Необходимо рассчитать и подобрать нормализованный вариант конструкции кожухотрубчатого испарителя с получением G2 = 0,83 кг/с паров водного раствора Na2SO4w, кипящего при небольшом избыточном давлении и температуре t2 = 125,26 °С. Na2SO4 имеет следующие физико-химические характеристики:

ρ2 = 1071 кг/м3;

ρп = 1,243 кг/м3;

μ2 = 0,26 ∙ 10-3 Па ∙ с;

λ2 = 0,342 Вт/(м ∙ К);

σ2 = 0,0766 Н/м;

с2 = 3855 Дж/(кг ∙ К);

r2 = 2198 ∙ 103 Дж/кг

В качестве теплоносителя будет использован насыщенный водяной пар давлением 0,4 МПа. Удельная теплота конденсации r1 = 2135 ∙ 103 Дж/кг, t1 = 143,5 °С. Физико-химические характеристики конденсата при температуре конденсации: ρ1 = 923 кг/м3; μ1 = 0,192 ∙ 10-3 Па ∙ с; λ1 = 0,685 Вт/(м ∙ К).

Для определения коэффициента теплоотдачи от пара, конденсирующегося на наружной поверхности труб высотой Н, используем формулу:

(37)

где для вертикальных поверхностей а = 1,21 м, l = Н м.

Коэффициент теплоотдачи к кипящей в трубах жидкости определим по формуле:

Для определения поверхности теплопередачи и выбора конкретного варианта конструкции теплообменного аппарата необходимо определить коэффициент теплопередачи. Его можно рассчитать с помощью уравнения аддитивности термических сопротивлений на пути теплового потока:

Подставляя сюда выражения для α1 и α2 можно получить одно уравнение относительно неизвестного удельного теплового потока:

(38)

Решив это уравнение относительно q каким-либо численным или графическим методом, можно определить требуемую поверхность .

1) Определение тепловой нагрузки аппарата:

Q = G ∙ r (39)

Уравнение справедливо при конденсации насыщенных паров без охлаждения конденсата и при кипении.

Q = 0,83 2198 103 = 1824340 Вт

2) Определение расхода греющего пара из уравнения теплового баланса:

кг/с

3) Средняя разность температур:

Δtср = 143,5 – 125,26 = 18,24 °С

4) В соответствии с Приложением 2 примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи Кор = 800 Вт/(м2 ∙ К). Тогда ориентировочное значение требуемой поверхности составит:

м2

В соответствии с Приложением 3, поверхность, близкую к ориентировочной могут иметь теплообменники с высотой труб Н = 4,0 м и диаметром кожуха D = 800 мм (F = 127 м2) или с высотой труб Н = 6,0 м и диаметром кожуха D = 600 мм (F = 126 м2).

5) Уточнённый расчёт поверхности теплопередачи.

Примем в качестве первого варианта теплообменник с высотой труб Н = 4,0 м, диаметром кожуха D = 1000 мм и поверхностью теплопередачи F = 127 м2. Выполним его уточнённый расчёт, решив уравнение (34).

В качестве первого приближения примем ориентировочное значение удельной тепловой нагрузки:

Вт/м2

Для определения f(q1) необходимо рассчитать коэффициенты А и В: