4 Тепловой расчет

Перед составление теплового баланса процесса выпаривания, найдём некоторые необходимые в дальнейшем значения величин.

Температура начального раствора при атмосферном давлении

,

где - температурная депрессия, . Определяем [2, с 568] ,

.

Температура конечного раствора определяется по правилу Бабо [2, с 251]

,

где – давление паров раствора и чистого растворителя при одинаковой температуре, .

Из имеющихся данных [2, с 251] о давлении паров жидких растворов при атмосферном давлении находим для NaOH 60%

.

Тогда значение давления водяных паров при температуре кипения конечного раствора при давлении в сепараторе

Определяя температуру насыщенного водяного пара при давлении [2, с 548], найдём температуру кипения конечного раствора

Теплоёмкости начального и конечного раствора [3, с 808]

Параметры вторичного пара – давление, температура, энтальпия [2, с 548]

Энтальпия греющего пара и его конденсата [2, с 549]

Теплота концентрирования [1, с 12]

,

где - производительность аппарата по растворённому веществу, кг/с;

- удельная интегральная теплота растворения начального и конечного раствора отнесенная к растворённому веществу, Дж/кг. Определяем приближённое значение [1, с 15] , ,

И из уравнения теплового баланса [1, с 11] находим расход греющего пара

,

где - коэффициент потерь тепла, обычно принимается ,

Тогда тепловая нагрузка аппарата

Уравнение теплопередачи

где k – коэффициент теплопередачи, ;

- полезная разность температур, К;

F – площадь поверхности теплообмена, .

Расчёт полезной разности температур осуществляется следующим образом [2, с 252]

,

где - общая разность температур, К. Определяется так [2, с 252]

- сумма потерь складывающаяся из температурной (), гидростатической () и гидравлической () депрессий. Температурная депрессия определяется как , гидростатическая депрессия обычно принимается , гидравлическая обычно принимается ,

.

Далее. Задаемся рядом значений температур стенки со стороны греющего пара величинами от до , т.е.

, , , , .

Для соответствующих принятых температур рассчитываем для ряд значений коэффициентов теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенки [1, с 15]

,

где - коэффициент теплопроводности конденсата, Вт/мК. Принимаем [2, с 537] кг/м³;

- плотность конденсата кг/м³, Принимаем [2, с 537] 907 кг/м³;

r – удельная теплота конденсации, Дж/кг. Принимаем [2, с 549] Дж/кг;

g – ускорение свободного падения, g=9,81 м/с²;

-динамический коэффициент вязкости, Па^.с. Принимаем [2, с 556] Па^.с;

Н – высота трубок. Принимаем [1, с 25] рекомендуемое значение 8 м.

Тогда

,

,

,

,

.

Определим удельные тепловые потоки для принятых значений температур из уравнения теплоотдачи

.

Получим

,

,

,

,

.

Определим ряд значений температур стенки со стороны нагреваемой жидкости5000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 [1, с 20]

,

где – толщина стенки трубок, м. Принимаем [1, с 25] трубки 20х2 тогда ;

– коэффициент теплопроводности материала трубок, Вт/мК. Принимаем [2, с 529] 46.5 Вт/мК .

Тогда

,

,

,

,

.

Коэффициент теплоотдачи от трубок к упариваемому кипящему раствору при развитом пузырьковом кипении [1, с 16]

,

где b – безразмерный коэффициент, определяем [1, с 17]. Для этого находим по упариваемой жидкости [4, с 805] и по вторичному пару [2, с 548] , тогда ;

- теплопроводность выпариваемого раствора при температуре кипения, Вт/мК. Определяем [4, с 810] ;

- плотность выпариваемого раствора, . Смотреть выше ;

- динамический коэффициент вязкости, Па^.с. Принимаем [4, с 806] Па^.с;

- поверхностное натяжение, Н/м. Принимаем [4, с 812] ;

- температура кипения раствора, К,

;

;

;

;

.

Определим удельный тепловой поток от стенки к выпариваемому раствору из уравнения теплоотдачи

,

,

,

,

,

.

Определим истинное значений удельного теплового потока. Для этого построим график зависимости удельных тепловых потоков и от температуры стенки

Таблица 2 – Зависимость удельных тепловых потоков и от температуры стенки

	159	150	140	130	120
	10 409	58 530	98 440	133 440	165 560
	339 956	199 950	111 282	49 764	18 424

По таблице 2 строим графики и находим значения истинного теплового потока и температуры стенки

Рисунок 1 – График зависимости и от

Ордината точки пересечения кривых соответствует истинному значению теплового потока, а абсцисса – истинное значение температуры стенки

, .

Истинная температура стенки со стороны жидкости

.

Тогда истинные значения коэффициентов теплоотдачи

,

.

Истинный коэффициент теплопередачи

.

Определяем поверхность теплообмена [1, с 23]

.