Принципы водоподготовки

Задание

Определить конструктивные размеры вертикальной одноступенчатой испарительной установки. Исходные данные для расчета приведены в табл. 1 и 2. По результатам расчета сделать чертеж установки форматом А4.

1. Продуваемый раствор. 2. Конденсат первичного пара. 3. Первичный пар. 4. Питательная вода. 5. Вторичный пар.

Исходные данные:

Р₁ = 0,55 МПа — давление первичного пара

Р₂ = 0,35 МПа — давление вторичного пара

t₁^o — пар насыщенный

D₂ = 4,4 кг/c — производительность по вторичному пару

l_у = 0,28 м — высота жидкости над кипятильными трубами

l_пп = 2,4 м — высота парового пространства

l_вд = 0,7 м — высота верхнего днища с сепаратором пара

l_нд = 0,5 м — высота нижнего днища

d_н = 32 мм — наружный диаметр труб батареи

R_v = 168 м³/м³•ч — предельное напряжение парового пространства

ц = 0,8 — коэффициент

Х = 15% - величина продувки испарителя

м = 0,90 — коэффициент загрязнения труб

l_б = 2,5 м — высота труб батареи

д = 2 мм — толщина стенки трубы

щ = 2,5 м/ч — скорость питательной воды в межтрубном пространстве.

По таблицам теплофизических свойств воды и водяного пара:

Температура первичного пара при Р₁=0,55 МПа — t₁=168^оС Энтальпия первичного пара — h₁=2752,3 кДж/кг Энтальпия вторичного пара при Р₁=0,55 МПа — h₂=2732,0 кДж/кг Энтальпия конденсата первичного пара — h_к=655,9 кДж/кг Энтальпия кипящей воды — h_кв=584,3 кДж/кг Энтальпия питательной воды — h_пв=h_кв-50=534,3 кДж/кг Температура кипящей воды при Р₂=0,35 МПа — t₂=138,86^оС Температура питательной воды при h_пв=534,3 кДж/кг — t_пв=127,17^оС

Решение

1. Теплота, необходимая для образования 1 кг вторичного пара, q_1,2, кДж/кг:

q_1,2 = (h₂ - h_кв) + (1 + X/100)•(h_кв - h_пв) =(2732,0-584,3)+(1+15/100)•(584,3-534,3)=2205,2 кДж/кг

2. Теплота, отдаваемая воде 1 кг первичного пара, q_1,2, кДж/кг:

q_1,1 = h₁ - h_к = 2752,3-655,9=2096,4 кДж/кг

3. Общий расход первичного пара, D₁, кг/c:

D₁ = D₂•q_1,2/q_1,1 = 4,4 • 2205,2/2096,4=4,6 кг/с

4. Теплота, теряемая с продувочной водой, Q_пр, кДж/кг:

Q_пр = D₂•X/100•(h_кв - h_пв) = 4,4•15/100•(584,3-534,3)=33 кДж/кг

5. Теплота, затрачиваемая на образование вторичного пара, Q₂, кДж/кг:

Q₂ = D₂•q_1,2 = 4,4•2205,2=9702,88 кДж/кг

6. Средняя температура нагреваемой воды, Ќ_в, ^оС:

Ќ_в, = 0,5•(t_кв + t_пв)=0,5•(168+127,17)=147,59 ^оС

7. Средняя температура стенки труб, Ќ_ст, ^оС:

Ќ_ст,= 0,5•(t₁ + Ќ_в) =0,5•(168+147,59)=157,79 ^оС

8. Средняя температура конденсатной пленки, Ќ_пл, ^оС:

Ќ_пл,= 0,5•(t₁ + Ќ_ст) = 0,5•(168+157,79)=162,89 ^оС

9. Теплофизические характеристики конденсатной пленки при данной Ќ_ст:

— теплоемкость — С = 4,346 кДж/кг

— теплопроводность — л = 0,684 Вт/м²•К

— коэффициент кинематической вязкости — н=0,211•10^-6 м²/с

— коэффициент температуропроводности — б=17,21•10^-8 м²/с

10. Критерий Галилея, Ga, — показывает соотношение между силами гравитации и силами вязкости в среде:

Ga = g•(l_б)³/н²= (9,8 м/с²•(2,5)³⁾/(0,211•10^-6м/с²)²=3,44•10¹⁵

11. Критерий Прандтля, Pr, — учитывает влияние физических свойств теплоносителя на теплоотдачу:

Pr = н/б

— при данной Ќ_в — Pr_в = 1,11

— при данной Ќ_ст — Pr_ст = 1,25

— при данной Ќ_пл — Pr_пл = 1,18

12. Коэффициент К₁:

К₁ = r/С•(t₁ — Ќ_ст)=2082,2/4,346•(168-157,79)=44,79

где r — скрытая теплота парообразования кДж/кг, при данном Р₂ r = 2082,2 кДж/кг

13. Критерий Нуссельта, Nu, — характеризует соотношение между интенсивностью теплообмена за счёт конвекции и интенсивностью теплообмена за счёт теплопроводности

Nu = 0,42•(Ga•Pr_пл•K₁)^0,28•(Pr₁/Pr_ст)^0,25=

=0,42•(3,44•10¹⁵•1,18•44,79)^0,28•(1,11/1,25)^0,25=27 423,88

14. Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке, б₁, Вт/м²•К:

б₁ = Nu•л/l_б=27 423,88•(301/2,5)=7503,17 Вт/м²•К

15. Температурный напор от стенок к кипящей воде, Дt₂, ^оС:

Дt₂ = Ќ_ст - Ќ_в=157,79-147,59=10,2 ^оС

16. Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей воде, б₂, Вт/м²•К:

б₂ = 1,163•39•Дt₂^2,33•(10•Р₂)^0,5=1,163•39•10,2^2,33•(10•0,35•10)^0,5=18998 Вт/м²•К

17. Удельный тепловой поток, q₂, кДж/м²•с:

q₂ = б₂•Дt₂=18998•10,2=19 3782 кДж/м²•с

18. Коэффициент теплопередачи, К, Вт/м²•К:

К = 1/(1/б₁ + д/л + 1/б₂)=

=1/((1/7503,17)+(0,002/253,9)+(1/18 998))=516,019Вт/м²•К

19. Удельный тепловой поток, q, кДж/м²•с:

q = К (t₁ - t₂)=516,019•(168-138,86)=1503,79 кДж/м²•с

20. Поверхность нагрева батарей, F, м²:

F = q₂/(м?К (t₁ - t₂))= 193,78•10⁶/(88 831,38•0,9•(168-138,86))=5,93м²

испарительный продувочный труба пар

21. Расчетное предельное напряжение парового пространства, R_v1, м³/м³•ч

R_v1 = R_v•ц =168•0,8=134,4 м³/м³•ч

22. Объемная производительность вторичного пара, V, м³/ч:

V =(3600•D₂)/с_{2=(3600•4,4)/1,966=8056, 96 м³/ч}

при данных значениях Р₂=0,35 МПа и t₂=138,86^оС, с₂ = 1,966 кг/м³

23. Объем парового пространства и испарителя, V_п.пр, м³:

V_п.пр = V/R_v =8056,96/134,4=59, 94м³

24. Диаметр испарителя, D_и, м:

D_и = [(4/р)•(V_п.пр/l_пп)]^0,5=((4/3,14)•(59,94/2,4))^0,5=5,79 м

25. Высота аппарата, L, м:

L = l_{вд + lпп + lу + lб + lнд =0,7+2,4+0,28+2,5+0,5=6,38 м}

26. Количество труб батареи, n, шт.:

n = F/(р?d_{н•lб)=5,93/(3,14•0,032•2,5)=23,61 шт.}

27. Общая площадь труб батареи, F_тб, м²:

F_тб = р?d_н²•n/4=(3,14•0,032•23,61)/4=0,019 м²

28. Расход питательной воды, D_пв, кг/с:

D_{пв = D2 + Dпр= 4,4+4,6=9,0 кг/с}

29. Свободное сечение батареи, F_сб, м²:

F_{сб = Dпв/щпв=9,0/2,5=3,6 м²}

30. Диаметр батареи, D_б, м:

D_б = [(4•(F_тб + F_сб))/р]^0,5=((4•(8,31+3,6))/3,14)^0,5=2,15 м