Определение коэффициента теплопередачи

Читайте также:

Материалом конструкции выбираем нержавеющую сталь, коэффициент теплопроводности стали λ=17,5 Вт/(м·К) (таблица XXVIII [1]).

Коэффициент теплопередачи в корпусе рассчитывается по формуле

где α₁ – коэффициент теплоотдачи от греющего пара к стенке t_ст1;

– сумма термического сопротивления стенки и загрязнений;

α₂– коэффициент теплоотдачи от стенки t_ст2 к кипящему раствору.

Принимаем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки δ_ст/λ_ст и накипи δ_н/λ_н. Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем.

(м²·К)/Вт.

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара к стенке α₁ равен

где r₁ – удельная теплота конденсации греющего пара(таблица LVII [1]), r₁=2186,5 кДж/кг;

ρ_ж – плотность конденсата, ρ_ж=937 кг/м³;

λ_ж – теплопроводность конденсата, λ_ж=0,686 Вт/(м·К);

μ_ж – коэффициент динамической вязкости конденсата, (таблица XXXIХ [1]), μ_ж=216,75·10^-6 Па·с;

Δt₁ – разность температур конденсации пара и стенки, Δt₁=2 °С;

Н – высота кипятильных труб, зависящая от F_ор;

F_ор – ориентировочная поверхность теплопередачи выпарного аппарата, которая определяется по формуле

м²,

где q=30000 Вт/м – удельная тепловая нагрузка для аппарата с принудительной циркуляцией.

По ГОСТ 11987 – 81 для выпарного аппарата с принудительной циркуляцией и вынесенной греющей камерой выбираем: F=125 м², d_н=38∙2 мм – диаметр трубы, Н=6 м – высота трубы.

На основании всех определенных значений рассчитываем коэффициент теплоотдачи α₁ по формуле

Вт/(м²·К).

Определяем физические, теплофизические свойства растворов. Плотность раствора KCl при конечной концентрации 26 % принимаем ρ=1143 кг/м³. На основании правила линейности константа уравнения равна

где t_μ1, t_μ2 – температуры жидкости при вязкости раствора μ₁ и μ₂;

θ_μ1, θ_μ2 – температуры эталонного вещества при вязкости раствора μ₁ и μ₂.

Для раствора KCl:

– при t₁=20 °С μ₁=1,04 мПа·с (таблица VIII [1]);

– при t₂=30 °С μ₂=0,87 мПа·с.

В качестве эталонного вещества используем глицерин:

– при μ₁=1,04 мПа·с θ_μ1=82 °С (рисунок V [1]);

– при μ₁=0,87 мПа·с θ_μ2=88 °С.

Определяем константу уравнения К

Константу К можно записать следующим образом

где t_μ1=20 °С, t_μ3= t_к.р.=98,62 °С;

θ_μ1=82 °С, θ_μ3 – температура глицерина, при которой вязкость равна μ₃:

°С,

Для глицерина μ₃=0,34 мПа·с, при θ_μ3=129,1 °С (рисунок V [1]);

Таким образом, динамический коэффициент вязкости KCl при t_к.р.=98,62 °С равен μ=0,34 мПа·с.

Определяем удельную теплоемкость 26 % раствора KCl при t_к.р.=98,62 °С по формуле

где С₁ – удельная теплоемкость безводного растворенного вещества, которая определяется по формуле:

Дж/(кг·К),

где М – молекулярная масса KCl;

n₁, n₂, n₃ – число атомов элементов, входящих в соединение;

с₁, с₂, с₃ – атомные теплоемкости, Дж/(кг-атом·К) (таблица 5.1 [1]).

Определяем удельную теплоемкость 26 % раствора KCl

Дж/(кг·К).

Определяем коэффициент теплопроводности 26 % раствора KCl при t_к.р.=98,62 °С по формуле

где λ_в_t – коэффициент теплопроводности воды при t_к.р., λ_в_t=0,675 Вт/(м·К);

λ_в30 – коэффициент теплопроводности воды при t=30 °С (рисунок Х [1]), λ_в30=0,616 Вт/(м·К);

λ_р30 – коэффициент теплопроводности 26 % раствора KCl при t=30 °С, определяется по формуле

где А – коэффициент, зависящий от степени ассоциации жидкости, А=3,58·10^-8 м³·кмоль^-1/3·с^-1;

ρ=1143кг/м³ – плотность раствора;

М – мольная масса раствора, которая рассчитывается по формуле

где х – мольная масса твердой фазы, которая рассчитывается по формуле

;

кг/кмоль.

Определяем коэффициент теплопроводности 26 % раствора KCl при t=30 °С

Вт/(м·К).

Тогда коэффициент теплопроводности раствора равен

Вт/(м·К).

Определяем коэффициент теплоотдачи α₂ по формуле

где Nu – критерий Нуссельта, для аппаратов с принудительной циркуляцией определяется по формуле

где Re – критерий Рейнольдса;

Pr – критерий Прандтля.

где ω=2 м/с – скорость раствора (таблица 1.1 [1]).

Подставляем полученные значения в формулу

По полученным значениям находим коэффициент теплоотдачи

Вт/(м²·К).

По полученным значениям α₁ и α₂ определяем коэффициент теплопередачи

1.4 Характеристики выпарного аппарата

Рассчитываем поверхность теплопередачи выпарного аппарата

м².

Принимаем выпарной аппарат со следующими параметрами: поверхность теплопередачи F=100 м²; диаметр греющей камеры D=800 мм; диаметр сепаратора D₁=1800 мм; диаметр циркуляционной трубы D₂=500 мм; высота аппарата Н=21500 мм; масса аппарата М=14500 кг.

Диаметр штуцера, через который поступает греющий пар

м,