Выбор конструкционного материала теплообменника

5.4. Выбор конструкционного материала теплообменника.

Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора хлорида натрия при концентрации 10 (5, стр. 309). В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х28. Скорость коррозии её менее 1мм/год. Коэффициент теплопроводности l = 16,8 Вт/м*К (5, стр. 101).

5.5. Ориентировочный выбор теплообменника.

В качестве парожидкостных подогревателей наиболее рациональными являются многоходовые кожухотрубчатые теплообменники жесткой конструкции – тип ТН. Аппараты типа ТН выполняются с неподвижными трубными решетками. Расположение аппарата вертикальное. Для нормальной работы теплообменника в межтрубное пространство необходимо направить конденсирующийся пар, а в трубное пространство – исходный раствор.

Геометрические размеры трубок рекомендуется выбирать путём ориентировочной оценки требуемой поверхности теплообмена:

Fор = Q/KорDср.

Для оценки зададимся ожидаемым значением коэффициента теплопередачи Кор, ориентировочные пределы которого в промышленных теплообменных аппаратах указаны (7, стр.47) - Кор = 300 – 2500Вт/м²К. Пусть Кор = 1800Вт/м²К.

Fор = 6,06*10⁶/1800*56,8 = 59м².

Подбираем по (7, стр.51) теплообменник:

·  Поверхность теплообмена 61 м²;

·  Длина труб 4м;

·  Диаметр труб d = 25*2;

·  Число ходов z = 6;

·  Общее число труб 196;

·  Трубное пространство (3,14*(0,025-0,004)²)*206=0,271м². Т о., на один ход 0,271/6=0,045 м²

5.6. Расчёт коэффициента теплопередачи К.

К = {(К^1/3D_ср^1/3/А^4/3) + (d_стl_стa2}^-1

5.6.1. Расчёт коэффициента теплоотдачи от поверхности трубки к раствору a2.

Расчёт a2 производят по критериальным уравнениям.

Скорость течения раствора равна:

W = So*z/f_трr= 20000*6/3600*0,045*1072=0,711 м/с,

Где r = 1027 кг/м³ –плотность 10% хлористого натрия при температуре кипения (4, стр. 56);

n =0,339*10^-6м²/с - вязкость 10% хлористого натрия при температуре кипения (4, стр. 58).

При этой скорости имеем:

Re = Wd/n = 0,711*0,021/0,339*10^-6 = 4,4*10⁴

Т. о., попадаем в развитую турбулентную область.

Nu2=0,021Re^0,8 Pr^-0,43 (Pr / Pr_ст)^0,25e_l

Критерий Прандтля – характеризует отношение вязкостных и температуропроводных свойств теплоносителя – конденсирующегося водяного пара Pr = n/а = 0,339*10^-6 / 16,9*10^-8=2,01 при температуре кипения 10% хлористого натрия (3, стр. 537), где а – коэффициент теплопроводности (4, стр. 64).

Для нагревающихся жидкостей можно принимать (Pr / Pr _ст)^0,25=1, допуская небольшую погрешность в сторону уменьшения коэффициента теплоотдачи, т. е. в сторону запаса.

Воспользовавшись номограммой для определения критерия Nu2 (3, стр. 536)

Nu2= 140.

Тогда a2= Nu2l_воды/d = 140*0,633/0,021 = 4220 Вт/К*м²,

Где l_воды= 0,633 Вт/м*К - теплопроводность 10% NaCl при температуре кипения (4, стр. 61).

5.6.2. Расчёт коэффициента А.

А=0,94(l3r2rg/mH)^1/4

При температуре Т=127⁰С l = 68,6*10-2 Вт/мК

r = 935 кг/м3 (3, стр. 512)

m = 212*10-6Па*с

r = 2194 кДж/кг (3, стр. 524)

Н = 4м

Тогда А = 8647,8

5.6.3. Расчёт коэффициента теплопередачи К.

К = {(К^1/3D_ср^1/3/А^4/3) + (d_стl_стa2}^-1

D_ср= 82,7⁰C;

d_ст= 2мм = 0.002м – толщина стенок нагревательных труб;

l_ст= 16,8 Вт/м*К – теплопроводность материала стенки;

a2 = 4220 Вт/К*м²- коэффициент теплоотдачи от поверхности трубки к раствору;

А= 8647,8 ;

a2= 4220 Вт/м² .

Воспользуемся итерационным расчётом:

К(d_стl_ст a2) = 1- (К/А)^4/3 *D_ср^1/3

Пусть y_л = К(d_стl_ст a2)

Y_п = К(d_стl_ст a2)

Построим оба графика в одной системе координат, пересечение этих графиков дает истинное значение К.

Из графиков видно, что К = 2600 Вт/(м²*К).

Реальное значение коэффициента теплопередачи в работающем теплообменнике всегда меньше рассчитанного из-за дополнительных термических сопротивлений загрязнений стенок r_загр с обеих сторон. При этом общее термическое сопротивление в реальном теплообменнике:

(1/К)_реал = (1/К)_расч + r_загр.1 + r_загр.2

Значение термических сопротивлений загрязнений стенок r_загр взяты из (3, стр. 506):

r_загр.1= 1,7*10^-4м²*К/Вт - для водяного пара, r_загр.2=1,7*10^-4м²*К/Вт - для кипящего исходного раствора.

(1/К)_реал= 1/2600 + 1,7*10^-4+1,7*10^-4 = 7,2*10^-4м²*К/Вт

Тогда К_реал=1380 Вт/(м²*К).

5.7. Расчёт поверхности теплообмена.

Fор = Q/KорDср = 6,06*10⁶/1380*56,8 = 77м².

5.8. Подбор теплообменника по каталогу.

Подбираем по (7, стр.51) теплообменник:

·  Поверхность теплообмена 79 м²;

·  Длина труб 4м;

·  Диаметр труб d = 20*2;

·  Число ходов z = 6;

·  Общее число труб 316.

6. Блок создания и поддержания вакуума.

Для создания вакуума в выпарных установках обычно применяют конденсаторы смешения с барометрической трубой. В качестве охлаждающего агента используют воду, которая подаётся в конденсатор при температуре окружающей среды (г. Стерлитамак t = 20⁰C). Смесь охлаждающей воды и конденсата выливается из конденсатора по барометрической трубе. Для поддержания постоянства вакуума в системе из конденсатора с помощью вакуум-насоса откачивают неконденсирующиеся газы.

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 ...