Расчет расхода тепла на выпаривание

Определяем расход тепла на выпаривание Q, Вт:

 

Q = 1.05×( G_н с_н (t_к – t_н ) + W×( i_w – c_в× t_к )) (11)

Q = 1,05×( 4×3693×( 77,8 – 71,3 ) + 3×( 2626300 – 4190×77,8 ) =7346800 Вт

 

Определяем расход греющего пара G_г.п. , кг/с:

 

G_г.п. = Q / r_г.п.×j, (12)

 

где r_г.п. – удельная теплота конденсации греющего пара, Дж/кг;

r_г.п. = 2220000 Дж/кг ; [7]

j - степень сухости греющего пара; j = 0,95

 

G_г.п. = = 3,48 кг/c.

 

Рассчитываем относительный расход греющего пара d , кг/кг:

 

d = (13)

d = = 1,16 кг/кг

 

2.1.6 Определение коэффициента теплопередачи К, Вт/(м2·К)

Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м²·К) рассчитываем по формуле:

 

, (14)

 

где α₁-коэффициент теплоотдачи от греющего пара , Вт/(м²·К),

α₂-коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору, Вт/(м²·К),

∑ -суммарное термическое сопротивление стенки трубы и загрязнений на ней, (м²·К)/Вт.

Для определения ∑ выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора Са(NO3) 2 в интервале изменения концентраций от 12 до 48%. В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х17. Скорость коррозии ее менее 0.1 мм/год, коэффициент теплопроводности λ_ст = 25,1 Вт/(м·К). Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки δ_ст/λ_ст и накипи δ_н/λ_н. Термическое сопротивление со стороны пара не учитываем.

Получим:

 

, (15)

 

∑ = =3,297 · 10^-4 (м²·К)/Вт;

Рассчитываем коэффициент теплоотдачи α₁:

 

, (16)

 

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

ρ_ж1 - плотность конденсата при средней температуре пленки,кг/м³;

l_ж1 - теплопроводность конденсата при средней температуре плеки,Вт/(м·К);

m_ж1 - вязкость конденсата при средней температуре пленки,Па×с;

Средняя температура пленки:

 

 

α₁ рассчитываем методом последовательных приближений. В первом приближении примем ×_∆t₁=6 град. Тогда:

 

; [2]

; [2]

; [2]

 ; [7]

 

Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение:

q= α₁×_∆t₁ =×_∆t_ст/(∑r_сум)= α₂×_∆t₂ , (17)

 

где q- удельная тепловая нагрузка, Вт/м²;

 _∆t_ст- перепад температуры на стенке, град;

 _∆t₂- разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, град.

Отсюда:

 

 _∆t_ст = α₁×_∆t₁×∑r_сум = 4575× 6 × 3,297 × 10^-4 = 9 град.

 

Тогда:

 

 _∆t₂=_∆t_пол - ∆t_ст - _∆t₁ = 31 – 9 – 6 = 16 град;

 

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору рассчитываем по формуле:

 

, (18)

 

где Nu – критерий Нуссельта:

 

, (19)

 

где Re – критерий Рейнольдса:

 

; (20)

 

Pr – критерий Прандтля:

 , (21)

 

где l-теплопроводность раствора, Вт/(м×К);

l = 0,5939 Вт/(м×К); [2]

r - плотность раствора, кг/м³;

r = 1413,82 кг/м³ ; [2]

m- вязкость раствора, Па×с;

m = 1,96×10^-3 Па×с ; [2]

c - теплоёмкость раствора, Дж/(кг×К);

с = 2570 Дж/(кг×К) ; [2]

Свойства раствора взяты при средней температуре потока, равной:

 

t_ср = t_к + : (22)

_.

 

Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

 

q'= α₁×_∆t₁= 4575 × 6 = 27450 Вт/м²;

q''= α₂×_∆t₂=2257 × 16 = 36112 Вт/м²;

 

Очевидно, что q'≠q''.

Для второго приближения примем _∆t₁ = 7 град.

Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры на 1 град, рассчитаем α₁ по соотношению:

α₁ = 4575 = 4402 Вт/(м²×К);

 

Получим:

 

_∆t_ст = 4402 × 7 × 3,297 × 10^-4 = 10 град;

_∆t₂ = 31 – 7 – 10 = 14 град;

q' = 4575 × 7 = 32025 Вт/м²;

q'' = 2257 × 14 = 31598 Вт/м².

%= %

 

Так как расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3%, то расчет коэффициентов a₁ и a₂ на этом заканчиваем.

Находим К:

 

 Вт/(м²×К)