РТМ 26-01-104-77

Группа Г47

РУКОВОДЯЩИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

АППАРАТЫ ВЫПАРНЫЕ С ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ И КИПЕНИЕМ РАСТВОРА В ТРУБАХ

Метод теплового и гидравлического расчета

Срок действия с 01.07.1978
до 01.01.1988
____________________________
* Измененная редакция, Изм. N 1.
** См. ярлык "Примечания".

Приказом по Всесоюзному промышленному объединению от 25.11.1977 г. N 184 срок внедрения установлен с 01.07.1978 г. до 01.07.1983 г.

УТВЕРЖДЕНО

Начальник Всесоюзного промышленного объединения П.Д.Григорьев 25.11.1977 г.

Проверен в 1983 году.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

ВНЕСЕНЫ: Изменение N 1, утвержденное и введенное в действие с 01.07.83 Начальником Союзхиммаша - 1983 год, Изменение N 2, утвержденное и введенное в действие с 01.07.88 Директором УкрНИИхиммаша - 27.07.87

Изменения N 1, 2 внесены изготовителем базы данных

Настоящий руководящий технический материал распространяется на метод теплового и гидравлического расчета выпарных аппаратов с естественной циркуляцией и кипением раствора в трубах, тип I, исполнение 1, тип II, исполнение 1 и 2 ГОСТ 11987-81*, предназначенных для выпаривания водных растворов, которые не образуют значительных накипеобразований на теплообменных поверхностях, с динамической вязкостью растворов при температуре кипения до 408·10кгС/см, работающих под давлением вторичных паров 0,123 кг/см/абс/, с обогревом аппаратов насыщенным водяным паром.

______________

* Документ не приводится, здесь и далее по тексту. За дополнительной информацией обратитесь по ссылке. - Примечание изготовителя базы данных.

РТМ позволяет определить поверхность теплообмена в пределах от 10 до 800 м.

По предлагаемому алгоритму на алгоритмическом языке ФОРТРАН для ЭВМ EC-1022 составлена программа расчета, которая может быть передана заинтересованным организациям в установленном порядке.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1. Условные обозначения

- коэффициент в формуле для определения коэффициента теплоотдачи при конденсации пара;

- тепловой эквивалент работы, ;

- расчетный параметр в формуле для определения размеров конвективной зоны, м;

- коэффициент теплоотдачи со стороны раствора в зоне конвективного теплообмена, ;

- коэффициент теплоотдачи при конденсации насыщенного водяного пара, ;

- коэффициент теплоотдачи со стороны раствора в зоне кипения, ;

- усредненное по длине трубы значение коэффициента теплоотдачи со стороны раствора, ;

- расчетный коэффициент в формуле для определения размеров конвективной зоны, ;

- расчетный параметр в формуле для определения размеров конвективной зоны, м;

- концентрация раствора, % а.с.в.;

- коэффициент, зависящий от типа аппарата;

- теплоемкость раствора при постоянном давлении, ;

- температурная депрессия раствора, °С;

- расход греющего пара, кг/ч;

- диаметр трубопровода парорастворной смеси, м;

- внутренний диаметр труб, м;

- диаметр кожуха греющей камеры, м;

- размер, пропорциональный отрывному диаметру пузыря, м;

- площадь сечения трубного пучка, м;

- площадь сечения трубопровода парорастворной смеси, м;

- площадь сечения обратной циркуляционной трубы, м;

- поверхность теплообмена, определенная предварительным расчетом, м;

- поверхность теплообмена, принятая в соответствии с ГОСТ 11987-81, м;

- коэффициент в формуле для определения числа Нуссельта;

- множитель, учитывающий потери давления в двухфазном потоке при массовом паросодержании ;

- множитель, учитывающий потери давления в двухфазном потоке, при массовом паросодержании ;

- множитель, учитывающий потери давления в двухфазном потоке, при массовом паросодержании ;

- массовый расход парорастворной смеси, кг/ч;

- количество раствора, поступающего в трубы, кг/ч;

- количество жидкой фазы на выходе из труб, кг/ч;

- количество выпаренной воды, кг/ч;

- ускорение свободного падения, м/с;

- высота трубопровода парорастворной смеси относительно верхней трубной решетки, м;

- расчетный коэффициент в формуле для определения размеров конвективной зоны, ;

- параметр структуры двухфазного потока;

- расчетный коэффициент в формуле для определения размеров конвективной зоны, кг/м;

- коэффициент теплопередачи, ;

- коэффициент теплопередачи без учета загрязнений, ;

- коэффициент теплопередачи, определенный из принятой поверхности ;

- коэффициент теплопередачи при длине зоны кипения, равной длине трубы, ;

- длина трубопровода парорастворной смеси, м;

        - длина трубы, м;

- длина конвективной зоны, м;

- длина зоны кипения, м;

- теплопроводность раствора, ;

- теплопроводность материала стенки теплообменной трубы, ;

- коэффициент трения;

- динамический коэффициент вязкости воды при температуре кипения раствора, ;

- динамический коэффициент вязкости раствора, ;

- динамический коэффициент вязкости пара, ;

- число Нуссельта;

- кратность циркуляции;

- давление вторичного пара, кг/см;

- давление греющего пара, кг/см;

- потери давления в -том элементе циркуляционного контура, кг/м;

- потери давления на ускорение парорастворной смеси, кг/м;

        - статические потери давления в зоне кипения, кг/м;

- потери давления на преодоление трения и местных сопротивлений в зоне кипения, кг/м;

- число Прандтля;

- расчетный коэффициент для определения длины конвективной зоны, м;

- расчетный коэффициент в формуле определения размеров конвективной зоны, кг/м;

- потеря давления в трубопроводе парорастворной смеси, кг/м;

- статические потери давления в трубопроводе парорастворной смеси, кг/м;

- потери давления на преодоление трения и местных сопротивлений в трубопроводе парорастворной смеси, кг/м;

- тепловой поток, ;

- расчетный коэффициент для определения длины зоны конвективного теплообмена, ;

- плотность теплового потока, ;

- критическая плотность теплового потока, ;

- расчетный коэффициент в формуле для определения размеров конвективной зоны, ;

- объемная доля жидкости в двухфазном потоке при массовом паросодержании ;

- объемная доля жидкости в двухфазном потоке при массовом паросодержании 1/3;

- объемная доля жидкости в двухфазном потоке при массовом паросодержании 2/3;

- число Рейнольдса потока в зоне течения парорастворной смеси, определенное по приведенной скорости жидкой фазы;

- число Рейнольдса потока жидкости в конвективной зоне;

- число Рейнольдса потока в зоне кипения, определенное по приведенной скорости жидкой фазы;

        - теплота конденсации вторичного пара, ;

- теплота конденсации греющего пара, ;

- термическое сопротивление стенки, ;

- термическое сопротивление загрязнения со стороны греющего пара, ;

- термическое сопротивление со стороны кипящего раствора, ;

- термическое сопротивление загрязнения со стороны кипящего раствора, ;

- термическое сопротивление допускаемых загрязнений, ;

- величина термического сопротивления загрязнений, которую обеспечит принятая поверхность (фактическая), ;

- термическое сопротивление со стороны греющего пара, ;

- плотность двухфазного потока на выходе из труб, кг/м;

- плотность воды при температуре кипения раствора, кг/м;

- плотность раствора, кг/м;

- плотность вторичного пара, кг/м;

- плотность греющего пара, кг/м;

- усредненная по высоте зоны кипения плотность двухфазного потока, определенная при массовом паросодержании ;

- массовая скорость двухфазного потока, кг/м;

- расчетный коэффициент в формуле для определения длины конвективной зоны;

- толщина стенки трубы, м;

- температура кипения раствора, °С;

- температура вторичного пара, °С;

- температура греющего пара, °C;

- температура стенки трубы, °С;

- усредненная температура стенки трубы в конвективной зоне, град;

- температура пленки конденсата, °C;

- температура стенки трубы со стороны конденсирующегося пара, °С;

- температурный напор конденсации, °C;

- полезный температурный напор, °С;

- минимально допустимый полезный температурный напор, °С;

- минимально допустимый полезный температурный напор при работе аппарата на воде, °С;

- скорость раствора в трубах, м/ч;

- скорость потока на выходе из труб, м/ч;

- средняя логарифмическая скорость потока в трубах, м/ч;

- массовое паросодержание двухфазного потока на выходе из труб (доля отгона);

- массовое паросодержание двухфазного потока, равное ;

- массовое паросодержание двухфазного потока, равное ;

- параметр двухфазного потока, соответствующий массовому паросодержанию ;

- параметр двухфазного потока, соответствующий массовому паросодержанию 1/3;

- параметр двухфазного потока, соответствующий массовому паросодержанию 2/3;

- расчетный коэффициент в формуле для определения размеров конвективной зоны;

- число труб в греющей камере, шт.;

- расчетный коэффициент в формуле для определения размеров конвективной зоны, °С;

- расчетный коэффициент в формуле для определения размеров конвективной зоны, м;

- расчетный коэффициент, учитывающий физические константы упариваемого раствора;

- поверхностное натяжение, кг/м;

- коэффициент местного сопротивления -го элемента контура;

- коэффициент местного сопротивления -го элемента в зоне кипения;

- коэффициент местного сопротивления -го элемента в зоне движения двухфазного потока;

- суммарный коэффициент местных сопротивлений трубопровода парорастворной смеси;

      - паросъем c единицы поверхности .

Признаки

=0

-

известно термическое сопротивление загрязнений;

=1

-

известен паросъем;

=1

-

тип аппарата I, исполнение 1;

=2

-

тип аппарата II, исполнение 2;

=3

-

тип аппарата II, исполнение 1.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

1.2. Основные рассчитываемые параметры и характеристики выпарного аппарата:

- площадь поверхности теплообмена, м;

      - диаметр кожуха греющей камеры, м;

      - внутренний диаметр труб, м;

- длина труб, м;

- число труб в греющей камере, шт.;

      - диаметр трубопровода парорастворной смеси, м;

- полезный температурный напор, °C;

- коэффициент теплопередачи, ;

- величина термического сопротивления загрязнений, которую обеспечит принятая поверхность, .

1.3. Исходные данные для расчета

     
Название створа

Концентрация раствора , % а.с.в;

Количество выпаренной воды , ;

Температура греющего пара , °C;

Температура вторичного пара , °С;

Термическое сопротивление загрязнения со стороны греющего пара (выбирается из табл.2, приложение 2) , ;

Термическое сопротивление загрязнения со стороны раствора (выбирается из табл.3, приложение 2) , ;

Температурная депрессия , °С;

Теплота конденсации греющего пара (выбирается из табл.1, приложение 2) , ;

Теплота конденсации вторичного пара (выбирается из табл.1, приложения 2) , ;

Динамический коэффициент вязкости раствора , ;

Динамический коэффициент вязкости вторичного пара (выбирается из табл.1, приложение 2) , ;

Плотность раствора , ;

Плотность вторичного пара , ;

Поверхностное натяжение , ;

Теплоемкость раствора , ;

Теплопроводность раствора , ;

Теплопроводность материала стенки , ;

Паросъем с единицы поверхности , ;

Признак * ( - данные о термических сопротивлениях загрязнений известны; - паросъем известен).

________________

* При отсутствии данных о термических сопротивлениях и расчет выполняется по величине паросъема .

Признак ( - тип аппарата I, исполнение 1; - тип II, исполнение 2; - тип II, исполнение 1) выбираются из табл.1.

1.4. Характеристики циркуляционного контура выпарного аппарата указаны в табл.1; основные геометрические размеры, греющих камер выпарных аппаратов по ГОСТ 11987-81 указаны в табл.2; зависимость коэффициента от числа , указана в табл.3; коэффициент для воды в зависимости от температуры пленки , указан в табл.4; структура двухфазного потока в трубах приведена на черт.1; соотношение Локкарта-Мартинелли приведено на черт.2, диаграмма для определения коэффициента трения в трубах приведена на черт.3.

Таблица 1

     
Характеристики циркуляционного контура выпарного аппарата

Обозначение аппарата
ГОСТ 11987-81

Признак


в формуле
п.1.5.15

, м

, м

, м

, м

Тип I
исполнение 1

0,064

0,35

Тип II
исполнение 2

0,068

0,72

Тип II
исполнение 1

0,083

1,32

Таблица 2

     
Основные геометрические размеры греющих камер выпарных аппаратов по ГОСТ 11987-81

размеры в м

, м

3,0

4,0

5,0

,* шт.

10

0,325

0,021

50

37

-

0,034

-

24

19

25

0,4

0,021

118

95

-

0,034

-

52

47

50

0,6

0,021

248

198

-

0,034

-

117

94

63

0,6

0,021

277

238

-

0,034

-

-

118

80

0,6

-

-

-

-

0,034

-

277

-

100

0,8

0,021

505

379

-

0,034

-

-

187

125

0,8

0,021

-

468

-

0,034

-

-

215

160

1,0

0,021

809

-

-

0,034

-

358

299

200

1,0

0,021

-

758

-

0,034

-

-

358

200

1,2

0,021

1011

-

-

0,034

-

468

374

250

1,2

0,021

1183

-

-

-

-

-

-

315

1,2

0,021

-

1183

-

-

-

-

-

315

1,4

0,021

1592

1194

-

0,034

-

718

589

400

1,4

0,021

-

1516

-

0,034

-

-

718

400

1,6

0,021

2008

-

-

0,034

-

936

-

500

1,6

0,021

-

1895

-

0,034

-

-

936

630

1,8

-

-

-

-

0,034

-

-

1179

630

2,0

-

-

-

-

0,034

-

1474

-

800

2,0

-

-

-

-

0,034

-

-

1492

________________

* Число труб в греющих камерах приведено ориентировочно.

Таблица 3

     
Зависимость коэффициента от числа

2200

0,22

2300

0,35

2500

0,45

3000

0,59

3500

0,7

4000

0,76

5000

0,86

6000

0,91

7000

0,96

8000

0,98

9000

0,99

Таблица 4

     
Коэффициент для воды в зависимости от температуры пленки

, °С

0

1270

20

1470

40

1700

60

1900

80

2070

100

2190

120

2300

140

2370

160

2410

180

2430

200

2430

     
Структура двухфазного потока в трубах

Черт.1

     
Соотношение Локкарта-Мартинелли для потери давления на трение

Черт.2

     
Диаграмма для определения коэффициента трения в прямых трубах

- гладкие и шероховатые трубы; - гладкие трубы (медь, латунь, свинец, стекло); - шероховатые трубы (сталь, чугун).

, где - средняя высота выступов шероховатости,

- внутренний диаметр трубы

Черт.3

(Измененная редакция, Изм. N 1).

1.5. Алгоритм

1.5.1. Ввод исходных данных (п.1.3)

Определяется:

1.5.2. Температура кипения раствора

, °С;

1.5.3. Полезный температурный напор

, °С;

1.5.4. Если известны данные о термических сопротивлениях загрязнений, расчет проводится по признаку =0;

1.5.5. Термическое сопротивление со стороны греющего пара

, ;

1.5.6. Термическое сопротивление со стороны кипящего раствора

, ;

1.5.7. Коэффициент теплопередачи

, ;

1.5.8. Поверхность теплообмена

, м; Конец =0;

1.5.9. Если известны данные о паросъеме, расчет проводится по признаку =1;

1.5.10. Поверхность теплообмена

, м; Конец =1;

1.5.11. Принимается значение величины поверхности теплообмена ГОСТ 11987-81 по табл.2

, , , ; ;

(Измененная редакция, Изм. N 1).

1.5.12. Принимается ;

1.5.13. Размер, пропорциональный отрывному диаметру пузыря

, м;

1.5.14. Число Прандтля

;

1.5.15. Кратность циркуляции

Значение коэффициента выбирают в зависимости от типа выпарного аппарата по табл.1. (Для конструкций выпарных аппаратов, отличных от типовых, значение коэффициента определяют в зависимости от по черт.4 справочного приложения 2).

Пределы применения зависимости 1.5.15

- 60,5150

- 0,10,4

- 17,9357

- (7,35119)·10

- (6,58,2)·10

- 1,4321

- 13,761

- 12150

- 0,0640,0083.

1.5.16. Массовое паросодержание двухфазного потока на выходе из труб

;

1.5.17. Количество раствора, поступающего в трубы

, ;

1.5.18. Площадь сечения трубного пучка

, м;

1.5.19. Массовая скорость двухфазного потока

, ;

1.5.20. Число Рейнольдса потока жидкости в конвективной зоне

;

Метод расчета охватывает значения 2200.

1.5.21. Если <2200, то переходят к следующему варианту. Если >9000, то принимают =1.

1.5.22. Коэффициент выбирают в зависимости от по табл.3

;

1.5.23. Число Нуссельта

;

1.5.24. Коэффициент теплоотдачи со стороны раствора в зоне конвективного теплообмена

, ;

1.5.25. Температура стенки трубы со стороны конденсирующегося пара

 , °С;

1.5.26. Температура пленки конденсата

 , °С;

1.5.27. Коэффициент в зависимости от выбирается по табл.4.

1.5.28. Температурный напор конденсации

 , °С;

1.5.29. Коэффициент теплоотдачи при конденсации насыщенного водяного пара

, ;

1.5.30. Усредненная температура стенки в конвективной зоне

, °С;

Расчетные коэффициенты в формуле для определения размеров конвективной зоны:

1.5.31. , ;

1.5.32. , м;

1.5.33. , ;

1.5.34. , ;

1.5.35. , м;

1.5.36. ;

1.5.37. Параметр двухфазного потока

;

1.5.37а. ;

1.5.38. Структура двухфазного потока определяется в зависимости от и по черт.1:

;

Если >0, имеет место туманообразный поток в трубах, который недопустим. Необходим переход к следующему варианту.

1.5.39. Объемная доля жидкости в двухфазном потоке при массовом паросодержании - .

Определяется по черт.2 в зависимости от .

1.5.40. Множитель, учитывающий потери давления в двухфазном потоке при массовом паросодержании .

Определяется по черт.2 в зависимости от .

;

1.5.41.  Массовое паросодержание двухфазного потока, равное

;

1.5.42. Параметр двухфазного потока

;

1.5.43. Объемная доля жидкости в двухфазном потоке при массовом паросодержании .

Определяется по черт.2 в зависимости от

;

1.5.44.  Множитель, учитывающий потери давления в двухфазном потоке при массовом паросодержании .

Определяется по черт.2 в зависимости от

;

1.5.45. Массовое паросодержание двухфазного потока, равное

;

1.5.46. Параметр двухфазного потока .

;

1.5.47. Объемная доля жидкости в двухфазном потоке при массовом паросодержании .

Определяется по черт.2 в зависимости от .

;

1.5.48. Множитель, учитывающий потери давления в двухфазном потоке при массовом паросодержании .

Определяется по черт.2 в зависимости от .

;

1.5.49. Количество жидкой фазы на выходе из труб

, ;

1.5.50. Если 0,064, то начало.

1.5.51. Диаметр трубопровода парорастворной смеси

, м;

Принимается ближайшее значение по ОСТ 26-426-79*.

______________

* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 28759.2-90, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

1.5.52. Площадь сечения трубопровода парорастворной смеси

, м;

1.5.53. Число Рейнольдса потока в зоне течения парорастворной смеси, определенное по приведенной скорости жидкой фазы

;

1.5.54. Коэффициент трения. Определяется по черт.3 в зависимости от .

;

1.5.55. Число Рейнольдса потока в зоне кипения, определенное по приведенной скорости жидкой фазы

;

1.5.56. Коэффициент трения. Определяется по черт.3 в зависимости от .

;

Расчетные коэффициенты для определения размеров конвективной зоны:

1.5.57.                              ;

1.5.58.                                    ;

1.5.59. Плотность двухфазного потока на выходе из труб

, ;

1.5.60. Высота трубопровода парорастворной смеси относительно верхней трубной решетки. Определяется из табл.1 по признаку (При и - , а при - );

1.5.61. Статические потери давления в трубопроводе парорастворной смеси

;

1.5.62. Сумма местных сопротивлений трубопровода парорастворной смеси

;

Значения выбирается из табл.1 или табл.5 приложения 2;

1.5.63. Потери давления на преодоление трения и местных сопротивлений в трубопроводе парорастворной смеси

, ;

Длина трубопровода парорастворной смеси определяется из табл.1 по признаку (При - , при - , при - );

1.5.64. Потери давления в трубопроводе парорастворной смеси

;

1.5.65. Расчетный коэффициент в формуле для определения размеров конвективной зоны

;

Коэффициент трения выбирается по черт.3 в зависимости от ;

1.5.66. Потери давления на ускорение парорастворной смеси

, ;

1.5.67. Усредненная по высоте зоны кипения плотность двухфазного потока, определенная при массовом паросодержании

;

Расчетные коэффициенты в формуле для определения размеров конвективной зоны

1.5.68. , ;

1.5.69. , ;

1.5.70. , °С;

1.5.71. , м;

1.5.72. , м;

1.5.73. Длина конвективной зоны

, м;

Зависимость п.1.5.73 используется при расчете аппаратов, выпаривающих водные растворы в диапазоне изменения параметров:

- 60,5150  

          
        - 0,10,4

- 0,321,32

- 1,421

- 14

- 11,45

- 0,123 кг/см (абс)

- 1240 °С

1.5.74. Длина зоны кипения

, м;

1.5.75. Скорость потока на выходе из труб

, ;

1.5.76. Скорость раствора в трубах

, ;

1.5.77. Средняя логарифмическая скорость потока в трубах

, ;

1.5.78. Коэффициент теплоотдачи со стороны раствора в зоне кипения.

, ;

1.5.79. Усредненное по длине трубы значение коэффициента теплоотдачи со стороны раствора

, ;

1.5.80. Коэффициент теплопередачи при длине зоны кипения, равной длине трубы

, ;

Толщина стенки принята равной 0,002 м.

1.5.81. Плотность теплового потока

, ;

1.5.82. Критическая плотность теплового потока

, ;

1.5.83. Сравнение плотности теплового потока с критическим значением

если , то перейти к п.1.5.84,

если , то перейти к следующему варианту (увеличить поверхность теплообмена).

1.5.84. Коэффициент теплопередачи без учета загрязнений

, ;

принято 0,002 м.

1.5.85. Коэффициент теплопередачи, определенный из принятой поверхности теплообмена

, ;

1.5.86. Термическое сопротивление допускаемых загрязнений

, ;

1.5.87. Величина термического сопротивления, загрязнений, которую обеспечит принятая поверхность

, ;

1.5.88. Сравнение величины термического сопротивления допускаемых загрязнений с величиной термического сопротивления, которую обеспечит принятая поверхность.

Проверяется условие . Если , расчет окончен.

1.5.89. Выдать результаты расчета.

1.5.90. Если , принятая поверхность не обеспечивает работу аппарата в межпромывочный период. Необходимо увеличение поверхности, т.е. следует перейти к следующему варианту, если все варианты не просмотрены.

1.5.91. Останов.

1.5.92. (для ручного счета).

Расход греющего пара на однокорпусный выпарной аппарат

, .

1.6. Результаты расчета

Площадь поверхности теплообмена , м (п.1.5.11)

Диаметр кожуха греющей камеры , м (п.1.5.11)

Внутренний диаметр труб , м (п.1.5.11)

Число труб в греющей камере , шт. (п.1.5.11)

Диаметр трубопровода парорастворной смеси , м (п.1.5.51)

Полезный температурный напор ,°C (п.1.5.3)

Коэффициент теплопередачи , (п.1.5.85)

Величина термического сопротивления загрязнений, которую обеспечит принятая поверхность , (п.1.5.87).

1.7. Анализ результатов расчета по полезному температурному напору

1.7.1. Минимально допустимый температурный напор при работе выпарного аппарата на воде определяется по черт.1-3 приложения 2.

Для давлений, не указанных на черт.1-3 приложения 2, значение определяется линейной интерполяцией.

1.7.2. Минимально допустимый температурный напор выпарного аппарата, на растворе .

, °С;

Зависимость п.1.7.2. используется при расчете аппаратов, выпаривающих водные растворы в диапазоне изменения параметров:

- 60,5150

- 0,10,4

- 0,321,32

- 1,421

- 14

- 11,45

- 0,123 кг/см (абс)

- 1240 °С.

1.7.3. Проверяется условие

.

Если , имеют место недопустимые пульсации потока. Перезадаются значением , , изменяют исходные данные п.1.3, расчет повторяют.

1.8. Пример расчета выпарного аппарата, составленный по алгоритму для ЭВМ, приведен в справочном приложении 1.

1.9. Физические свойства водяного пара на линии насыщения указаны в приложении 2 табл.1; примерные значения термических сопротивлений для некоторых теплоносителей и продуктов указаны в приложении 2 табл.2, 3; ориентировочные значения паросъемов при выпаривании водных растворов указаны в приложении 2 табл.4; коэффициенты местных сопротивлений элементов циркуляционного контура выпарных аппаратов указаны в приложении 2 табл.5; зависимость минимально допустимого температурного напора от и приведена на черт.1-3 в справочном приложении 2; зависимость коэффициента от приведена на черт.4 в справочном приложении 2. (Используется при расчете выпарных аппаратов ненормализованной конструкции).

Приложение 1
справочное

     
ПРИМЕР РАСЧЕТА

     
(ручной расчет, составленный по алгоритму для ЭВМ)

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

Название раствора - водный раствор ксилита

Концентрация раствора =14,9% а.с.в.

Количество выпаренной воды =2486 кг/ч

Температура кипения раствора =97,2 °C

Температурная депрессия =0,2 °С

Динамический коэффициент вязкости раствора

=31·10

Плотность раствора

=960 кг/м

Поверхностное натяжение

=0,00606 кг/м

Теплоемкость раствора

=1,007 ккал/м·ч·°С

Теплопроводность раствора

=0,67

Температура греющего пара

=116 °С

Теплота конденсации греющего пара

=528,7

Температура вторичного пара

= 97 °С

Теплота конденсации вторичного пара

=540,9 ккал/кг

Динамический коэффициент вязкости вторичного пара

=1,22·10

Плотность вторичного пара

=0,54 кг/м

Термическое сопротивление загрязнения со стороны раствора

=0,0002

Термическое сопротивление загрязнения со стороны греющего пара

=0,0001

Теплопроводность материала стенки

=14

Признак -

=0

Признак -

=3

2. Последовательность расчета

Определяется:

- Температура кипения раствора (п.1.5.2)

, °С;

- Полезный температурный напор (п.1.5.3)

, °С;

- Данные о термических сопротивлениях загрязнений известны, расчет проводится по признаку =0 (п.1.5.4);

- Термическое сопротивление со стороны греющего пара (п.1.5.5)

, ;

- Термическое сопротивление со стороны кипящего раствора (п.1.5.6)

;

- Коэффициент теплопередачи (п.1.5.7)

;

- Поверхность теплообмена (п.1.5.8)

м;

- принимается значение величины поверхности теплообмена по ГОСТ 11987-81, табл.2 (п.1.5.11)

=63 м; =0,034 м; =5 м; =118 шт.; =0,6 м;

- Принимается (п.1.5.12);

- Размер, пропорциональный отрывному диаметру пузыря (п.1.5.13)

м;

- Число Прандтля (п.1.5.14)

;

Кратность циркуляции (п.1.5.15)

- Массовое паросодержание двухфазного потока на выходе из теплообменных труб (п.1.5.16)

;

- Количество раствора, поступающего в трубы (п.1.5.17)

, кг/ч;

- Площадь сечения трубного пучка (п.1.5.18)

, м;

- Массовая скорость двухфазного потока (п.1.5.19)

, ;

- Число Рейнольдса потока жидкости в конвективной зоне (п.1.5.20)

;

- Анализ значения числа (п.1.5.21);

- Коэффициент (п.1.5.22)

Определяется в зависимости от =56738,9 по табл.3; =1;

- Число Нуссельта (п.1.5.23)

;

- Коэффициент теплоотдачи со стороны раствора в зоне конвективного теплообмена (п.1.5.24)

, ;

- Температура стенки трубы со стороны конденсирующегося пара (п.1.5.25)

°С;

- Температура пленки конденсата (п.1.5.26)

°С;

- Коэффициент (п.1.5.27)

Определяется в зависимости от =111,3 °C по табл.4 =2252,15;

- Температурный напор конденсации (п.1.5.28)

°С;

- Коэффициент теплоотдачи при конденсации насыщенного водяного пара (п.1.5.29)

, ;

- Усредненная температура стенки в конвективной зоне (п.1.5.30)

°С;

- Расчетные коэффициенты в формуле для определения размеров конвективной зоны (п.1.5.32-п.1.5.36)

  (п.1.5.31)

м (п.1.5.32)

        (п.1.5.33)

        (п.1.5.34)

м

(п.1.5.36);

- Параметр двухфазного потока (п.1.5.37)

;

- Величина (п.1.5.37а)

;

- Структура двухфазного потока (п.1.5.38)

Определяется по значениям =0,61 и =104 по черт.1 - стержневой поток.

- Объемная доля жидкости и множитель, учитывающий потери давления в двухфазном потоке - , определяется в зависимости от =1,64 по черт.2 (п.1.5.39, п.1.5.40)

=0,24;          =3,5;

- - массовое паросодержание двухфазного потока, равное (п.1.5.41)

;

- Параметр двухфазного потока (п.1.5.42)

;

- значения и при массовом паросодержании двухфазного потока (п.1.5.43, п.1.5.44)

определяется в зависимости от = 4,447 по черт.2

= 0,42;         =2,3;

- - массовое паросодержание двухфазного потока, равное (п.1.5.45)

;

- Параметр двухфазного потока (п.1.5.46)

;

- Значения и при массовом паросодержании (п.1.5.47, п.1.5.48) определяются в зависимости от =2,374 по черт.2.

=0,029;           =3;

- Количество жидкой фазы на выходе из труб (п.1.5.49)

;

- Диаметр трубопровода парорастворной смеси (п.1.5.51)

м;

- Площадь сечения трубопровода парорастворной смеси (п.1.5.52)

м;

- Число Рейнольдса потока жидкости в зоне течения парорастворной смеси, определенное по приведенной скорости жидкой фазы (п.1.5.53)

;

- Коэффициент трения (п.1.5.54)

Определяется в зависимости от =607954 по черт.3

=0,019;

- Число Рейнольдса потока в зоне кипения, определенное по приведенной скорости жидкой фазы (п.1.5.55).

;

- Коэффициент трения (п.1.5.56)

Определяется в зависимости от =56258 по черт.3

=0,024;

- Расчетные коэффициенты в формуле для определения размеров конвективной зоны (п.1.5.57, п.1.5.58)

;

     
;

- Плотность двухфазного потока на выходе из труб (п.1.5.59)

;

- Статические потери давления в трубопроводе парорастворной смеси (п.1.5.61)

(см. табл.1)

     
;

- Сумма местных сопротивлений трубопровода парорастворной смеси (п.1.5.62)

;

Значения выбираются по табл.1 или табл.5 приложения 2;

- Потери давления на преодоление трения и местных сопротивлений в трубопроводе парорастворной смеси (п.1.5.63)

- Потери давления в трубопроводе парорастворной смеси (п.1.5.64)

;

- Расчетный коэффициент в формуле для определения размеров конвективной зоны (п.1.5.65)

;

Коэффициент трения выбирается по черт.3 в зависимости от

=56258;

- Потери давления на ускорение парорастворной смеси (п.1.5.66)

- Усредненная по высоте зоны кипения плотность двухфазного потока (п.1.5.67)

 ;

- Расчетные коэффициенты в формуле для определения размеров конвективной зоны (пп.1.5.681.5.72)

;

Коэффициент трения выбирается в зависимости от =56258

°С

м

м;

- Длина конвективной зоны (п.1.5.73)

м;

- Длина зоны кипения (п.1.5.74)

, м;

- Скорость потока на выходе из труб (п.1.5.75)

;

- Скорость раствора в трубах (п.1.5.76)

;

- Средняя логарифмическая скорость потока в трубах (п.1.5.77)

;

- Коэффициент теплоотдачи со стороны раствора в зоне кипения (п.1.5.78)

- Усредненное по длине трубы значение коэффициента теплоотдачи со стороны раствора (п.1.5.79)

;

- Коэффициент теплопередачи при длине зоны кипения, равной длине трубы (п.1.5.80)

;

- Плотность теплового потока (п.1.5.81)

;

- Критическая плотность теплового потока (п.1.5.82)

- Сравнение плотности теплового потока с критическим значением (п.1.5.83)

   36265,2 1111188 ;

Условие выполнено.

- Коэффициент теплопередачи без учета загрязнений (п.1.5.84)

;

- Коэффициент теплопередачи, определенный из принятой поверхности (п.1.5.85)

;

- Термическое сопротивление допускаемых загрязнений (п.1.5.86)

 ;

- Величина термического сопротивления загрязнений, которую обеспечит принятая поверхность (п.1.5.87)

;

- Сравнение величины термического сопротивления допускаемых загрязнений с величиной термического сопротивления, которую обеспечит принятая поверхность.

Проверяется условие (п.1.5.88)

0,000281<0,0003.

Условие не выполнено. Принятая поверхность теплообмена =63 м не обеспечивает работу аппарата в межпромывочный период. Необходимо увеличение поверхности теплообмена;

- Выбирается следующее по величине значение поверхности теплообмена по ГОСТ 11987-81 табл.2 (п.1.5.11)

=80 м; =0,034 м; =4 м; =277 шт.; =0,6 м;

Расчет повторяется.

- Принимается (п.1.5.12);

- Кратность циркуляции (п.1.5.15)

- Массовое паросодержание двухфазного потока на выходе из теплообменных труб (п.1.5.16)

;

- Количество раствора, поступающего в трубы (п.1.5.17)

, кг/ч;

- Площадь сечения трубного пучка (п.1.5.18)

м;

- Массовая скорость двухфазного потока (п.1.5.19)

;

- Число Рейнольдса потока жидкости в конвективной зоне (п.1.5.20)

;

- Анализ значения числа (п.1.5.21);

- Коэффициент (п.1.5.22);

Определяется в зависимости от =22663,2 по табл.3

=1;

- Число Нуссельта (п.1.5.23);

;

- Коэффициент теплоотдачи со стороны раствора в зоне конвективного теплообмена (п.1.5.24)

, ;

- Коэффициент теплоотдачи при конденсации насыщенного водяного пара (п.1.5.29)

, ;

- Усредненная температура стенки в конвективной зоне (п.1.5.30)

°С;

- Расчетные коэффициенты в формуле для определения размеров конвективной зоны

м (п.1.5.32)

        (п.1.5.33)

        (п.1.5.34)

м (п.1.5.35)

- Параметр двухфазного потока (п.1.5.37)

;

- Величина (п.1.5.37а)

- Структура двухфазного потока (п.1.5.38)

Определяется по значениям =0,649 и =41,56 по черт.1 - стержневой поток.

- Объемная доля жидкости - и множитель, учитывающий потери давления в двухфазном потоке - определяется в зависимости от =1,54 по черт.2 (п.1.5.39, п.1.5.40)

=0,27;          =3,5;

- - массовое паросодержание двухфазного потока, равное (п.1.5.41)

;

- Параметр двухфазного потока (п.1.5.42)

;

- Значения и при массовом паросодержании двухфазного потока (п.1.5.43, п.1.5.44) определяется в зависимости от = 4,19 по черт.2

= 0,41;         =2,35;

- - массовое паросодержание двухфазного потока, равное (п.1.5.45)

;

- Параметр двухфазного потока (п.1.5.46)

;

- Значения и при массовом паросодержании (п.1.5.47, п.1.5.48).

Определяется в зависимости от =2,25 по черт.2

=0,031;           =3;

- Количество жидкой фазы на выходе из труб (п.1.5.49)

кг/ч;

- Диаметр трубопровода парорастворной смеси (п.1.5.51)

м;

Принимается значение =0,55 м (см. ОСТ 26-426-72)

- Площадь сечения трубопровода парорастворной смеси (п.1.5.52)

м;

- Число Рейнольдса потока жидкости в зоне течения парорастворной смеси (п.1.5.53)

;

- Коэффициент трения (п.1.5.54)

Определяется в зависимости от =380320 по черт.3.

=0,019;

- Число Рейнольдса потока жидкости в зоне кипения (п.1.5.55)

;

- Коэффициент трения (п.1.5.56)

Определяется в зависимости от =22459 по черт.3

=0,028;

- Расчетные коэффициенты в формуле для определения размеров конвективной зоны (п.1.5.57, п.1.5.58)

;

     
;

- Плотность двухфазного потока на выходе из труб (п.1.5.59)

;

- Статические потери давления в трубопроводе парорастворной смеси (п.1.5.61).

(см. табл.1)

     
;

- Сумма местных сопротивлений трубопровода парорастворной смеси (п.1.5.62)

;

Значение выбирается по табл.2 или табл.5 приложения 2

=1,32;

- Потери давления на преодоление трения и местных сопротивлений в трубопроводе парорастворной смеси (п.1.5.63)

     
(см. табл.1)

- Потери давления в трубопроводе парорастворной смеси (п.1.5.64)

;

- Расчетный коэффициент в формуле для определения размеров конвективной зоны (п.1.5.65)

;

Коэффициент трения выбирается в зависимости от =22459;

- Потери давления на ускорение парорастворной смеси (п.1.5.66)

- Усредненная по высоте зоны кипения плотность двухфазного потока (п.1.5.67)

;

- Расчетные коэффициенты в формуле для определения размеров конвективной зоны (п.1.5.68п.1.5.72)

;

Коэффициент трения выбирается в зависимости от =22459;

кг/м

°С

м

м;

- Длина конвективной зоны (п.1.5.73)

м;

Длина зоны кипения (п.1.5.74)

м;

- Скорость потока на выходе из теплообменных труб (п.1.5.75)

м/ч;

- Скорость раствора в трубах (п.1.5.76)

м/ч;

- Средняя логарифмическая скорость потока в трубах (п.1.5.77)

м/ч;

- Коэффициент теплоотдачи со стороны раствора в зоне кипения (п.1.5.78)

- Усредненное по длине трубы значение коэффициента теплоотдачи со стороны раствора (п.1.5.79)

;

- Коэффициент теплопередачи при длине зоны кипения, равной длине трубы (п.1.5.80)

;

- Плотность теплового потока (п.1.5.81)

;

- Критическая плотность теплового потока (п.1.5.82)

- Сравнение плотности теплового потока с критическим значением (п.1.5.83)

   30521,8 1111188 ;

- Коэффициент теплопередачи без учета загрязнений (п.1.5.84)

;

- Коэффициент теплопередачи, определенный из принятой поверхности (п.1.5.85)

;

- Величина термического сопротивления загрязнений, которую обеспечит принятая поверхность (п.1.5.87)

;

- Сравнение величины термического сопротивления допускаемых загрязнений (п.1.5.86) с величиной термического сопротивления, которую обеспечит принятая поверхность.

Проверяется условие (п.1.5.88)

0,000424<0,0003.

Условие выполнено, принятая поверхность теплообмена =80 м обеспечивает работу выпарного аппарата в межпромывочный период;

- Расход греющего пара (п.1.5.92)

кг/ч.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

3. Результаты расчета

Площадь поверхности теплообмена

=80 м

Диаметр кожуха греющей камеры

=0,6 м

Внутренний диаметр труб

=0,034 м

Длина труб

=4 м

Число труб в греющей камере

=277 шт

Диаметр трубопровода парорастворной смеси

=0,55 м

Полезный температурный напор

=18,8 °С

Коэффициент теплопередачи

=894

Величина термического сопротивления загрязнений, которую обеспечивает принятая

поверхность

=0,000424

4. Анализ результатов расчета по полезному температурному напору (п.1.7.1, п.1.7.2).

Т.к. физико-химические константы раствора ксилита концентрацией =14,9% а.с.в при =97,2 °C не отличаются от физико-химических констант воды при той же температуре, минимально допустимый температурный напор определяется по черт.2 приложения 2, как для случая работы выпарного аппарата на воде.

, °С.

     
Условие

     
18,8 °С >14,7 °С выполнено.

     
Приложение 2
Справочное

Таблица 1

     
Физические свойства водяного пара на линии насыщения

, °С

, (абс)

,

,

·10,

40

0,07520

0,05115

574,7

0,99

42

0,08360

0,05653

573,5

0,99

44

0,09279

0,06234

572,4

0,99

46

0,10284

0,06268

571,3

0,99

48

0,11382

0,07559

570,1

0,99

50

0,12578

0,08306

569,0

1,02

52

0,13880

0,09107

567,8

1,02

54

0,15297

0,09980

566,7

1,02

56

0,16835

0,10920

565,5

1,02

58

0,18504

0,11930

564,4

1,02

60

0,20310

0,13020

563,2

1,06

62

0,22270

0,14200

562,0

1,06

64

0,24380

0,15460

560,8

1,06

66

0,26660

0,16810

559,6

1,06

68

0,29120

0,18260

558,5

1,06

70

0,31780

0,19820

557,3

1,10

72

0,34630

0,21480

556,1

1,10

74

0,37690

0,23260

554,9

1,10

76

0,40980

0,25160

553,7

1,10

78

0,44510

0,27180

552,5

1,10

80

0,48290

0,29340

551,3

1,14

82

0,52340

0,31640

550,1

1,14

84

0,56670

0,34080

548,9

1,14

86

0,61290

0,36670

547,7

1,14

88

0,66230

0,39430

546,4

1,14

90

0,71490

0,42350

545,2

1,18

92

0,7710

0,4545

543,9

1,18

94

0,8307

0,4873

542,7

1,18

96

0,8942

0,5222

541,5

1,18

98

0,9616

0,5590

540,3

1,18

100

1,0332

0,5977

539,0

1,22

102

1,1092

0,6386

537,7

1,22

104

1,1898

0,6821

536,4

1,22

106

1,2751

0,7278

535,2

1,22

108

1,3654

0,7758

533,9

1,22

110

1,4609

0,8264

532,6

1,27

112

1,5618

0,8795

531,3

1,27

114

1,6684

0,9354

530,0

1,27

116

1,7809

0,9950

528,7

1,27

118

1,8995

1,0560

527,4

1,27

120

2,0245

1,1210

526,1

1,31

122

2,1561

1,1890

524,7

1,31

124

2,2947

1,2610

523,4

1,31

126

2,4404

1,3360

522,0

1,31

128

2,5935

1,4140

520,7

1,31

130

2,7544

1,4960

519,3

1,35

132

2,9233

1,5820

517,9

1,35

134

3,1010

1,6720

516,5

1,35

136

3,2860

1,7650

515,1

1,35

138

3,4810

1,8640

513,7

1,35

140

3,6850

1,9660

512,3

1,35

142

3,8980

2,0730

510,9

1,35

144

4,1210

2,184

509,4

1,38

146

4,3550

2,300

507,9

1,38

148

4,5990

2,421

506,5

1,38

150

4,8540

2,547

505,0

1,42

152

5,1190

2,679

503,6

1,42

154

5,3970

2,815

502,1

1,42

156

5,6860

2,938

500,5

1,42

158

5,9880

3,106

498,9

1,42

160

6,3020

3,258

497,4

1,46

162

6,6300

3,419

495,8

1,46

164

6,9700

3,584

494,2

1,46

166

7,3250

3,757

492,7

1,46

168

7,6930

3,935

491,1

1,46

170

8,0760

4,122

489,5

1,46

Таблица 2

     
Примерные значения термических сопротивлений для некоторых теплоносителей

Греющая среда

Конденсирующийся водяной пар

0,00010

0,0002

0,00010

Горячая вода

0,00050

0,0009

0,00040

Горячие нефтепродукты

0,00160

0,0020

0,00040

Смесь гидроочистки

0,00050

0,0009

0,00004

Смесь риформинга

0,00050

0,0007

0,00020

Конденсация орг. паров

0,00067

-

-

Таблица 3

     
Примерные значения термических сопротивлений для некоторых продуктов

Кипящая среда

С углеводороды

0,0006

0,0008

0,0002

Бензин и керосин

0,0010

0,0012

0,0002

Ароматика

0,0006

0,0008

0,0002

С спирты

0,0006

0,0008

0,0002

Хлористые углеводороды

0,0008

0,0014

0,0006

Вода (атм. давление)

0,0003

0,0005

0,0002

Водные растворы диэтиленгликоля

0,0006

0,0010

0,0004

Водные растворы моноэтиленгликоля

0,0003

0,0007

0,0004

Щелочные растворы

-

-

0,0004

Раствор кауст. соды

-

-

0,0002

Растворы солей фосфорной кислоты

-

-

0,0002

Сероуглерод

-

-

0,0002

Стирол

-

-

0,0015

Таблица 4

     
Ориентировочные значения паросъемов при выпаривании водных растворов (по опытным данным)

, (абс)

·10,

, °C

,

2

23,45

20-25

100

2

101,94

20-22

65

1,03

25,48

20

85

1,03

203,87

22

50

0,48

36,69

20

70

0,48

265,04

20-22

40

0,126

57,08

20

35

0,126

372,07

20-22

16

Таблица 5

     
Коэффициенты местных сопротивлений элементов циркуляционного контура выпарных аппаратов

Элементы контура

Боковой вход в нижнюю камеру (удар и поворот потока)

1,5

Вход в трубки

1,0

Выход из трубок

1,0

Вход в трубу с острыми краями

0,5

Выход из трубы с острыми краями

1,0

Поворот потока на 90°

-1,5 - 0,173

-1 - 0,25

Боковой выход из распределительной камеры (удар и поворот потока)

1,5

Зависимость минимально допустимого температурного напора от , (вода, давление 0,126 абс, =0,25)

Черт.1

     
Зависимость минимально допустимого температурного напора от , (вода, давление 1,03 абс, =0,25)

Черт.2

Зависимость минимально допустимого температурного напора от , (вода, давление 2,02 абс, =0,25)

Черт.3

     
Зависимость постоянного коэффициента от суммарного коэффициента местных сопротивлений трубопровода парорастворной смеси -

Черт.4

УкрНИИхиммаш

Зам. директора по научной работе к.т.н.

Л.П.Перцев

Зав. отделом стандартизации

В.И.Штанденко

Зав. отделом выпарного оборудования

Е.М.Ковалев

Зав. отделом вычислительной техники и физико-математических методов исследования к.ф.м.н.

О.Е.Лысенко

Зав. лаборатории трубчатых выпарных аппаратов

В.И.Чирва

Зав. лаборатории алгоритмизации и программирования к.т.н.

Ю.Н.Аносов

Руководитель темы ст. научный сотрудник

О.А.Головченко

Исполнители:

старший научный сотрудник

Ю.М.Капля

младший научный сотрудник

Л.Н.Марченко

младший научный сотрудник

В.М.Винниченко

Согласовано:

НИИХИММАШ

Зам. директора

И.В.Ильгисонис

Начальник БНИОС

В.В.Дюкин

Отд.2

исп. Головченко

ак

10.11.77 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Аппараты выпарные, трубчатые, стальные. Типы, основные параметры и размеры. ГОСТ 11987-81.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

2. Выпарные вертикальные трубчатые аппараты общего назначения. Каталог, ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, М., 1972.

3. Испарители кожухотрубчатые с неподвижными трубными решетками и кожухотрубчатые с температурными компенсаторами на кожухе. ГОСТ 15119-69*, М., 1970.

______________

* На территории Российской Федерации документ не действует. За дополнительной информацией обратитесь по ссылке. - Примечание изготовителя базы данных.

4. Стерман Л.С. Испарители. Машгиз, М., 1956.

5. Нормативный метод гидравлического расчета паровых котлов. ЦКТИ-ВТИ. Л., 1973.

6. Руководящий технический материал РТМ 26-04-32-71*. Расчет трубчатых конденсаторов-испарителей воздухоразделительных установок. МИНХИММАШ. М., 1972.

______________

* Документ не приводится. За дополнительной информацией обратитесь по ссылке. - Примечание изготовителя базы данных.

7. Ленгипрогаз. Методика теплового и гидравлического расчета вертикальных термосифонных ребойлеров. Л., 1968.

8. Лабунцов Д.А. Теплообмен при пузырьковом кипении жидкости. Теплоэнергетика, N 5, N 7, 1960.

9. Хоблер Т. Теплопередача и теплообменники. Госхимиздат, Л., 1961.

10. Перри Д. Справочник инженера химика, т.1, изд. "Химия", Л., 1969.

11. Fair, J.R. Petroleum Refiner, 39, N 2, 1960, 105-124.

12. Методика расчета кипятильников с естественной циркуляцией (отчет) 10-72/89Б, УкрНИИхиммаш, г.Харьков, 1975.