Расчет трехкорпусной выпарной установки. Непрерывного действия для упаривания раствора нитрата аммония

      - перепад температур на стенке, К;

      - разность между температурой  стенки со стороны раствора  и температурой кипения раствора, К.

     Отсюда:

     

     Тогда:

     

     Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных трубках при условии естественной циркуляции раствора равен:

      .

     Физические  свойства кипящих растворов NH₄NO₃ приведены ниже.

 

Таблица 4. Физические свойства кипящих растворов NH₄NO₃.

 

      Расчет  ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем град.

      Подставив численные значения, получим:

        Вт/м²К,

       К,

       К

       

     Вт/м²К.

     Проверим  правильность первого приближения  по равенству удельных тепловых нагрузок:

       Вт/м²,

       Вт/м².

     Как видим  . Если расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3%, расчет коэффициентов и на этом заканчиваем. Находим К₁:

      Вт/(м²*К). 

     Далее рассчитаем коэффициент теплопередачи  для второго корпуса К₂. для этого найдем:

       Вт/м²К,

       К,

       К

       

     Вт/м²К.

     Проверим  правильность приближения по равенству  удельных тепловых нагрузок:

       Вт/м²,

       Вт/м².

     Как видим  . Расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3%, расчет коэффициентов и на этом заканчиваем. Находим К₂:

      Вт/(м²*К). 
 

     Далее рассчитаем коэффициент теплопередачи  для второго корпуса К₃. для этого найдем:

       Вт/м²К,

       К,

       К

       

     Вт/м²К.

     Проверим  правильность приближения по равенству  удельных тепловых нагрузок:

       Вт/м²,

       Вт/м².

     Как видим  . Расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3%, расчет коэффициентов и на этом заканчиваем. Находим К₃:

      Вт/(м²*К).

     На  основании таких предварительных  расчетов примем: 

     Для 1 корпуса К₁=1300 Вт/(м²*К)

     Для 2 корпуса К₂=750 Вт/(м²*К)

     Для 3 корпуса К₃=450 Вт/(м²*К). 
 
 
 

9. Составление тепловых балансов по корпусам.

      Для упрощения приближенного расчета  составляем тепловые балансы без  учета тепловых потерь и принимаем, что из каждого корпуса в последующий раствор поступает при средней температуре кипения.

      По  условию раствор подается на выпарку  подогретым до температуры кипения в первом корпусе.

      Тогда расход теплоты в первом корпусе:

        Вт.

        Вт.

      Раствор приходит во 2 корпус перегретым, следовательно, отрицательно (теплота самоиспарения) и расход теплоты во втором корпусе:

        Вт.

        Вт.

      Количество  теплоты которое даст вторичный пар 1 корпуса при конденсации, составляет Вт. Расхождение прихода и расхода теплоты в тепловом балансе 2 корпуса меньше 1 %.

      Расход  теплоты в 3 корпусе:

        Вт.

        Вт.

      Вторичный пар 2 корпуса дает при конденсации (приход теплоты в 3 корпусе):

        Вт. 

10. Расход греющего пара в 1 корпусе.

        кг/с,

       кг/с.

      Удельный  расход пара:

        кг/кг,

        кг/кг.

11. Распределение полезной разности температур по корпусам.

      Распределение полезной разности температур по корпусам сделаем в двух вариантах: из условия равной площади поверхности и из условия минимальной общей площади поверхности корпусов, т.е. пропорционально и пропорционально . 

      Найдем  факторы пропорциональности: 
 

     Отношение                

      1 корпус    1235    1111

      2 корпус    2219    1489

      3 корпус    4155    2038

                                                                                    ____________________________________________________________________________________________

                                          

      Полезные  разности температур по корпусам: 

         Вариант равной площади    Вариант минимальной общей

            поверхности корпусов               площади поверхности корпусов 

          

          

          

     ________________________________    _________________________________

          К              

12. Определение площади поверхности нагрева. 

         Вариант равной площади    Вариант минимальной общей

            поверхности корпусов               площади поверхности корпусов 

          

          

          

     ________________________________    _________________________________

                     

 Следовательно  при равных площадях поверхностей  корпусов общая площадь поверхности нагрева больше лишь на 5%.

Принимаем поэтому  вариант равной площади поверхности корпусов,

обеспечивающий  однотипность оборудования.

      Проверим  температуру вторичного пара и давление по корпусам: 
 
 
 
 

Таблица 5. Температура  вторичного пара и давление по корпусам.

      Так как расхождение уточненных величин температур кипения растворов и давлений в корпусах установки с первоначально взятыми не превышают 5% уточненный расчет не требуется. Соответствие с полученными значениями поверхности нагрева выбираем аппарат – с естественной циркуляцией и сосной греющей камерой.

13. Механический расчет установки.

 

     Расчет  толщины обечаек.

     Исполнительную  толщину тонкостенной гладкой цилиндрической обечайки, нагруженной внутренним избыточным давлением, рассчитываем по формуле:

       мм.

     где Р – давление, МПа,

     D – диаметр аппарата, мм,

     σ – допускаемое напряжение для сталей, МПа,

     j - коэффициент прочности сварных швов,

    С – прибавка к расчётным толщинам, мм:

      мм.

    где П – скорость коррозии или эрозии,

    Т_а – срок службы аппарата.

    Принимаем Т_а = 10лет, П = 0,1мм/год.

     С = 0,1*10 = 1мм.

    Принимаем сталь 03Х21Н21М4ГБ, для которой σ=173 Мпа; j = 0,8, тогда:

       мм.

    Допускаемое давление из условия прочности:

      МПа