Расчет коэффициентов теплопередачи

 

Коэффициент теплопередачи рассчитываем, исходя из того, что при установившемся процессе передачи тепла справедливо равенство:

 

 

Коэффициент теплопередачи К в [Вт/(м² К)] можно рассчитать по уравнению:

,

где q – удельная тепловая нагрузка, Вт/м²; q = Q / F;

и – коэффициенты теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке и от стенки к кипящему раствору соответственно, Вт/(м²∙К);

– сумма термических сопротивлений стенки загрязнений и накипи, (м²∙К/Вт);

– разность температур между греющим паром и стенкой со стороны пара в первом корпусе, ºС;

– перепад температур на стенке, ºС;

– разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, °С.

Первый корпус.

Коэффициент теплоотдачи рассчитываем по уравнению:

где – теплота конденсации греющего пара, Дж/кг;

– разность температур конденсата пара и стенки, ºС;

– соответственно плотность, кг/м³, теплопроводностьВт/(м∙К)и вязкость конденсата, Па∙с, при средней температуре плёнки:

Первоначально принимаем

t_пл= t_г-Δt₁/2=174,93-1,5/2=173,93ºС.

Значения физических величин конденсата берём при t _пл = 173,93 ºС.

ρ_ж1=927,53 кг/м³

λ_ж1=68,3∙10^-2Вт/(м∙К)

µ_ж1=198,92∙10^-6Па∙с [2; с.537]

Вт/(м²∙К)

°C

°C

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору в условиях его естественной циркуляции для пузырькового режима в вертикальных трубах равен:

 

,

 

Где ρ_п1=1,878 кг/м³– плотность греющего пара в первом корпусе [2, c.549], ρ₁=1031,75 кг/м³ – плотность раствора при начальной концентрации, ρ₀=0,579кг/м³ – плотность пара при атмосферном давлении; – соответственно, теплопроводность, поверхностное натяжение, теплоемкость и вязкость раствора в первом корпусе.

Отсюда А=780∙0,018=14,04

Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

Как видим

Для второго приближения примем

°C

°C

Очевидно, что

Для определения строим графическую зависимость тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой и определяем = 2,13 ºС.

Рис. 6. Графическая зависимость тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой.

Проверим:

= 2,13 ºС.

°C

°C

Как видим

Рассчитываем коэффициент теплопередачи К ₁ в первом корпусе:

792,14 Вт/(м²∙К)

Коэффициент теплопередачи для второго корпуса К ₂ и третьего К ₃ можно рассчитывать так же, как и коэффициент К₁ или с достаточной точностью воспользоваться соотношением коэффициентов, полученных из практики ведения процессов выпаривания.Эти соотношения варьируются в широких пределах:

К₁ : К₂ : К₃ = 1:(0,85 0,5) (0,7 0,3)

Поскольку – Сa(NO₃)₂ –соль, соотношение коэффициентов принимаем по верхним пределам.

К₁ : К₂ : К₃ = 1: 0,85: 0,7

К₂ = К₁ 0,85 = 792,14 0,85 =673,32 Вт/(м²∙К)

К₃ = К₁ 0,7 = 554,5 Вт/(м²∙К)