Методические указания к решению задачи 3
Перед решением задачи необходимо, изучить разделы учебника по основам теплообмена в химической и пищевой аппаратуре, конструкциям теплообменных аппаратов и их расчётам [1-11].
Для расчёта поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теплопередачи:
,
где |
Qполн – полный расход тепла на нагревание воды, Вт К – коэффициент теплопередачи, Вт/м2·°К; F – поверхность нагрева аппарата, м2; Δtcр – средняя разность температур горячего и холодного теплоносителя, К |
Тогда поверхность нагрева:
Полный расход тепла на нагревание воды, входящий в уравнение теплопередачи, определяется:
,
где |
Qпол – полный расход тепла на нагревание воды, Вт; Q – тепло, полученное водой от пара, Вт; Qп – потери тепла в окружающую среду поверхностью нагрева |
Тепло, получаемое водой от пара, равно:
где |
G – количество нагреваемой воды, кг/с; Ср – удельная теплоёмкость воды в зависимости от средней температуры в нагревателе tср (см.приложение 2); tср= tп-Δtср |
Средняя разность температур Δtср, входящая в уравнение теплопередачи, определяется следующим образом:
-
При
<2:
При
:
где |
Δtб, Δtм большая и меньшая разность температур в начале и конце нагревания Δtб = tп – tн Δtм = tп – tк |
где |
tп – температура насыщенного водяного пара определяется по его давлению Ргп (см.приложение3) |
Количество трубок в нагревателе определяется:
где |
fтр – поверхность одной трубки, равная: |
Расход греющего пара определяется по формуле:
где |
Qпара = Qполн; i' – энтальпия пара, кДж/кг; i'' – энтальпия конденсата жидкости, кДж/кг; r – удельная теплота конденсации, кДж/кг |
Энтальпия пара и конденсата, а также удельная теплота конденсации выбирается по таблице (приложение 3) в зависимости от абсолютного давления водяного пара.
ВЫПАРИВАНИЕ
ЗАДАЧА 4
Рассчитать однокорпусной выпарной аппарат по следующим данным:
количество свежего раствора, поступающего на выпаривание |
GH, кг/ с |
начальная концентрация сухих веществ свежего раствора |
хн, % |
конечная концентрация сухих веществ упаренного раствора |
хк, % |
температура свежего раствора |
tн, °С |
давление в аппарате |
Рвт, Па |
теплоемкость свежего раствора |
Ср, кДж/кг·°К |
давление греющего пара |
Ргп, Па |
коэффициент теплопередачи |
К, Вт/м2·°К |
температурные потери |
Δ, °С |
Требуется определить: |
|
количество выпариваемой воды |
W, кг/с |
расход греющего пара |
D, кг/с |
полезную разность температур |
|
поверхность нагрева аппарата |
F, м |
,°С
|
Рисунок 3. Выпарной аппарат 1- нагревательная камера 2- сепаратор 3- кипятильные трубы 4- циркуляционная труба
|
Методические указания к решению задачи 4
Перед решением задачи необходимо изучить теорию выпаривания, работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [1-11].
Производительность аппарата по выпаренной влаге (кг/с) из раствора определится из уравнения материального баланса процесса выпаривания:
Таблица исходных данных
Величины |
Размерность |
Последняя цифра зачётной книжки |
|||||||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
||
Gн |
кг/с |
2,7 |
2,2 |
2,6 |
1,6 |
2,0 |
2,36 |
1,38 |
1,8 |
1,94 |
2,5 |
хн |
% |
7,0 |
6,0 |
7,0 |
5,0 |
5,0 |
7,0 |
5,0 |
6,0 |
6,0 |
7,0 |
хк |
% |
30 |
32 |
32 |
30 |
28 |
30 |
28 |
32 |
30 |
30 |
tн |
°С |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
15 |
16 |
14 |
16 |
18 |
Pвт·10-5 |
Па |
0,3 |
0,4 |
0,6 |
0,45 |
0,3 |
0,5 |
0,4 |
0,25 |
0,6 |
0,5 |
Cр |
кДж/кг·°К |
4,06 |
4,1 |
4,06 |
4,15 |
4,15 |
4,06 |
4,15 |
4,1 |
4,1 |
4,06 |
Pгп·10-5 |
Па |
2,0 |
2,0 |
3,5 |
4,3 |
5,0 |
3,4 |
4,2 |
3,9 |
4,5 |
3,4 |
K |
Вт/м2·°К |
1120 |
1270 |
1200 |
970 |
1150 |
1200 |
1050 |
1080 |
1000 |
1100 |
Δ |
0С |
3 |
4 |
5 |
6 |
3,5 |
4,5 |
5 |
4,5 |
3,8 |
5,5 |
Расход пара (кг/с) в выпарном аппарате определяется из уравнения теплового баланса:
где |
1,02÷1,05 – коэффициент, учитывающий потери тепла; Ср – теплоёмкость свежего раствора; t кип – температура кипения раствора определяется по давлению Рвт (приложение 3); i' – энтальпия греющего пара, кДж/кг; i'' – энтальпия конденсата жидкости, кДж/кг; iw – энтальпия вторичного пара, кДж/кг |
Величины i' ,i'', iw берутся из приложения 3; i', i'' при соответствующем давлении Ргп, а iw по соответствующему давлению Рвт.
Полезная разность температур определяется из уравнения:
где |
tп – температура греющего пара (берётся из приложения 3 насыщенного пара при соответствующем давлении Ргп) |
Поверхность нагрева (м) аппарата определиться из основного сравнения теплопередачи:
где
