Проект МВУ для упаривания 70 т/ч сульфатного щёлока

λ_f = x_f λ_A + (1 - x_f) λ_B

λ_A = 0,58 ∙ 1,163 = 0,218 Вт/мК

λ_B = 0,178 ∙ 1,163 = 0,15 Вт/мК

тогда λ_f = 0,186 Вт/мК.

1,55 ∙ (Re_f (d/L))^1/3 = α_f ∙d / λ_f

Отсюда выражаем коэффициент  теплоотдачи от стенки к холодному  теплоносителю:

α_f = 1,55 ∙ (Re_f (d/L))^1/3 λ_f / d

α_f = 1,55 ∙ 0,186/0,021 (1205 ∙ 0,021/1,5)^1/3 = 34,88 Вт/м²К.

 

4.3 Расчет коэффициента  теплоотдачи  от горячего теплоносителя к стенке α₁:

Среднее значение коэффициента теплоотдачи  на поверхности пучка  вертикальных труб высотой l :

α₁ = 1,15 ∙

,

где λ₁ – теплопроводность конденсата паров при температуре t₁, Вт/мК, λ₁ = 68,7 ∙ 10^-2 Вт/мК; ρ₁ – плотность конденсата при температуре t₁, кг/см³/,         ρ₁ = 943кг/см³; r₁ – удельная теплота парообразования водного пара, кДж/кг; μ₁ – вязкость конденсата при температуре t₁, мПа∙с, μ₁ = 231 ∙ 10^-6 Па∙с; l – высота теплообменных труб, м, l = 1,5 м; ∆t₁ – разница температур горячего теплоносителя и стенки со стороны горячего теплоносителя, определяется методом подбора.

Ориентировочно перепад  температур горячего теплоносителя  и  стенки можно рассчитать по формуле:

,

∆t_пол – полезный перепад температур, ∆t_пол = ∆t_ср, ˚С.

Для водного пара коэффициент  теплопередачи от горячего теплоносителя к стенке α₁ примерно равен 7000Вт/м²К. тогда

˚С

α₁ = 1,15 ∙

= 17366 Вт/м²К

 

 

 

 

4.4 Расчет коэффициента теплопередачи

 

 Вт/м²К

Проверяем принятый перепад  температур из условия равенства  тепловых нагрузок:

К ∙ ∆t_ср =  α₁ ∙ ∆t₁

Отсюда 

∆t₁ = К ∙ ∆t_ср/ α₁

∆t₁ = 34,48 ∙ 69,5/17366 = 0,14 ˚С

Разница между принятыми  и расчетными значениями ∆t₁  δ = 59%  > 10%.

Пересчитываем коэффициент  теплоотдачи α₁:

α₁ = 1,15 ∙

= 21667 Вт/м²К

Тогда коэффициент теплопередачи:

Перепад температур составит

∆t₁ =34,48 ∙ 69,5/21667 = 0,11 ˚С

Разница между принятыми  и расчетными значениями ∆t₁  δ = 13%  > 10%.

Пересчитываем коэффициент  теплоотдачи α₁:

α₁ = 1,15 ∙

= 23035 Вт/м²К

Тогда коэффициент теплопередачи:

Перепад температур составит

∆t₁ =34,36 ∙ 69,5/23035 = 0,104 ˚С

Разница между принятыми  и расчетными значениями ∆t₁  δ = 5%  > 10%.

поэтому пересчет α₁ заканчиваем.

Вносим поправку в  коэффициент теплоотдачи α₂:

∆t_f = К ∙ ∆t_ср/ α_f

∆t_f = 34,36 ∙ 69,5/ 34,88 = 68,5˚С

∆t_fст = ∆t_fср +  ∆t_f  = 47,5 + 68,5 = 116˚С

При температуре ∆t_fст = 116,82˚С критерий Nu будет равен :

lg μ_ст2 = x_f lg μ_A + (1 - x_f)lg μ_B

μ_A = 0,19 мПа∙с

μ_B = 0,24 мПа∙с

Отсюда μ_ст2  = 0,23 мПа∙с

(μ /μ_cт)^0,14  = 0,78 ∙ 10^-3/0,23 ∙ 10^-3 = 41,5

α₂ = 34,88 ∙ 1,19 = 41,5 Вт/м²К

Уточняем коэффициент теплопередачи:

К =

Вт/м²К

 

 

 

5 Определяем  требуемую поверхность теплообмена

 

F = 73,63 ∙ 10³/40,8 ∙69,5 = 0,013876 = 25,5 м²

Так как полученное значение F отличается от принятого, значит надо принять другой. Принимаем два двухходовых теплообменника с поверхностью теплообмена F = 13,0 м², длинной труб l = 3,0 м, числом труб 56 шт., диаметр кожуха (наружный) 325 мм., размер труб 25 * 2 мм., проходное сечение 1,0 ∙ 10^-2 м².

 Расчет  и подбор насоса.

1 Расчет трубопровода.

1.1 Выбираем материал.

По справочнику выбираем сталь Х18Н10Т

1.2 Выбираем условное  давление  р_у по справочнику:

р_у = 0,25 МПа

1.3 Принимаем скорость  движения жидкости  в трубопроводе  ω = 1,6 м/с.

1.4 Расчет диаметра  трубопровода:

V_c = f ∙ ω = π ∙ ω ∙d²_вн/4 = 0,785 ∙ ω ∙d²_вн

где V_c – объемный расход, м³/с; f = площадь сечения трубопровода, м²; d_вн – внутренний диаметр трубопровода, мм.

d_вн =

перевод из массового расхода в объемный  расход

V_c = G/3600 ∙ ρ_ж

V_c =1700/3600 ∙ 800 = 0,00059 м³/с.

тогда

d_вн =

= 22мм

По справочнику подбираем  стандартный условный проход D_у = 25мм.

Определяем толщину  стенки и внутренний диаметр:

D_у = 25мм

D_н ∙ S = 32 ∙ 3,5

d_вн = D_н - 2S

d_вн = 32 - 2∙3,5 = 25мм

Уточняем скорость движения жидкости  в трубопроводе

ω = V_c/0,785 ∙ d²_вн

ω = 0,00059/0,785∙0,025² = 1,2 м/с

 

 

2 Выбор насоса.

2.1 Определяем сопротивление  трубопровода:

h_пот = ∆р_тр + ∆р_м.с

∆р_тр = ζ ∙ р_ск = λ_тр ∙ L/D ∙ ω²ρ/2

L = 2Н_к = 2∙33,6 = 67200 мм

Re = ω d_вн ρ/μ

∆р_тр – сопротивление трению, Па; ∆р_м.с – давление местных сопротивлений, Па, λ_тр – коэффициент теплоотдачи, λ_тр = f(Re,e).

 

μ – динамический коэффициент вязкости определяется по правилу аддитивности

 lg μ_f = x_f lg μ_A + (1 - x_f)lg μ_B

μ_A = 0,6 мПа∙с

μ_B = 1,2 мПа∙с

μ = 1,04 ∙ 10^-3 Па∙с

 е – шероховатость  стенки, е = 0,2.

d_вн /е = 25/0,2 = 125

λ_тр = 0,0355

∆р_тр = 0,0355 ∙ 67200/0,025 ∙ 1,2²∙800/2 = 54964,2 Па

∆р_м.с = ζ_м.с ∙ р_ск

р_ск = ω² ∙ ρ/2

р_ск = 1,2² ∙ 800/2 = 576 Па

Σζ_м.с = Σζ_пов + Σζ_вент + Σζ_вх + Σζ_вых

Σζ_м.с = 4∙1∙0,15 + 4∙8 + 0,5∙1 + 1∙1 = 34,1

∆р_м.с =34,1 ∙ 576 = 19642 Па

2.2 Определяем напор жидкости в трубопроводе

Р= (р₁ – р₂) + h_г∙ρ∙g  +  р_ск + ∆р_тр + ∆р_м.с

Р = (0,1 – 0,1) ∙10⁶ + 38,8∙800∙9,81 + 561 + 54964,2 + 19642 =379669.6 Па

Н = р/ ρ∙g

Н = 379669.6 /800∙9,81 = 48.4 м

V_c=0,00059 м³/с

 

По каталогу подбираем  центробежный насос 1.25x-2-1

Его характеристики:

n = 2900 об/мин

N = 1.8 кВт

Напор = 42м

Подача = 3,2 м³/ч

D = 165мм (диаметр рабочего колеса)

∆h = 2 м (допустимый запас кавитации)

 

2.3 Определяем высоту  всасывания:

 

Н_вс ≤ 4,9м