3.1.2 Теплоотдача при пленочной конденсации насыщенного пара

При обогреве аппарата насыщенным водяным паром [3] происходит конденсация на плоской или цилиндрической вертикальной поверхности высотой Н при ламинарном течении пленки конденсата (теоретическая формула Нуссельта) и коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя ₁, Вт/(м∙К) рассчитываем по формуле:

, (3.9)

где  – коэффициент теплопроводности конденсата, Вт/(м·К); – плотность конденсата, кг/м³; r – удельная теплота конденсации насыщенного пара, Дж/(кг∙К); – динамическая вязкость конденсата, Па∙с (по прил. А табл. А.4); Н – высота стенки, на которой идет конденсация, м; – разность температур между стеной и конденсатом (ориентировочно принимают 5÷10 С).

Вт/(м²∙К).

Истинное значение коэффициента теплоотдачи от горячего теплоносителя , Вт/(м∙К), определяется по выражению:

, (3.10)

где – коэффициент, зависящий от концентрации неконденсирующих газов в паре, приY = 1 % (рис. 3.1).

Определим коэффициент теплоотдачи с учётом данных, приведенных на рис.3.1,= 0,45.

Вт/(м²∙К).

Для плоской стенки коэффициент теплопередачи К, Вт/(м²∙К), определяется по уравнению

, (3.11)

где α₁ и α₂ – коэффициенты теплоотдачи для горячего и холодного теплоносителей, Вт/(м²∙К);  – термическое сопротивление стенки и загрязнений, (м²∙К)/Вт.

Рисунок 3.1 – Влияние примесей воздуха на коэффициент теплоотдачи

, (3.12)

где – толщина стенки аппарата, м;– коэффициент теплопроводности стенки аппарата, Вт/(м·К), определяются по табл. 3.1;= 7,5 мм, нержавеющая сталь;= 0,5 мм, эмаль.

Таблица 3.1 – Коэффициенты теплопроводности некоторых материалов при 0–100 °С

Материал	, кг/м3	, Вт/(м·К)
Эмаль	2350	0,872 ÷ 1,163
Алюминий	2700	203,5
Бронза	8000	64,0
Латунь	8500	93,0
Медь	8800	384
Свинец	11400	34,9
Сталь	7850	46,5
Нержавеющая сталь	7900	17,5
Чугун	7500	46,5 ÷ 93,0

Вт/(м²К).

3.2 Определение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи при охлаждении реактора водой

3.2.1 Теплоотдача при механическом перемешивании

Если в реакторе происходит процесс охлаждения реакционной массы с перемешиванием механической мешалкой, то коэффициент теплоотдачи к реакционной массе, Вт/(м²∙К), определяется по уравнению (3.1). Расчет проводят аналогично приведенному в п. 3.1 при средней температуре реакционной массы (инвертного раствора), t_ср = 70 °С.

,

,

,

Вт/(м²∙К).

3.2.2 Теплоотдача при охлаждении реактора водой, проходящей через гладкую цилиндрическую рубашку корпуса к стенкам корпуса

Коэффициент теплоотдачи от жидкости, проходящей через гладкую цилиндрическую рубашку корпуса к стенкам корпуса [8] ₁, Вт/(м²∙К) рассчитываем по формуле

, (3.13)

где иf – коэффициенты из табл. 3.2; – теплопроводность теплоносителя, Вт/(м·К) [6];H_руб – высота цилиндрической части рубашки, м.

Параметр определяют по формуле

, (3.14)

где ,  – соответственно температура стенки и средняя расчетная температура теплоносителя в рубашке, С; – параметр, для воды определяется по табл. 3.3.

Таблица 3.2 – Зависимость коэффициентов иfот произведения критериев

		f
До 10-3	0,450	0
От 10-3 до 5·102	1,180	0,125
От 5·102 до 2·107	0,540	0,250
Более 2·107	0,135	0,330

Таблица 3.3 – Параметр для воды, используемой в качестве теплоносителя

Температура воды, °С	10-9	Температура воды, °С	10-9
0	2,64	60	68,0
10	8,0	80	102
20	15,5	100	147
30	27,0	150	290
40	39,0	200	493

В первом приближении эти температуры находят по выражениям:

, (3.15)

, (3.16)

где ,и– соответственно температура перемешиваемой среды, температуры теплоносителя на входе в рубашку и на выходе из неё, °С.

С.

При этом значение (конечная температура охлаждающей воды С) является заданной величиной, так же можно её определить по объёмному расходу теплоносителя V_T, м³/с. Уточним

, (3.17)

где и  – плотность, кг/м³ и удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/(кгК) при средней температуре [2]; – количество тепла, отданного хладоагенту, Вт.

Объёмный расход теплоносителя V_T, м³/с, определим из массового расхода G’_в , кг/с:

, (3.18)

С,

С,

,

Вт/(м²К).

При расчёте температуры стенки апарата используют метод последовательных приближений, в соответствии с которым по формуле (3.19) определяют температуру стенки аппарата во втором приближении и сравнивают её с температурой стенки в первом приближении:

, (3.19)

где F – площадь теплообменной поверхности выбранного аппарата, м²; Q – количество тепла, отданного хладоагенту, Вт.

С.

Для проверки точности приведеного расчета следует определить параметр , характеризующий степень приближения температурыв первом приближении к расчетной температурево втором приближении по формуле:

, (3.20)

.

При приближение считается удовлетворительным. Тогда средняя разность температурбудет определяться по уравнению:

, (3.21)

где t – температура среды (заданная величина), °С.

В том случае, когда , температура стенки принимается равной значениюи расчёт повторяется.

Принимаем ==37 °С, тогда:

,

Вт/(м²×К),

°С,

.

Итак, для получения удовлетворительных результатов расчёта, приняли температуру стенки = 37 °С, тогда:

C,

Вт/(м²К).

Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м²∙К), при охлаждении реактора водой определяется по уравнению (3.11):

Вт/(м²∙К).