3.2 Определение тепловых нагрузок

Расход греющего пара в корпусе, производительность корпуса по выпариваемой воде и тепловую нагрузку корпуса определим путем совместного решения уравнений :

(3.3)

где 1.03-коэффициент учитывающий 3% потери тепла в окружающую среду; сн - теплоемкость раствора карбамида кДж/кгК; tнач- начальная температура кипения исходного раствора С0; tкон - температура кипения раствора в корпусе С0 (Ткон=Тк=132С0); I2 ,I1 -энтальпии сухого насыщенного греющего пара и энтальпия конденсата, кДж/кг; Iвт.п. - энтальпия воды при температере tк; - расход греющего пара.

(3.4)

где cc - теплоемкость 100% раствора карбамида, Дж/кгС0,; х - массовая доля карбамида в растворе; 4.190 - теплоемкость воды кДж/кгС0.

Пар в теплообменник поступает под давлением 0,4МПа, что соответствует температуре 143С0,.Температуре греющего пара равной 143С0 соответствуют следующие энтальпии сухого насыщенного греющего пара и энтальпии конденсата,:

Расход греющего пара будет:

3.3 Тепловой баланс

Для составления теплового баланса определим приход и расход тепла. Тепло в аппарат приходит с исходным раствором и греющим паром, а уходит с упаренным раствором, вторичным паром, паровым конденсатом и потерями тепла в окружающую среду.

Уравнение теплового баланса имеет вид:

, (3.5)

Где Gг.п. – расход греющего пара; I , Iг, iн, iк – энтальпии вторичного и греющего пара, исходного и упаренного раствора соответственно; с1 – удельная теплоемкость парового конденсата; t - температура конденсата.

Приход тепла:

;

.

Расход тепла:

;

.

Таблица 3.2

Тепловой баланс

3.4 Выбор конструкционного материала

Выбираем конструкционный материал стойкий к среде кипящего раствора карбамида-CO(NH2)2 в интервале изменения концентраций от 95 до 98,8%. В этих условиях стойкой является сталь марки Х28. Скорость коррозии ее не менее 0,1мм/год, коэффициент теплопроводности lст=16,747 Вт/мК,.

3.5 Расчет коэффициента теплопередачи

Коэффициент теплопередачи для корпуса выпарного аппарата определяют по уравнению аддитивности термических сопротивлений:

(3.6)

где a1- коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке, Вт/(м2К); Sd/l - Суммарное термическое сопротивление, м2К/Вт; a2- коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору, Вт/(м2К).

Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки dст/lст и накипи dн/lн (/lн=2Вт/мК). Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем.

(3.7)

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке рассчитывается по формуле:

(3.8)

где r1 - теплота конденсации греющего пара, Дж/кг; rж, lж, mж -соответственно плотность (кг/м3), теплопроводность Вт/м*К, вязкость (Па*с) конденсата при средней температуре пленки tпл=tг.п.- Dt1 – разность температур конденсации пара и стенки, град.

Расчет a1 ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем Dt1=2,0 град. Тогда получим:

Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение:

(3.9)

где q - удельная тепловая нагрузка, Вт/м2; Dtст - перепад температур на стенке, град; Dt2 - разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, град.