Расчет коэффициентов теплопередачи

3.3 Расчет коэффициентов теплопередачи

3.3.1 Расчет коэффициента теплопередачи выпарного аппарата

Коэффициент теплопередачи определим по уравнению аддитивности термических сопротивлений:

где ,  - коэффициенты теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке и от стенки к кипящему раствору;

- суммарное термическое сопротивление.

Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки  и накипи  без учета термического сопротивления загрязнений со стороны пара.

Выпарной аппарат выполнен из нержавеющей стали 12Х18Н10Т с =26,3Вт/(м*К), толщина стенки 2мм. Для накипи примем значения 2 Вт/(м*К) и 0,4мм;

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке:

(3.3.1.2)

где r - теплота конденсации греющего пара, Дж/кг;

, , ^- соответственно плотность, кг/м³; теплопроводность, Вт/(мК);

вязкость, (Па*с) конденсата при средней температуре пленки

t_пл=t_{г нас}-,

где  - разность температур конденсации пара и стенки, °С.

Расчет α₁ проведем методом последовательных приближений по [2]. Примем в первом приближении =2°С.

Тогда t_пл =127,43-2/2= 126,43 °С;

r=2184,75*10³

=928

=0,685

=0,221*10^-3

[6,с.111]

Для установившегося процесса передачи тепла удельная тепловая нагрузка:

(3.3.1.3)

где  - перепад температур на стенке, °С;

 - разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, °С;

;

Распределение температур в процессе теплопередачи от пара через стенку к кипящему раствору показано на рисунке 3.1.

1 - пар; 2 - конденсат; 3 - стенка; 4 - накипь; 5 - кипящий раствор.

Рисунок 3.1 - Распределение температур в процессе теплопередачи от пара к кипящему раствору через многослойную стенку.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубках при условии естественной циркуляции раствора:

(3.3.1.4)

Физические свойства кипящего раствора и его паров при t_ср=107,57°С по [11,с.135,136] указаны в таблице 3.1.

Таблица 3.1

=8773*2=17546 Вт/м²;

=3516* 11,39=40047 Вт/м²;

Для второго приближения примем =3°С.

Изменением физических свойств конденсата при изменении температуры на 1 градус пренебрегаем.

=7927 Вт/(м²К);

=7927*3*2,76* 10^-4=6,77 °С; =18,23-6,77-3=8,46 °С;

=9,99(7927*3)^0,6=4220Вт/(м²)

=7927*3=23781 Вт/м²;=4220*8,46=35701 Вт/м²;

Для третьего приближения примем =4°С.

=7377 Вт/(м²К);

=7377*4*2,76* 10^-4=8,14 °С;

= 18,23-8,14-4=6,09 °С;

=9,99 (7377*4)^0,6=4803 Вт/(м²К);

=7377*4=29508 Вт/м²;

=4803*6,09=29250 Вт/м².

Расхождение между тепловыми нагрузками 0,9% допускается.

Коэффициент теплопередачи для выпарного аппарата:

=1614 Вт/(м²*К).