2015-08-21
9282
Расчет коэффициента теплопередачи проведем по формуле:
где α 1, α 2 – коэффициенты теплоотдачи от греющего пара к стенке и от стенки к кипящему раствору соответственно, Вт/(м2∙К);
– суммарное термическое сопротивление стенки, Вт/(м2∙К).
4.6.1 Расчет термических сопротивлений труб и загрязнений
Принимаем тепловую проводимость загрязнений со стороны греющего пара в среднем r 1=2266960 Вт/(м2·К); со стороны выпариваемого раствора r 2=2351752 Bт/(м2·К) [1] таблица 2.2. Вследствие того, что теплоносители не являются агрессивными средами, примем в качестве материала труб сталь Ст3. Теплопроводность стали λ =17,5 Вт/(м2·К) [3] т.1 с.921.
Суммарное термическое сопротивление рассчитывается по формуле:
где δ – толщина стенки, м.
Зная, что δ=0,002 м получим:
4.6.2 Расчет коэффициентов теплоотдачи методом последовательных приближений
Первое приближение.
Примем температурный напор со стороны греющего пара Δ tc 1=2°C.
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке рассчитаем по [1] формула (4.14):
|
|
|
где ρж 1 – плотность конденсата при температуре конденсации греющего пара, кг/м3;
λж 1 – теплопроводность конденсата при температуре конденсации греющего пара, Вт/(м∙К);
μж 1 – вязкость конденсата при температуре конденсации греющего пара, Па∙с.
При температуре 104,8°С конденсат (вода) будет иметь следующие параметры: ρж 1=954,64 кг/м3, λж 1=0,684 Вт/(м∙К), μж 1=2,695∙10-4 Па∙с. [4] с.537.
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, [1] формула (4.18):
где Re2 – критерий Рейнольдса;
Pr2 – критерий Прандля.
Критерий Рейнольдса рассчитывается по формуле:
где w – скорость циркуляции раствора в аппарате, м/с;
dвн – внутренний диаметр труд, м;
ρ2 – плотность раствора, кг/м3;
μ2 – вязкость раствора, Па∙с.
Критерий Прандля рассчитывается по формуле:
где с2 – теплоемкость раствора, Дж/(кг∙К);
λ2 – теплопроводность раствора, Вт/(м∙К).
Физико-химические свойства выпариваемого раствора NaCl определяем при tcp = tк +Δ tпер /2=67,85+1,782/2=6,741°С: ρ 2=1173 кг/м3; σ 2=0,0755 Н/м;
μ 2=8,038∙10-4 Па∙с; с 2=3279,3 Дж/(кг∙К); r 2=2351752 Дж/кг, λ 2=0,638 Вт/(м∙К) [5].
Получаем
Коэффициент теплоотдачи от стенки к раствору равен:
|
|
|
Относительная тепловая нагрузка со стороны греющего пара согласно [3] форула (11):
Определим температуру стенки со стороны раствора. При этом примем, что относительная тепловая нагрузка для стенки q 1= q c. Тогда, если считать стенку плоской по [1] с.162:
Тогда температурный напор Δtc 2:
Относительная тепловая нагрузка со стороны раствора [3] (15):
Из расчета видно, что q 1 и q 2 не равны.
Приближение 2. Примем температурный напор со стороны греющего пара Δ tc 1=15°С. Пересчитаем α 1:
Относительная тепловая нагрузка со стороны греющего пара согласно (4.19):
Тогда по (4.20):
Тогда температурный напор Δtc 2 по формуле (4.21):
Относительная тепловая нагрузка со стороны раствора по формуле (4.24):
Из расчета видно, что q 1 и q 2 не равны.
Приближение 3. По результатам двух первых приближений посторим графические зависимости q 1 и q 2 от Δ tc 1 (рисунок 4.1). По пересечению зависимостей принимаем Δ tc 1=11,127°С.
| q, Вт/м2 |
| Δ tc 1 |
| Δ tc 1, °C |
Рисунок 4.1 – Температурная зависимость q = f (Δ tc 1)
Пересчитаем α 1:
Относительная тепловая нагрузка со стороны греющего пара согласно (4.19):
Тогда по (4.20):
Тогда температурный напор Δ tc 2 по формуле (4.21):
Относительная тепловая нагрузка со стороны раствора по формуле (4.22):
Из расчета видно, что q 1 и q 2 примерно равны. Погрешность составляет:
Т.к. отличие меньше чем на 3%, расчет коэффициентов теплоотдачи можно не продолжать.
Подставив в (4.14) полученные значения, получим:
