Принципы водоподготовки

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

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

φ = 0,8 - коэффициент

Х = 15% - величина продувки испарителя

μ = 0,90 - коэффициент загрязнения труб

l_б = 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=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

. 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

. 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

. 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

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

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

. Средняя температура нагреваемой воды, Ť_в, ^оС:

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

. Средняя температура стенки труб, Ť_ст, ^оС:

Ť_ст,= 0,5∙(t₁ + Ť_в) =0,5∙(168+147,59)=157,79 ^оС

. Средняя температура конденсатной пленки, Ť_пл, ^оС:

Ť_пл,= 0,5∙(t₁ + Ť_ст) = 0,5∙(168+157,79)=162,89 ^оС

. Теплофизические характеристики конденсатной пленки при данной Ť_ст:

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∙(l_б)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 Ť_в - Pr_в = 1,11

при данной Ť_ст - Pr_ст = 1,25

при данной Ť_пл - Pr_пл = 1,18

. Коэффициент К₁:

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∙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=27423,88

. Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке, α₁, Вт/м²∙К:

α₁ = Nu∙λ/l_б=27423,88∙(301/2,5)=7503,17 Вт/м²∙К

15. Температурный напор от стенок к кипящей воде, Δt₂, ^оС:

Δt₂ = Ť_ст - Ť_в=157,79-147,59=10,2 ^оС

. Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей воде, α₂, Вт/м²∙К:

α₂ = 1,163∙39∙Δt₂^2,33∙(10∙Р₂)^0,5=1,163∙39∙10,2^2,33∙(10∙0,35∙10)^0,5=18998 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, R_v1, м³/м³∙ч

R_v1 = R_v∙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=138,86^оС, ρ₂ = 1,966 кг/м³

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

V_п.пр = V/R_v =8056,96/134,4=59,94м³

. Диаметр испарителя, D_и, м:

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

. Высота аппарата, L, м:

L = l_вд + l_пп + l_у + l_б + l_нд =0,7+2,4+0,28+2,5+0,5=6,38 м

. Количество труб батареи, n, шт.:

n = F/(π∙d_н∙l_б)=5,93/(3,14∙0,032∙2,5)=23,61 шт.

. Общая площадь труб батареи, F_тб, м²:

F_тб = π∙d_н²∙n/4=(3,14∙0,032∙23,61)/4=0,019 м²

. Расход питательной воды, D_пв, кг/с:

D_пв = D₂ + D_пр= 4,4+4,6=9,0 кг/с

29. Свободное сечение батареи, F_сб, м²:

F_сб = D_пв/ω_пв=9,0/2,5=3,6 м²

. Диаметр батареи, D_б, м:

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