Определение поверхности теплообмена

Необходимая поверхность теплообмена выпарного аппарата определяется из уравнения теплопередачи

 

(3.12)

 

в зависимости от тепловой нагрузки Q. Температурный напор принимается равным разности температур насыщения греющего пара tп и кипения раствора tкип:

 

кип (3.13)

 

Температура кипения раствора находиться по уравнению

 

 

, (3.14)

 

 

где - температура вторичного пара, определяемая по рабочему давлению в сепарационном пространстве аппарата. Температурные потери определяются по методике изложенной в 2-м разделе.

Коэффициент теплопередачи К, , рассчитывается обычным способом; он зависит главным образом от удельной тепловой нагрузки, от температуры и концентрации раствора. С понижением температуры раствора и повышением его концентрации возрастает вязкость и уменьшается коэффициент теплопередачи.

 

, (3.15)

 

где δ, λ – толщина, м, и коэффициент теплопроводности, , стенки трубы и загрязнений; R3 – термическое сопротивление загрязнений (накипи) поверхности труб, .

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к поверхности нагревательных труб α1 определяют по формуле

 

 

, ( 3.16)

 

где Н – высота вертикальных труб в аппарате, м; - разность температур конденсирующегося пара и стенки; коэффициент динамической вязкости μ, , теплопроводность λ, , конденсата, его плотность ρ, кг/м3, выбираются при определяющей температуре насыщения ; r - удельная теплота конденсации пара, Дж/кг.

Теплоотдача при кипении растворов еще недостаточно изучена. При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляцией q=20000 50000 , с принудительной циркуляцией q = 40 000 80 000 .

В условиях работы выпарных установок на заводах наблюдается чаще всего пузырьковое кипение при средних тепловых нагрузках.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных трубах при условии естественной циркуляции раствора определяется по уравнению

 

 

, (3.17)

 

 

где λж - теплопроводность раствора, ; ρж и ρп – плотности жидкости и пара, кг/м3, ρ0 – плотность пара при р=0,098 МПа, кг/м3; σж - поверхностное натяжение раствора, Н/м; r - скрытая теплота парообразования, Дж/кг; сж - удельная теплоемкость раствора,; μж - динамическая вязкость раствора, ; q - плотность теплового потока, .

Физико-химические параметры выбираются для растворов при температуре кипения. Уравнение (3.17) справедливо при q=40000 80000 ; числе Prж =0,8-100; давлении Р=(0,098-70,5) 105 Па. Это уравнение дает удовлетворительные результаты при соблюдении оптимального уровня жидкости в трубах выпарного аппарата:

 

 

, (3.18)

 

где Н – высота теплообменных труб, м, ρводы- плотность воды, кг/м3.

В аппаратах с вынесенной зоной кипения, а также в аппаратах с принудительной циркуляцией обеспечиваются высокие скорости движения растворов в трубках грею­щей камеры, и вследствие этого — устойчивый турбулентный режим течения. Принимая во внимание, что разность температур теплоносителей (греющего пара и кипя­щего раствора) в выпарном аппарате невелика, для вычисления коэффициентов теплоотдачи со стороны жидкости используют эмпирическое уравнение [3]:

Nu=0,023Re0,8 Pr0,4. (3.19)

 

Физические характеристики растворов, входящие в числа подобия, находят при средней температуре потока.

При кипении растворов в пленочных выпарных аппаратах коэффициент тепло­отдачи рекомендуется [7] определять по уравнению

 

, (3.20)

 

где λ— теплопроводность кипящего раствора, ; δ — толщина пленки, в м, рассчитываемая по уравнению

 

,

где v — кинематическая вязкость раствора, м2/с; Re = 4 Г/μ — критерий Re для пленки жидкости; Г=Gj/П— линейная массовая плотность орошения, ; Gj — расход раствора, поступающего в j-й корпус, кг/с; П=πdвнn=Fcp/H — смоченный периметр, м; μ —вязкость кипящего раствора, Па·с; q — тепловая нагрузка, которую в расчете принимают равной α1Δt1, Вт/м2, tв.п- температура вторичного пара.

Значения коэффициентов и показателей степеней в уравнении (3.20):

при q <20 000 Вт/м2: c=163,1; n= - 0,264; m=0,685;

при q > 20 000 Вт/м2: c= 2,6; n= 0,203; m =0,322.

 

Коэффициент теплопередачи определяется как

 

 

Значение коэффициента теплопередачи может быть найдено следующим образом.

Для установившегося процесса передачи теплоты от пара через стенку к раствору справедливо уравнение

 

,

где Δt1— разность температур конденсации греющего пара и стенки; Δtст — разность температур между поверхностями стенки; Δt2— разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора.

Распределение температур в процессе теплопередачи от пара через стенку к кипящему раствору показано на рис. 3.2.

Задаваясь величиной Δt1 и определив коэффициент теплоотдачи α1, вычисляют удельную тепловую нагрузку в процессе передачи теплоты от конденсирующегося пара к стенке:

. (3.21)

 

 

 
 

Рис. 3.2. Распределение температур в процессе теплопередачи от пара к кипящему раствору через многослойную стенку:

1 - пар; 2 - конденсат; 3 - стенка; 4 - накипь; 5 – кипящий раствор

 

Величина определяется как

. (3.22)

Тогда

, (3.23)

 

Удельная тепловая нагрузка в процессе передачи теплоты от стенки к раствору

, (3.24)

Если q' q", принимаем новое значение Δt1 и повторяем расчет до сходимости величин q' и q". Расхождение между удельными тепловыми нагрузками не должно превышать 3 %.

Обычно выполняют 2—3 приближения, а затем строят графическую зависимость удельной тепловой нагрузки q' и q" от Δt1. В точке пересече­ния линий q' = f t1q" = ft1) определяется значение величины Δt1 (рис. 3.3).

 

 

 

 

Рис. 3.3. Зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур Δt1

 

Далее коэффициент теплопередачи К рассчитывается по уравнению (3.12).

При расчете аппаратов со свободной, естественной и прину­дительной циркуляцией параметры кипящей жидкости берут при конечной концентрации раствора.






Дата добавления: 2016-05-28; просмотров: 3069; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2022 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.025 сек.