Читайте также:
|
|
Величины коэффициентов теплоотдачи в теплообменных аппаратах с механическими мешалками зависят от типа теплообменного устройства (рубашки, змеевики и др.), конструкции аппарата (с внутренними отражательными перегородками и без них), конструкции мешалки и физических свойств перемешиваемой среды [3, 5].
Если в реакторе происходит процесс нагрева реакционной массы, без кипения, с перемешиванием механической мешалкой, то коэффициент теплоотдачи к реакционной массе определяется из критерия Нуссельта по уравнению (3.1):
, (3.1)
где Nu – критерий Нуссельта; – коэффициент теплоотдачи к реакционной массе, Вт/(м2·К); – коэффициент теплопроводности сахарного раствора, Вт/(м·К); l – характерный (определяющий) геометрический размер, м.
Для аппаратов с мешалками, создающими преимущественно радиальные поток жидкости (лопастные и листовые мешалки, открытые турбинные мешалки с вертикальными лопатками), критерий Нуссельта рассчитывают по формуле:
, (3.2)
где – критерий Рейнольдса, модифицированный для мешалок;
С – коэффициент, для аппаратов с рубашками С = 0,36;
m и n – показатели степени m = 0,67 n = 0,33; – критерий Прандля;
µж – вязкость перемешиваемой среды при средней температуре между температурами среды и стенки аппарата со стороны перемешиваемой жидкости, Па×с; µст – вязкость среды при температуре стенки; принимаем =1.
Таким образом, формулу (3.2) можно записать в таком виде:
. (3.3)
Модифицированный критерий Рейнольдса определяют по уравнению:
, (3.4)
где µ – вязкость реакционной среды при средней температуре, Па∙с (прил. А); – плотность среды при средней температуре, кг/м3; n – число оборотов мешалки, с-1; d м – диаметр мешалки, м.
Плотность сахарного раствора, кг/м3, определяют по формуле:
, (3.5)
где a – массовая доля твердой фазы (сахара) в растворе; и – плотность сахара кристаллического и воды при средней температуре, кг/м3 (табл.1.1).
,
кг/м3.
Правильность расчета проверяется по прил. А (табл. А.2).
Для расчета коэффициента теплоотдачи, зная объем реакционной смеси, ориентировочно по табл. Б.1 (прил. Б) [4] выбираем аппарат для проведения гидролиза сахарного раствора. Основные технические данные аппарата:
V = 1 м3; D = 1200 мм; D 1 = 1300 мм; M = 1270 кг; d1 = 8 мм; d = 10 мм;
H = 1013 мм; H 1 = 942 мм; h = 110 мм.
Рассчитаем высоту цилиндрической части аппарата, заключенной в рубашку, H руб, м:
H руб = Н – h, (3.6)
H руб = 1013 – 110 = 903 мм = 0,903 м.
По табл. В.1. [4] прил. В по условиям работы нашей реакционной смеси ориентировочно выбираем тип мешалки и её основные параметры.
При растворении кристаллических веществ, когда вязкость системы Па×с, применяют лопастную мешалку [5].
Диаметр мешалки d м предварительно определяют по соотношению D/d м, который для лопастной мешалки равен D/d м = 1,4 ÷ 1,7, а скорость вращения w = 1,5 ÷ 5 м/с. Задаемся w = 2 м/с, тогда:
м.
Оптимальное число оборотов мешалки c-1, определяют из соотношения:
, (3.7)
где w – окружная скорость вращения мешалки, м/с.
с–1,
=5067.
Критерий Прандтля, характеризующий подобие физических свойств теплоносителя в процессе конвективного теплообмена при средней температуре, определяем по уравнению:
, (3.8)
где – критерий Прандтля; , , – вязкость, Па∙с, коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К) (прил. А) и удельная теплоемкость реакционной среды (сахарного раствора) при средней температуре, Дж/(кг·К).
,
.
Таким образом, коэффициент теплоотдачи к реакционной массе определяем по уравнению (3.1), считая характерный (определяющий) геометрический размер равный диаметру выбранного аппарата.
Вт/(м2×К).
Дата добавления: 2015-08-20; просмотров: 66 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
Тепловой баланс при охлаждении инвертного сиропа водой. Определение тепловой нагрузки, количества хладоагента и его массового расхода | | | Теплоотдача при пленочной конденсации насыщенного пара |