Лабораторная работа № 1 ознакомление с основами расчета теплообменных аппаратов на примере процесса выпаривания (4 часа)

1 Цель работы

а) Определение коэффициента теплоотдачи от пара к стенке;

б) определение коэффициента теплоотдачи от стенки к кипящему раствору.

2 Подготовка к лабораторной работе

а) Изучить материал по теме данной работы в настоящем пособии, а также в рекомендованной литературе ([1], С. 359–379), в Приложениях А–Д;

б) выучить определения основных понятий и терминов темы (см. Приложение Б).

Основные термины и понятия

Капельная конденсация пара;

коэффициент теплоотдачи;

коэффициент теплопередачи;

коэффициент теплопроводности;

лимитирующая стадия;

пленочная конденсация пара;

скорость тепловых процессов;

средняя разность температур;

теплоемкость удельная;

теплоотдача;

теплопередача;

термическое сопротивление;

термическое сопротивление системы;

удельная теплота фазовых превращений.

1

1

1

1

1

3 Теоретические сведения

3.1 Наиболее значимые свойства растворов при выпаривании

К свойствам растворов, имеющим значение для процессов выпаривания, относятся температурные депрессии, теплоемкость и теплота растворения.

3.1.1 Температурная депрессия

При одной и той же температуре Т давление паров над чистым растворителем Р_а больше, чем давление паров над раствором Р_в, и соответственно, при одном и том же давлении Р_абс температура кипения растворителя меньше температуры кипения раствора.

Т – const Р_а > Р_в

Р_абс – const Т_кип.а < Т_кип.в

Разность между температурами кипения раствора и растворителя называется температурной депрессией

Т_р-ра – Т_р-ля = Δ_Д^/, (1)

где Т_р-ра – температура кипения раствора;

Т_р-ля – температура кипения растворителя;

Δ_Д^/ – температурная депрессия.

Для определения Δ_Д^/ существует несколько формул:

- для концентрированных растворов недиссоциирующих веществ

, (2)

где R_μ = 8,31 – универсальная газовая постоянная, Дж/моль·К;

Т_кип – температура кипения растворителя, К;

с – концентрация растворенного вещества, моль/моль растворителя;

r – мольная теплота испарения растворителя, Дж/моль.

- для диссоциированных растворенных веществ:

Δ_Д^/, (3)

где i – отношение общего числа частиц, получающихся в результате диссоциации, к исходному числу частиц растворенного вещества.

Температурная депрессия опытным путем может быть определена по уравнению

Δ_Д^/, (4)

где в – константа, определяемая опытным путем.

Обычно Δ_Д^/ не вычисляют, а находят по таблицам.

3.1.2 Гидростатическая депрессия

Гидростатическая депрессия характеризует повышение температуры кипения раствора с увеличением давления гидростатического столба жидкости. Гидростатическая депрессия проявляется лишь в аппаратах с кипением раствора в кипятильных трубах нагревательной камеры. В этом случае за температуру кипения раствора принимают температуру кипения в средней части кипятильных труб.

(5)

где – температура кипения растворителя при давленииР_ср в средней части кипятильных труб, К;

–температура вторичного пара при давлении в аппарате Р_а, К.

Давление в средней части кипятильных труб определяют из выражения

(6)

где Н – высота кипятильных труб, м;

ρ_пж – плотность парожидкостной смеси в аппарате, кг/м³.