Расчёт коэффициентов теплопередачи

Коэффициент теплопередачи для первого корпуса К₁ определяется по уравнению [1]:

 

(23)

 

 

Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки d_ст/l_сти накипи d_н/l_н. Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем. Получаем:

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке равен:

(24)

 

где r₁ – теплота конденсации греющего пара, Дж/кг;

r_ж1, l_ж1, m_ж1 – соответственно плотность (кг/м³), теплопроводность [Вт/(м×К)], вязкость (Па×с) конденсата при средней температуре плёнки

[1], где Dt₁– разность температур конденсации пара и стенки, ^оС.

Первый корпус

Расчёт a₁ ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем Dt₁ =1,5 °С.

Основные физические свойства пара и конденсата приведены в таблице 5.

 

 

Таблица 5.

Физические свойства пара и конденсата

Средняя температура плёнки, °С	Теплота конденсации греющего пара, кДж/кг	Плотность конденсата, кг/м^3	Теплопроводность конденсата, Вт/(м∙К)	Вязкость кондесата, Па∙с
	2031,6		0,692	168∙10^-6

 

 

 

Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение:

(25)

 

где q – удельная тепловая нагрузка, Вт/м²;

Dt_ст – перепад температур на стенке, °С;

Dt₂ – разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, °С.

Отсюда

 

Тогда

(26)

 

Таблица 6.

Физические свойства кипящих растворов КOHи их паров

Параметр	Корпус
Теплопроводность раствора, λ, Вт/(м∙К)	0,63	0,64	0,65
Плотность раствора, ρ, кг/м^3		1155,2	1265,9
Теплоёмкость, с, кДж/(кг∙К)	3,81	3,64	3,1
Вязкость, μ, Па∙с	2,01 ∙10^-3	2,66∙10^-3	7,23∙10^-3
Поверхностное натяжение, σ, Н/м	0,077	0,081	0,0899
Теплота парообразования при рвп , rводы, кДж/кг	2130,92	2194,96	2386,05
Плотность пара, ρп, при рвп , кг/м^3	2,2	1,12	0,078

 

 

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубках при условии естественной циркуляции раствора [1]:

(27)

 

где λ – теплопроводность раствора, Вт/(м∙К);

μ – динамическая вязкость раствора, Па∙м;

σ – поверхностное натяжение, Н/м;

ρ₁ – плотность жидкости, кг/м³;

ρ₀ – плотность пара при р =0,098 МПа, кг/м³;

q– плотность теплового потока, Вт/м²;

r– теплота парообразования при р_вп, кДж/кг;

ρ_п – плотность пара при р_вп, кг/м³.

 

Физические свойства кипящего раствора NaOHприведены в таблице 6.

Подставим численные значения и получим:

 

 

Проверяем правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

 

Как видно, q¢» q¢¢.

Так как расхождение тепловых нагрузок не превышает 5%, то на этом расчёт коэффициентов a₁ и a₂ заканчиваем.

Тогда

(28)

 

Далее рассчитываются коэффициенты теплопередачи для второго и третьего корпусов.

Коэффициенты теплопередачи для корпусов

№ кор.	Dt1, ^оС	a1, Вт/(м^2К)	Dtcт, ^оС	Dt2, ^оС	a2, Вт/(м^2К)	К, Вт/(м^2К)	q¢, Вт/м^2	q¢¢, Вт/м^2
1-й корпус	1,5	9 973	4,3	2,13	3 476	1 497	14 960	14 598
2-й корпус	2,6	8 462	6,31	7,53	2 871	1 338	22 001	22 619
3-й корпус		5 905	16,95	22,44	2 592	1 188	59 052	58 155

 

Распределение полезной разности температур

Полезные разности температур в корпусах установки находим из условия равенства их поверхностей теплопередачи [1]:

 

(29)

где Dt_пj, Q_j, K_j - полезная разность температур, тепловая нагрузка, коэффициент теплопередачи для j –го корпуса.

Подставив численные значения, получим

 

 

Проверка суммарной полезной разности температур установки:

Поверхность теплопередачи выпарных аппаратов рассчитываем по формуле (1):

Сравнение распределённых из условия равенства поверхностей теплопередачи и предварительно рассчитанных значений полезных разностей температур представлено в таблице 10.

 

Таблица 10.

Сравнение распределительных и предварительно рассчитанных значений полезных разностей температур

	Корпус
Распределённые в 1-ом приближении значения Dtп, °С	17,4	18,8	22,3
Предварительно рассчитанные значения Dtп, °С	7,93	10,57

Как видно, полезные разности температур, рассчитанные из условия равного перепада давления в корпусах и найденные в первом приближении из условия равенства поверхностей теплопередачи в корпусах, существенно различаются. Поэтому необходимо заново перераспределить температуры (давления) между корпусами установки.