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/Вт

Тогда

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:

м2

В 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: м2

В 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/м2

Следовательно, 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 18 Характеристики теплообменника-испарителя

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).

8.1.1 Расчёт конденсатоотводчиков для первого корпуса выпарной установки

Из условия видно, что Рг = 0,4 МПа, значит, применим термодинамические конденсатоотводчики.

1) Расчётное количество конденсата после выпарного аппарата:

G = 1,2 ∙ Gг = 1,2 ∙ 0,83 = 0,996 кг/с или 3,59 т/ч.

2) Давление пара перед конденсатоотводчиком.

P = 0,95 ∙ Pг = 0,95 ∙ 0,4 = 0,38 МПа или 3,87 атм.

3) Давление пара после конденсатоотводчика.

P’ = 0,01 МПа или 0,1 атм, т.к. у нас свободный слив конденсата.

4) Условная пропускная способность K∙Vy.

(42)

∆P = P – P’ = 0,38 – 0,01 = 0,379 МПа или 3,77 атм.

Тогда:

т/ч

Подходящей условной пропускной способностью конденсатоотводчика 45ч12нж является 0,9 т/ч, поэтому установим 4 конденсатоотводчика с такой пропускной способностью.

Размеры данного конденсатоотводчика: Dy = 25 мм, L = 100 мм, L1 = 12 мм, Hmax = 53 мм, Н1 = 30 мм, S = 40мм, S1 = 21 мм, D0 = 60 мм.

8.1.2 Расчёт конденсатоотводчиков для второго корпуса выпарной установки

Давление греющего пара во втором корпусе – 0,277 МПа, значит, используем термодинамические конденсатоотводчики.

1) Расчётное количество конденсата после выпарного аппарата:

G = 1,2 ∙ Gг = 1,2 ∙ 0,63 = 0,756 кг/с или 2,72 т/ч.

2) Давление пара перед конденсатоотводчиком.

P = 0,95 ∙ Pг = 0,95 ∙ 0,277 = 0,263 МПа или 2,682 атм.

3) Давление пара после конденсатоотводчика.

P’ = 0,01 МПа или 0,1 атм, т.к. у нас свободный слив конденсата.

4) Условная пропускная способность K∙Vy.

∆P = P – P’ = 0,263 – 0,01 = 0,253 МПа или 2,582 атм.

Тогда:т/ч