вт/м2 
Требуемая поверхность:
м2В выбранном теплообменнике запас поверхности составляет:
%Масса аппарата: М2 = 3130 кг (см. Приложение 4).
У последнего аппарата масса значительно меньше, поэтому выбираем его.
Критическую удельную тепловую нагрузку, при которой пузырьковое кипение переходит в плёночное, а коэффициент теплоотдачи принимает максимальное значение, можно оценить по формуле, справедливой для кипения в большом объёме:
(41) 
кВт/м2Следовательно, в рассчитанных аппаратах режим кипения будет пузырьковым. Коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи в выбранном варианте соответственно равны:
Вт/(м2 ∙ К) 
Вт/(м2 ∙ К) 
Вт/(м2 ∙ К)Таким образом, был выбран теплообменник-испаритель со следующими характеристиками [1]:
Таблица 18Характеристики теплообменника-испарителя
| Диаметр кожуха, мм | Диаметр труб, мм | Общее число труб, шт | Поверхность теплообмена (в м3) при длине труб 6,0 м | Масса, кг |
| 600 | 25×2 | 334 | 126 | 3130 |
8. Расчёт вспомогательного оборудования выпарной установки
8.1 Расчёт конденсатоотводчиков
Для отвода конденсата, образующегося при работе теплообменных аппаратов, в зависимости от давления пара, применяют различные виды устройств. При давлении на выходе не менее 0,1 МПа и противодавлении не более 50 % давления на выходе устойчиво работают термодинамические конденсатоотводчики. При начальном давлении не менее 0,06 Мпа рекомендуется устанавливать конденсатоотводчики поплавковые муфтовые, которые надёжно работают при перепаде давления более 0,05 МПа при постоянном и переменных режимах расходования пара. При ∆Р от 0,03 до 1,3 МПа для автоматического удаления конденсата из различных пароприемников пригодны конденсационные горшки с открытым поплавком. При давлении пара до 0,03 МПа для отвода конденсата могут применяться гидравлические затворы (петли).