Загрузка...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.
. 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
t1o — пар насыщенный
D2 = 4,4 кг/c — производительность по вторичному пару
lу = 0,28 м — высота жидкости над кипятильными трубами
lпп = 2,4 м — высота парового пространства
lвд = 0,7 м — высота верхнего днища с сепаратором пара
lнд = 0,5 м — высота нижнего днища
dн = 32 мм — наружный диаметр труб батареи
Rv = 168 м3/м3∙ч — предельное напряжение парового пространства
φ = 0,8 — коэффициент
Х = 15% — величина продувки испарителя
μ = 0,90 — коэффициент загрязнения труб
lб = 2,5 м — высота труб батареи
δ = 2 мм — толщина стенки трубы
ω = 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=168оС
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 — hк=655,9 кДж/кг
Энтальпия кипящей воды — hкв=584,3 кДж/кг
Энтальпия питательной воды — hпв=hкв-50=534,3 кДж/кг
температура кипящей воды при Р2=0,35 МПа — t2=138,86оС
температура питательной воды при hпв=534,3 кДж/кг — tпв=127,17оС
Решение
. Теплота, необходимая для образования 1 кг вторичного пара, q1,2, кДж/кг:
q1,2 = (h2 — hкв) + (1 + X/100)∙(hкв — hпв) =(2732,0-584,3)+(1+15/100)∙(584,3-534,3)=2205,2 кДж/кг
. Теплота, отдаваемая воде 1 кг первичного пара, q1,2, кДж/кг:
q1,1 = h1 — hк = 2752,3-655,9=2096,4 кДж/кг
3. Общий расход первичного пара, D1, кг/c:
D1 = D2∙q1,2/q1,1 = 4,4 ∙ 2205,2/2096,4=4,6 кг/с
. Теплота, теряемая с продувочной водой, Qпр, кДж/кг:
Qпр = D2∙X/100∙(hкв — hпв) = 4,4∙15/100∙(584,3-534,3)=33 кДж/кг
. Теплота, затрачиваемая на образование вторичного пара, Q2, кДж/кг:
Q2 = D2∙q1,2 = 4,4∙2205,2=9702,88 кДж/кг
. Средняя температура нагреваемой воды, Ťв, оС:
Ťв, = 0,5∙(tкв + tпв)=0,5∙(168+127,17)=147,59 оС
. Средняя температура стенки труб, Ťст, оС:
Ťст,= 0,5∙(t1 + Ťв) =0,5∙(168+147,59)=157,79 оС
. Средняя температура конденсатной пленки, Ťпл, оС:
Ťпл,= 0,5∙(t1 + Ťст) = 0,5∙(168+157,79)=162,89 оС
. Теплофизические характеристики конденсатной пленки при данной Ťст:
теплоемкость — С = 4,346 кДж/кг
теплопроводность — λ = 0,684 Вт/м2∙К
коэффициент кинематической вязкости — ν=0,211∙10-6 м2/с
коэффициент температуропроводности — α=17,21∙10-8 м2/с
. критерий Галилея, Ga, — показывает соотношение между силами гравитации и силами вязкости в среде:
Ga = g∙(lб)3/ν2= (9,8 м/с2∙(2,5)3)/(0,211∙10-6м/с2)2=3,44∙1015
. критерий Прандтля, Pr, — учитывает влияние физических свойств теплоносителя на теплоотдачу:
Pr = ν/α
при данной Ťв — Prв = 1,11
при данной Ťст — Prст = 1,25
при данной Ťпл — Prпл = 1,18
. Коэффициент К1:
К1 = r/С∙(t1 — Ťст)=2082,2/4,346∙(168-157,79)=44,79
где r — скрытая теплота парообразования кДж/кг, при данном Р2 r = 2082,2 кДж/кг
. критерий Нуссельта, Nu, — характеризует соотношение между интенсивностью теплообмена за счёт конвекции и интенсивностью теплообмена за счёт теплопроводности
Nu = 0,42∙(Ga∙Prпл∙K1)0,28∙(Pr1/Prст)0,25=
=0,42∙(3,44∙1015∙1,18∙44,79)0,28∙(1,11/1,25)0,25=27423,88
. Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке, α1, Вт/м2∙К:
α1 = Nu∙λ/lб=27423,88∙(301/2,5)=7503,17 Вт/м2∙К
15. Температурный напор от стенок к кипящей воде, Δt2, оС:
Δt2 = Ťст — Ťв=157,79-147,59=10,2 оС
. Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей воде, α2, Вт/м2∙К:
. Удельный тепловой поток, q2, кДж/м2∙с:
q2 = α2∙Δt2=18998∙10,2=193782 кДж/м2∙с
. Коэффициент теплопередачи, К, Вт/м2∙К:
К = 1/(1/α1 + δ/λ + 1/α2)=
=1/((1/7503,17)+(0,002/253,9)+(1/18998))=516,019Вт/м2∙К
. Удельный тепловой поток, q, кДж/м2∙с:
q = К(t1 — t2)=516,019∙(168-138,86)=1503,79 кДж/м2∙с
. поверхность нагрева батарей, F, м2:
F = q2/(μ∙К(t1 — t2))= 193,78∙106/(88831,38∙0,9∙(168-138,86))=5,93м2
испарительный продувочный труба пар
21. Расчетное предельное напряжение парового пространства, Rv1, м3/м3∙ч
Rv1 = Rv∙φ =168∙0,8=134,4 м3/м3∙ч
. Объемная производительность вторичного пара, V, м3/ч:
V =(3600∙D2)/ρ2=(3600∙4,4)/1,966=8056,96 м3/ч
при данных значениях Р2=0,35 МПа и t2=138,86оС, ρ2 = 1,966 кг/м3
. объем парового пространства и испарителя, Vп.пр, м3:
Vп.пр = V/Rv =8056,96/134,4=59,94м3
. диаметр испарителя, Dи, м:
Dи = [(4/π)∙(Vп.пр/lпп)]0,5=((4/3,14)∙(59,94/2,4))0,5=5,79 м
. Высота аппарата, L, м:
L = lвд + lпп + lу + lб + lнд =0,7+2,4+0,28+2,5+0,5=6,38 м
. количество труб батареи, n, шт.:
n = F/(π∙dн∙lб)=5,93/(3,14∙0,032∙2,5)=23,61 шт.
. Общая площадь труб батареи, Fтб, м2:
Fтб = π∙dн2∙n/4=(3,14∙0,032∙23,61)/4=0,019 м2
. Расход питательной воды, Dпв, кг/с:
Dпв = D2 + Dпр= 4,4+4,6=9,0 кг/с
29. Свободное сечение батареи, Fсб, м2:
Fсб = Dпв/ωпв=9,0/2,5=3,6 м2
. диаметр батареи, Dб, м:
Dб = [(4∙(Fтб + Fсб))/π]0,5=((4∙(8,31+3,6))/3,14)0,5=2,15 м