Определение коэффициентов теплопередачи в выпарных аппаратах МВУ

2016-01-05

701

Обсуждений (0)

0.00 из 5.00 0 оценок

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 Следующая ⇒

Для расчета выпарных аппаратов с цилиндрическими кипятильными трубками, толщина стенок которых не более 2,5¸3 мм, можно пользоваться формулой :

; (24)

где - коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара к наружной стенке трубы, Вт/(м²×К);

- коэффициент теплоотдачи от стенки к выпариваемому раствору, Вт/(м²×К);

- толщина стенки кипятильной трубы, м.

- коэффициент теплопроводности материала трубы, Вт/(м×К);

- термическое сопротивление загрязнений с обеих сторон кипятильной трубы, (м²×К)/Вт. Значение выбирают по экспериментальным данным [8,2,20], но если известны толщины отложений на внутренней и наружной поверхностях и их коэффициенты теплопроводности и , то вычисляют по формуле :

(25)

- термическое сопротивление оксидной пленки (учитывается только для труб из углеродистой стали).

Часто расчетный коэффициент теплопередачи вычисляют по формуле :

; (26)

где - коэффициент теплопередачи, найденный по формуле [24] в случае, когда ;

- поправочный коэффициент на загрязнение, величина которого находится в пределах от 0,7 до 0,9 в зависимости от количества отложений и их теплопроводности.

При кипении раствора, движущегося внутри трубы, имеют место две зоны теплообмена и гидродинамики.

а) Зона от начала обогрева до сечения, в котором стенка трубы достигает температуры насыщения, соответствующей давлению в этом сечении, т.е. зона, в которой происходит только повышение температуры раствора при отсутствии процесса кипения. Это так называемая конвективная зона.

б) Зона развитого кипения.

Методика расчета теплопередачи при пузырьковом кипении в трубе [9] рекомендует следующий его порядок:

I. Выбирают отношение площади сечения обратной циркуляционной трубы выпарного аппарата , к площади поперечного сечения трубного пучка . Рекомендуется

2. Определяют размер, пропорциональный отрывному диаметру парового пузыря :

; (27)

где - коэффициент поверхностного натяжения для раствора, H/м. Определяется по концентрации и температуре выпариваемого раствора из [4] :

- плотность раствора, кг/м³; определяется по концентрации и температуре раствора из [4] :

- плотность вторичного пара, определяется по давлению вторичного пара из [3] :

- ускорение свободного падения,

3. Определяют число Прандтля для раствора по формуле:

(28)

где - изобарная теплоемкость раствора:

- динамический коэффициент вязкости раствора :

- теплопроводность раствора :

Указанные теплофизические свойства и число Прандтля определяют по концентрации и температуре раствора в данной ступени из [4] :

4.Кратностью циркуляции называют отношение количества раствора, кг/ч, циркулирующего в контуре выпарного аппарата, к паропроизводительности аппарата . Определяется по формуле:

(29)

где С – коэффициент, значение которого выбирают в зависимости от типа выпарного аппарата по табл. 2.

Таблица 2 - Характеристики циркуляционного контура выпарного аппарата

Обозначение аппарата ГОСТ 1987-73	С в формуле (34)	H_tp, м	L_tp, м	D_tp, м	z_М
Тип II Исполнение II:	0,068	1.5D_к	1.3D_к+0.6		0,72

- длина и внутренний диаметр кипятильной трубы, м. Выбирается для заданного типа аппарата по [10];

- динамический коэффициент вязкости вторичного пара, Па×с, выбирается по параметрам пара из [3] :

- теплота парообразования вторичного пара :

- полезная разность температур в данном аппарате, °С или К. Пределы применения формулы (34):

n = ;

n =

5. Определяют массовое паросодержание двухфазного потока на выходе из кипятильных труб :

(30)

6. Вычисляют количество раствора, поступающего в кипятильные трубы :

; (31)

7. Определяют площадь сечения трубного пучка аппарата

; (32)

где - число труб в греющей камере, шт; ориентировочно выбирается по [10]; z=1580.

8. Находят массовую скорость двухфазового потока по формуле :

; (33)

9. Определяют число Рейнольдса потока жидкости в конвективной зоне кипятильной трубы:

(34)

Если , то переходят к другому варианту расчета, уменьшая число труб в греющей камере до тех пор, пока число не станет больше или равным 2200. Если , то коэффициент принимают :

10. Принимаем поправку на компановку труб:

11. Число Нуссельта вычисляется по формуле :

; (35)

;

Далее определяется коэффициент теплоотдачи со стороны раствора в зоне конвективного теплообмена:

(36)

12. Находят температуру стенки трубы со стороны конденсирующего пара:

(37)

где - температура греющего пара, ºС;

_В – температура кипения раствора, ºС;

13. Определяют температуру пленки конденсата:

(38)

14. По табл. 4 в зависимости от выбирают коэффициент А, т.е. :

Таблица 4 - Коэффициент А для воды в зависимости от

⁰C ⁰C
А

15. Температурный напор насыщенный пар-стенка при конденсации вычисляют по соотношению :

(39)

16. Коэффициент теплоотдачи при конденсации насыщенного водяного пара рекомендуется вычислять по формуле :

(40)

где - теплота парообразования для греющего пара, кДж/кг; выбирается по параметрам пара из таблиц [3] :

17. Усредненную температуру стенки трубы в конвективной зоне определяют из выражения:

(41)

18. Для определения размеров конвективной зоны предварительно вычисляют следующие коэффициенты:

а) (42)

Здесь в Дж/кг.

б) (43)

м;

в) (44)

г) (45)

д) (46)

е) . (47)

19. Вычисляют параметр двухфазного потока :

; (48)

и далее определяют структуру двухфазного потока в зависимости от величины и по рис. 12источник /1/. Если при кипении имеет место туманообразный поток в трубах, который недопустим при работе выпарного аппарата, то нужно перейти к другому варианту расчета, увеличивая число труб в греющей камере или внутренний диаметр кипятильной трубы .

I,II,III,IV,V-пузырьковый поток.

20. Объемная доля жидкости в двухфазном потоке и множитель, учитывающий потери давления в двухфазном потоке , определяют в зависимости от по графикам рис.13.

21. Определяют массовоепаросодержание двухфазного потока, равное 1/3 от : и соответственно ему – параметр двухфазного потока

x =0,00699;x =0,01419;x =0,02051;x =0,02293

(49)

22. Объемную долю жидкости и множитель определяют в зависимости от по графикам рис.13 :

23. Определяют массовоепаросодержание двухфазного потока, равное 2/3 от : , и соответственно ему – параметр двухфазного потока:

x =0,00699;x =0,01419;x =0,02051;x =0,02293;

(50)

24. Объемную долю жидкости и множитель определяют в зависимости от по графикам рис.13 :

25. Вычисляют количество жидкой фазы на выходе из кипятильных труб:

; (51)

26.Определяют диаметр трубопровода парорастворной смеси, так называемой трубы вскипания. В современных выпарных аппаратах кипение раствора происходит непосредственно в трубе вскипания, установленной над греющей камерой. Кипение в трубах предотвращается за счет гидростатического давления столба жидкости в трубе вскипания [10] :

(52)

где - площадь поперечного сечения трубопровода парорастворной смеси, м². Принимается [9] :

м;

27. Число Рейнольдса для потока в зоне течения парорастворной смеси определяют по приведенной скорости жидкой фазы:

; (53)

28. Коэффициент трения для парорастворной смеси определяют в зависимости от по графикам рис.14, т.е. .

29. Число Рейнольдса для потока в зоне кипения определяют по приведенной скорости жидкой фазы:

(54)

30. Коэффициент трения для потока в зоне кипения определяют в зависимости от по графикам рис.14, т.е. .

31. Вычисляют коэффициенты для определения размеров конвективной зоны:

а) (55)

б) ; (56)

32. Плотность двухфазного потока раствора на выходе из кипятильных труб вычисляют по формуле:

(57)

33. Высоту трубопровода парорастворной смеси (трубы вскипания) относительно верхней трубной решетки выбирают по типу аппарата из табл.2, где - диаметр кожуха греющей камеры аппарата, м, [10]: