 |
2.2.4. Тепловые нагрузки. 2.2.5. Коэффициенты теплопередачи
|
|
|
|
2. 2. 4. Тепловые нагрузки
Для определения тепловых нагрузок корпусов ( 
, расхода греющего пара на первый корпус ( 
) иуточнения производительности каждого корпуса по выпаренной воде ( 
), решают систему уравнений, включающую уравнения теплового баланса всех корпусов и общее уравнение баланса установки по выпаренной воде:
 ,
 ,
⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
 ,
 ,
| (14) |
где 
– энтальпия кипящей воды при давлении вторичного пара, 
– теплоемкость воды, 
– теплоемкость раствора, 
– теплота концентрирования раствора, 
– потери теплоты в окружающую среду для соответствующего корпуса выпарной установки.
Потери теплоты в окружающую среду принимают равными 3÷ 5% от тепловой нагрузки аппарата 
.
Теплота концентрирования в большинстве случаев мала и может не учитываться. Исключение составляют только растворы едких щелочей при выпаривании их до массовых концентраций, больших 30 
.
В этих случаях теплоту концентрирования определяют по формуле
| (15) |
где 
– производительность по растворенному веществу, 
– разницамежду интегральной теплотой растворения при концентрациях 
и 
.
После расчета проверяется отклонение вычисленных нагрузок по выпаренному растворителю от предварительно распределенных. Наибольшее отклонение не должно превышать 5%. Если же оно превышает указанную величину, то необходимо заново пересчитать концентрации, депрессии температуры, температуры кипения, приняв за основу уточненные нагрузки по выпаренному растворителю.
|
|
|
2. 2. 5. Коэффициенты теплопередачи
Коэффициент теплопередачи рассчитывается через коэффициенты теплоотдачи обычно по формуле для плоской стенки
| (16) |
где 
, 
– коэффициенты теплоотдачи со стороны конденсирующегося пара и со стороны раствора, 
– суммарное термическое сопротивление стенки.
Расчет коэффициента теплоотдачи со стороны конденсирующегося параодинаков для всех конструкций аппаратов и может быть выполнен по формуле
| (17) |
где 
–теплота конденсации греющего пара, 
, 
, 
– плотность, теплопроводность и вязкость конденсата греющего пара при средней температуре пленки конденсата 
, 
–разность температур конденсации пара и стенки со стороны пара.
Разность температур 
зависит от соотношения коэффициентов теплоотдачи и и от полезной разности температур для данного корпуса. По этой причине в начале расчета ею приходится ориентировочно задаваться с обязательной последующейпроверкой.
Проверка основана на закономерности, чтодля установившегося процесса теплопередачи удельная тепловая нагрузка 
в направлении передачи теплоты постоянна. Тогда справедливо соотношение
| (18) |
где 
– перепад температур на стенке, 
– разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой раствора.
Расчет ведут методом последовательных приближений.
Сначала рассчитывают коэффициент теплоотдачи со стороны пара . Определяют значение удельной тепловой нагрузки . Затем находят суммарное термическое сопротивление стенки . Так как термическое сопротивление загрязнения со стороны пара пренебрежимо мало, при расчете суммарного термического сопротивления стенки, как правило, учитывают только термическое сопротивление материала стенки и накипи, т. е. 
, где 
, 
толщина стенки и слоя накипи, 
, 
коэффициенты теплопроводности материала стенки и накипи. Перепад температур на стенке будет равен 
. Полезная разность температур 
, может быть рассчитана как сумма перепадов температуры 
. Тогда 
или 
. После определения 
рассчитывают коэффициент теплоотдачи и удельную тепловую нагрузку по формуле 
. Сравнивают полученное значение удельной тепловой нагрузки с ранее рассчитанным. Точное задание должно привести к равенству значений тепловых нагрузок. Если они не совпадают, то, принимая новые значения , расчет повторяют до тех пор, пока не достигнут совпадения. Значения коэффициентов теплоотдачи, полученные в последнем расчете, используют для определения коэффициента теплопередачи.
|
|
|
Естественно, проверку не выполнить без знания коэффициента теплоотдачи , расчет которого выполняется по-разному в зависимости от конструкции аппарата.
В аппаратах с пузырьковым кипением раствора в трубах греющей камеры коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору при условии естественной циркуляции можно рассчитать с помощью уравнения
| (19) |
где 
, 
, 
, 
, 
– соответственно, теплопроводность, плотность, поверхностное натяжение, теплоемкость и динамическая вязкость кипящего раствора, 
– теплота парообразования воды при давлении в аппарате, 
, – плотности водяного пара соответственно при атмосферном давлении и давлении в выпарном аппарате.
В аппаратах с вынесенной зоной кипения, а также в аппаратах с принудительной циркуляцией обеспечиваются высокие скорости движения раствора в трубах и вследствие этого устойчивый турбулентный режим течения. Для вычисления коэффициентов теплоотдачи со стороны раствора можно использовать уравнение
| (20) |
Физические параметры, входящие в критерии подобия, определяют при средней температуре раствора 
.
При кипении раствора в пленочных выпарных аппаратах коэффициент теплоотдачи рекомендуется рассчитывать по уравнению
| (21) |
где – теплопроводность кипящего раствора, 
– толщина пленки раствора.
Толщина пленки раствора определяется по формуле
| (22) |
где 
– кинематическая вязкость раствора, 
– критерий Рейнольдса для пленки жидкости, Г – линейная массовая плотность орошения, равная 
, – динамическая вязкость кипящего раствора, 
– массовый расход раствора, 
– смоченный периметр 
– тепловая нагрузка, которая в расчете принимается равной 
.
|
|
|
Значения коэффициентов и показателей степени:
при 
, 
, 
при 
, 
, 
|
|
|
