Теплоперенос при конденсации греющего пара

3.16.1. Теплоперенос при конденсации греющего пара.

В межтрубном пространстве имеет место конденсация греющего пара, поэтому

q_l= a_конд*pD_вн(t_гп -q1) = А(t_гп - q₁)^3/4*pD_вн

a_конд = 2,035А’(r_гп/l)^1/4*(t_гп - q₁)^-1/4;

А = 2,035А’(r_гп/l)^1/4,

 А’= (l_конд3r _конд^2/m _конд)^1/4, где l_конд , r_конд^, m_конд – физические параметры конденсата греющего пара, причём А’ – табулирован (8, стр.40), выбираем А’=196 при температуре 150⁰С.

 r_гп = 2120 кДж/кг - теплота парообразования греющего пара при температуре 150⁰С.

Т.о., А=10,8*10³

D_вн=1м – внутренний диаметр стенок греющей камеры.

3.16.2. Теплоперенос через стенку греющей камеры и слой изоляционного материала.

Стационарный теплоперенос теплопроводностью через стенку греющей камеры и слой изоляционного материала представляется как

q_l= p(q_ -q2)/((1/2l_стln(D_н/D_вн),

q_l= p(q2-q3)/((1/2l_изln(D_из/D_н),

где q1, q2, q3- температуры внутренней стенки, стенки между изоляционным материалом и стенкой, наружной поверхности изоляционного материала;

q3= 40⁰С – выбирается исходя из условий безопасности обслуживания установки.

l_ст, l_из- теплопроводность стенки греющей камеры и изоляционного материала:

l_ст=16,4 Вт/мК

l_из = 0,0098 Вт/мК - теплопроводность для совелита – 85% магнезии и 15% асбеста (8, стр.44).

D_н =1,020 м– наружный диаметр стенок греющей камеры

D_из – наружный диаметр изоляции.

3.16.3. Теплоперенос от наружной поверхности изоляции в окружающую среду.

q_l= aî(q3-t_ср)pD_из

где t_ср = 20,3⁰С - температура окружающей среды,

a_о- коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции к окружающей среде, который слагается из коэффициентов теплоотдачи за счёт естественной конвекции (a_о^,) и за счёт излучения (a_о^,,).

a_о = a_о^, + a_о^,,,

где a_о^,, = с(((273+q3)/100)⁴ – ((273+ t_ср)/100)⁴)/ (q3-t_ср)

 с =eС_ч - константа излучения, зависящая от рода материала и состояния поверхности излучения:

 e=0,96степень чёрноты поверхности изоляции 8, стр.43);

С_ч =5,7 Вт/м²К⁴ – коэффициент излучения абсолютно чёрного тела,

с = 0,96*5,7 = 5,5 Вт/м²К⁴

Тогда a_о^,, =5,5(96,0 - 74,0)/19,7 = 6,1 Вт/м²К.

 a_о^, = N*((q3-t_ср)/D_из^mⁿ

Найдём произведение критериев Прандтля и Грасгофа Gr*Pr:

 Критерий Прандля для воздуха в диапазане температур 10-500⁰С при атмосферном давлении остаётся практически постоянным и равным 0,722.

 Критерий Грасгофа Gr = gD_из³bDt/n2где b= 1/(273+30,2)=0,0033 – коэффициент объёмного расширения воздуха, n = m/r =0,014*10^-3м²/с  кинематическая вязкости воздуха при температуре 30,2⁰С,m = 0,018*10-3Н*с/м²динамическая вязкость воздуха при температуре 30,2⁰С (9,стр. 107);r =1,2928 кг/м³плотность воздуха при тех же условиях (9, стр.33), l = 4 м.

Для определения величины критерия Грасгофа необходимо располагать значением D_из, который, собственно, является искомым в проводимом расчёте. Однако для рачёта не требуется точного значения произведения Gr*Pr и достаточно лишь располагать порядком этой величины. В связи с этим в выражения для критерия Грасгофа вместо D_из можно подставить значение наружного диаметра корпуса аппарата D_н = 1,020 м.

Тогда критерий Грасгофа Gr = 9,81*(1,020)³*0,0033*(40-20,3)/0,014*10^-3)2=3,4*10¹⁰.

Произведение критериев Прандтля и Грасгофа Gr*Pr = 2,4*10⁹.

Т.к. произведение критериев Прандтля и Грасгофа (Gr*Pr)>2*10⁷, то n = 1/3; m=0; N=1,450 (1, стр.20).

Тогда a_о^, = 1,450*(40-20,3)^0,33= 3,9 Вт/м²К.

Следовательно, a_о = a_о^, + a_о^,, = 3,9 + 6,1 = 10 Вт/м²К.

3.16.4. Расчёт толщины изоляции.

Толщину тепловой изоляции находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду:

a_о(q3-t_ср) = (l_из/d _из)(q2-q3

Причём q2 – температура наружной поверхности аппарата, ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции _ принимают равной температуре греющего пара 150⁰С.

Тогда d _из = l_из(q2 -q3)/a_о(q3-t_ср) = 0,098*(150-40)/10(40-20,3) = 0,055м = 55мм

Принимаем толщину тепловой изоляции 0,055м и для других корпусов.

4. Механический расчёт аппаратов выпарных установок.

Механический расчёт выполняется для первого корпуса (корпус, представленный в графической части проекта).

4.1. Греющая камера.

4.1.1. Расчёт толщины стенки греющей камеры.

Корпус греющей камеры выпарного аппарата представляет собой вертикальную обечайку, работающую для первого корпуса выпарной установки под внутренним, избыточным давлением, равном давлению греющего пара р= 0,476 МПа = 4,85 ат.

Номинальная расчётная толщина стенки рассчитывается по формуле:

d_ст’= pD/(2[s]jp)

Допускаемое напряжение [s]=hs, где h =1,0 – поправочный коэффициент, учитывающий условия эксплуатации аппарата (5, стр. 408); s* - нормативное допускаемое напряжение для выбранного материала - сталь марки Х18Н10Т.

 s* = 130 МН/м² – номинальное допускаемое напряжение при температуре150⁰С (5, стр. 406).

[s] =hs* = 130 МН/м²

j = 1,0 – коэффициент прочности сварного шва – сварной шов стыковой двухсторонний (8, стр.20).

D = 1000мм – диаметр греющей камеры.

Тогда d_ст’=(0,476*10⁶*1)/(2137*10⁶*1 0,476*10⁶) = 2мм.

Расчётная толщина стенки равна d_ст = d_ст’+ Ск + Сэ + Сд + Со, где Сэ – прибавка на эрозию или другой вид механического воздействия рабочей среды на материал, Сд – дополнительная прибавка по технологическим, монтажным и другим соображениям, величинами Сд и Сэ пренебрегаем.

Ск = 1мм, т.к. проницаемость данного материала не более 0,1 мм/год (5, стр. 409).

Со = 1 - прибавка на округление размера.

Тогда d_ст=2+1 = 3мм.

Таким образом, толщина стенки должна быть не менее 3мм, принимаем d_ст = 10мм (8, стр. 21).

Похожие работы

Расчёт многокорпусной выпарной установки

Скачать

82811

25

11

... 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) ...

Двухкорпусная выпарная установка

Скачать

29381

6

0

... трех корпусной установки, состоящей из выпарных аппаратов с естественной циркуляцией (с соосной камерой) и кипением раствора в трубах, и солеотделением. Принципиальная схема трех корпусной выпарной установки см. приложение на А1. Исходный разбавленный раствор из промежуточной емкости Е1 центробежным насосом Н1 подается в теплообменник Т, где прогревается до температуры, близкой к температуре ...

Выпарная установка для выпаривания раствора NaNO3

Скачать

31244

12

3

... этих факторов должно учитываться при технико-экономическом сравнении аппаратов и выборе оптимальной конструкции. Ниже приводятся области преимущественного использования выпарных аппаратов различных типов. Для выпаривания растворов небольшой вязкости ~8 10-3 Па с, без образования кристаллов чаще всего используются вертикальные выпарные аппараты с многократной естественной циркуляцией. Из них ...

Расчет трехкорпусной выпарной установки непрерывного действия

Скачать

29185

6

1

... установки – расчет материальных потоков, затрат тепла и энергии, размеров основного аппарата, расчет и выбор вспомогательного оборудования, входящего в технологическую схему установки. Задание на курсовое проектирование Рассчитать и спроектировать трехкорпусную выпарную установку непрерывного действия для концентрирования водного раствора  по следующим данным: 1.  Производительность установки ...