1.2.3 Расчет коэффициентов и построение нагрузочных кривых

В настоящем указании расчет коэффициентов теплообмена между конденсирующимся паром, стенкой и кипящим раствором предлагается выполнять графоаналитическим способом, основанном на том, что при установившемся режиме удельное количество тепла, передаваемое от пара к раствору через стенку является постоянным для всех видов переноса тепла, а именно[5, 6]:

( )

где i – номер корпуса в выпарной установке.

Для выполнения расчета графо-аналитическим способом, вначале при произвольно взятых нескольких значений температурных напоров Δt, определяются удельные тепловые потоки и затем строятся графические зависимости Δt= (q) для отдельных последовательно расположенных участков перехода теплоты в следующей последовательности: греющей пар – стенка – накипь – кипящий раствор.

Далее строятся так называемые нагрузочные кривые для каждого корпуса, представляющие собой суммарную зависимость Δt_пол.i= (q_i).

У

23

дельный тепловой поток от греющего пара к стенке трубы:

где   – коэффициент теплоотдачи при конденсации паров, ;

– температурный напор, .

Коэффициент теплоотдачи при конденсации паров рассчитывается по уравнению:

где r – удельная теплота парообразования, ; g – ускорение свободного падения, ; λ – коэффициент теплопроводности ( );μ – коэффициент динамической вязкости (Па с); ρ – плотность ( ).

Параметры λ, ρ, μотнесены к пленке конденсата пара при температуре пара.

Результаты предварительного расчета:

1 корпус:

2 корпус:

3 корпус: 

Задаваясь значениями в пределах от 1 до 6 , вначале рассчитывается коэффициент теплоотдачи α_Пi и затем удельный тепловой поток от пара к стенке . Результаты расчета представлены в таблице 1.2.3.1.

24

Таблица 1.2.3.1 – Результаты расчета зависимости

		1 корпус		2 корпус		3 корпус
1	1	12837	12837	12735	12735	12335	12335
2	0,840	10783	21566	10697	21394	10361	20722
3	0,760	9756	29268	9679	29037	9375	28125
4	0,707	9075	36300	9004	36016	8721	34884
5	0,670	8600	43000	8532	42660	8264	41320
6	0,640	8215	49290	8150	48900	7894	47364

Удельный тепловой поток, проходящий через стенку трубы:

Поскольку данное выражение представляет собой уравнение прямой линии, проходящей через начало координат, то для построения достаточно задаться любым, произвольно взятым значением . В данном случае

где = 17,5 Вт/(м – коэффициент теплопроводности стали марки 12Х18Н10Т; = 0,002 м– толщина стенки трубы.

Удельный тепловой поток, проходящий через слой накипи:

Данная зависимость строится аналогичным образом, что и предыдущая.

где = 2,3 Вт/(м – коэффициент теплопроводности слоя накипи (среднее значение); = 0,0005 м – толщина слоя накипи (принятая).

25

Удельный поток от поверхности накипи к кипящему раствору:

где – коэффициент теплоотдачи к кипящему раствору от слоя накипи в вертикальных контурах с естественной циркуляцией раствора, который определяется по следующему уравнению [6]:

где

здесь: – коэффициент теплопроводности раствора, ;

– поверхностное натяжение раствора, ;

– коэффициент динамической вязкости раствора, Па с;

q – удельная тепловая нагрузка, ;

–произведение среднего диаметра пузырьков пара, возникаю-щих при кипении, на число пузырьков, образующихся в единицу времени:

где – плотность пара при температуре t= 100 , ; – плотность вторичного пара при соответствующей температуре пара в аппарате, .

Значения теплофизических параметров раствора и пара для расчета по корпусам выпарной установки приведены в таблице 1.2.3.2.

26

Таблица 1.2.3.2 – Теплофизические свойства раствора и пара по корпусам

Параметр	Усл. обозн.	Ед. изм.	Корпуса
			1	2	3
Температура кипения раствора в трубах			152	125	83
Вязкость раствора		Па с	0,46	0,76	4,50
Поверхностное натяжение раствора			60,0	70,5	128,5
Коэффициент теплопроводности раствора			0,59	0,50	0,48
Уд.теплоемкость раствора			3,94	3,81	3,18
Плотность раствора			1000	1070	1480
Теплота испарения вторичного пара			2120	2207	2388
Плотность вторичного пара			2,530	1,120	0,070
Плотность пара при 100			0,597	0,597	0,597

Используя данные таблицы 1.2.3.2 производится расчет коэффициента теплоотдачи при кипении раствора, который представлен в таблице 1.2.3.3.

Таблица 1.2.3.3 – Результаты последовательного расчета определяющих критериев и коэффициента теплоотдачи при кипении раствора

Расчетные уравнения	Корпуса
	1	2	3
	0,01	0,04	0,82
	3,07	5,75	29,80

27

Продолжение таблицы 1.2.3.3

Для построения зависимости вначале необходимо задаться значениями q^IV, а затем рассчитывается _р-ра и далее . Результаты расчета приведены в таблице 1.2.3.4.

Таблица 1.2.3.4 – Результаты расчета зависимости

№ п/п	qIV		1 корпус			2 корпус		3 корпус
1	10000	250	2550	3,92	1555		6,43	645	15,50
2	15000	320	3264	4,59	1990		7,54	826	18,16
3	20000	380	3876	5,16	2364		8,46	980	20,40
4	25000	435	4437	5,63	2706		9,24	1122	22,28
5	30000	485	4947	6,06	3017		9,94	1251	23,98
6	35000	532	5426	6,45	3309		10,58	1373	25,49
7	40000	577	5885	6,80	3590		11,14	1487	26,90
8	45000	619	6314	7,12	3850		11,69	1597	28,18

Н

28

а рисунке 1.2.3 приведены графические зависимости температурных напоров от удельной тепловой нагрузки для всех стадий переноса тепла.

Рисунок 1.2.3 –  Зависимость температурного напора от удельной тепловой нагрузки:

1 – ; 2 – ; 3 – ; 4 – ;

5 – ; 6 – ; 7 – ;

8 – ; 9 – – (1корпус);

10 – – (2 корпус); 11 – – (3корпус).

29