Расчет подогревателя

 

A = 780×0,623^1,3×1313^0,5×0,597^0,06/[0,0738^0,5×2260000^0,6×0,579^0,66×2430^0,3*

*(0,166×10^-3)^0,3] = 6,994

      a₂ = A(a₁Dt₁)^0,6 = 6,994(4570×27)^0,6 = 15120 Вт/м²×К.

      Проверяем равенство удельных тепловых потоков:

      q₁ = a₁Dt₁ =4570×27 = 124300 Вт/м²,

      q₂ = a₂Dt₂ =15120×8,19 = 123800 Вт/м².

      Условие q₁ » q₂ выполняется.

4. Коэффициент теплопередачи для первого корпуса

       К = 1/(1/4570+ 2,87×10^-4 + 1/15120) = 1680 Вт/м²×К.

5. Распределение полезной разности температур

Принимаем, что  разность температур распределяется по условию равенства поверхности теплообмена корпусов, тогда

Dt_п = Dt_п(Q₁/K₁)/(Q₁/K₁)

Dt_п1 = 71,06[(1004/1680)/(1004/1680)]= 71,06 °С

6. Требуемая поверхность теплообмена

      F₁= Q₁/K₁Dt_п1 = 1004/1680×71,06 = 8,4 м².

      Выбираем  по ГОСТ 11987–81 аппарат с ближайшей  большей поверхностью теплообмена F = 10 м² [3c.183]:

      диаметр греющей камеры, не менее –400 мм;

      диаметр сепаратора, не более – 600 мм;

      диаметр циркуляционной трубы, не более 250 мм;

      высота  аппарата, не более 10500 мм;

      масса аппарата, не более  1000 кг.

7. Расчет  физических размеров аппарата

Число нагревательных трубок диаметром 38´2, высотой 3 м:

n = F/pd_cpL

где d_cp = 0,036 м – средний диаметр трубки.

n = 10/p0,036×3,0 = 30 шт.

Площадь суммарного сечения всех кипятильных  трубок:

f_тр = 0,785nd_вн² = 0,785×30×0,036² = 0,03 м².

Площадь сечения циркуляционной трубы:

f_ц = 0,3f_тр = 0,3×0,03 = 0,01 м².

Диаметр циркуляционной трубы:

d_ц = (f_ц/0,785)^0,5 = (0,01/0,785)^0,5 = 0,11 м.

Принимаем d_ц = 150 мм. 

Диаметр греющей камеры:

,

где b = 1,25 – коэффициент шага трубок;

a = 60° – при размещении труб по вершинам правильных треугольников;

y = 0,8 – коэффициент использования трубной решетки;

d_н = 0,038 м – наружный диаметр трубок;

А – площадь занимаемая циркуляционной трубой.

A = (d_ц+2bd_н)² = (0,15+2×1,25×0,038)² = 0,06 м²

D = (0,4×1,25²sin60°×10×0,038/0,8×3 + 0,06)^0,5 = 0,382 м.

Принимаем диаметр корпуса греющей камеры 400 мм. 

Толщина обечайки:

d = DP/2sj +C_к

где D = 0,4 м – диаметр греющей камеры аппарата;

       P = 0,9 МПа – давление греющего пара;

       s = 138 МН/м² – допускаемое напряжение для стали [2 c.76];

       j = 0,8 – коэффициент ослабления из-за сварного шва [2 c.77];

       C_к = 0,001 м – поправка на коррозию.

d = 0,4×0,9/2×138×0,8 + 0,001 = 0,0043 м.

        Cогласно рекомендациям [3 c.24] принимаем толщину обечайки d = 8 мм. 

Диаметр штуцеров рассчитывается по формуле:

d =

,

где G – массовый расход теплоносителя,

       r - плотность теплоносителя,

       w – скорость движения теплоносителя в штуцере.

Принимаем скорость жидкости в штуцере w = 1 м/с, а для пара w = 20 м/с, тогда

диаметр штуцера для входа греющего пара

d₁ = (0,475/0,785×20×2,614)^0,5 = 0,108 м,

принимаем d₁ = 150 мм.

диаметр штуцера  для выхода конденсата:

d₁ = (0,475/0,785×1×937)^0,5 = 0,024 м,

принимаем d₁ = 25 мм.

диаметр штуцера  для входа раствора:

d₁ = (0,552/0,785×1×1313)^0,5 = 0,03 м,

принимаем d₁ = 32 мм. 

диаметр штуцера  для выхода раствора:

d₁ = (0,434/0,785×1×1313)^0,5 = 0,022 м,

принимаем d₁ =  25 мм.

Все штуцера  снабжаются плоскими приварными фланцами по ГОСТ 12820-80, конструкция и размеры которых приводятся ниже: 

Плоский приварной фланец

Рис.5.1

Основные  размеры плоских приварных фланцев

Таблица 5.1

 
       

         

 

       

4.8 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 

     Рассчитаем  сопротивление потока во внутренней трубе.

     Расчет  производим по формуле:

     

       где  - гидравлическое сопротивление внутренней трубы, па;

             -коэффициент трения трубы;

             - общая длина трубы;

             - скорость потока в штуцере, м/с;

     Определим коэффициент трения по формуле:

       [4]

     где - относительная шероховотость труб;

           мм –высота выступов шероховатостей ; [4]

      ;

      Па; 

5. Конструктивный расчет двухтрубного подогревателя 

5.1 Определение тепловой нагрузки аппарата и ориентировочной поверхности теплопередачи. 

Тепловая нагрузка аппарата составит: 

;  

Где - удельная теплоемкость р-ра CaCl₂ при средней температуре t_ср= 123 ⁰С, (Дж/(кг*К) 

Q = 1,4 * 3687 * (123 – 25) = 504600 Вт; 

Расход пара определим из уравнения теплового баланса: 

Q = G * r ;  

где r-удельная теплота  парообразования при температуре  конденсации, (Дж/кг)  

G = = = 0,239 кг/с, 

Средняя разность температур: 

; 

= = 66,12 ⁰С  
 

Рассчитаем ориентировочную  поверхность теплопередачи приняв коэффициент теплопередачи К_ор=800 Вт/м²К    [4. табл. 4.8]                                                                                      

; 
 

м² = 9,54 м²

 

5.2 Определение скорости течения раствора (СаCl₂) и числа Re.

; где V- Объемный расход жидкости, (м³/с),

V₂ = ; 
 

м/с 

Re = ;

Re

; 

5.3 Определение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи к жидкости.

;

(Вт/м²*К)

Для определения  коэффициента теплоотдачи от пара используем формулу: 

;

(Вт/м²*К)

Термическим сопротивлением загрязнений со стороны пара можно  пренебречь. Толщина стенки 5мм, материал – нержавеющая сталь λ_ст = 17,5 (Вт/м*К). Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений со стороны жидкости составит:

Σ =  

Коэффициент теплопередачи  равен: