Расчет коэффициентов теплопередачи по корпусам

Определив температуры кипения растворов по корпусам можно рассчитать коэффициенты теплопередачи.

Коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле

K=l/[(l/α₁)+Σ(δ/λ)+(l/α₂)],

где Σ(δ/λ) − сумма термических сопротивлений стенки и ее загрязнений, м²∙К/Вт.

Примем суммарное термическое сопротивление стенки равное термическому сопротивлению стенки δ_ст/λ_ст и накипи δ_н/λ_н. Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем. Получим

Σ(δ/λ)=0,002/25,1+0,0005/2=2,87∙10^-4 м²∙К/Вт.

Определение коэффициента теплоотдачи α₁

Коэффициент теплоотдачи α₁ определяется по формуле

α₁=2,04[(λ³ρ²r)/(μΔt₁H)]^1/4,

где λ - теплопроводность конденсата, Вт/(м²∙°К); ρ − плотность конденсата, кг/м³ (приложение А22); r – удельная теплота парообразования, Дж/кг; μ − вязкость конденсата, Па∙с; Δt₁ − разность температур, °С, равная разности между греющим паром и стенкой со стороны пара, принимаем Δt₁=2 ^оС; Н − высота трубы, м.

Для выбора значения H ориентировочно определяем поверхность теплопередачи выпарного аппарата. При кипении водных растворов принимают удельную тепловую нагрузку в аппаратах с принудительной циркуляцией q=40000-80000Вт/м². Принимаем q=50000 Вт/м₂. Тогда поверхность теплопередачи первого корпуса ориентировочна равна

F_ор=Q/q=W₁ ∙ r_вт1/q=2,7∙2239000/50000=120 м².

По приложению Б6 трубчатые аппараты с принудительной циркуляцией и вынесенной греющей камерой ( тип 1, исполнение 2 ), состоят из кипятильных труб высотой H = 6 м, при диаметре d_н = 38 мм и толщине стенки δ = 2 мм.

Коэффициент теплоотдачи α₁ в первом корпусе равен

α₁=2,04∙[(0,686³∙939²∙2198∙10³)/(222∙10^-6∙2∙6)]^1/4=7986 Вт/(м²∙К).

Коэффициент теплоотдачи α₁ во втором корпусе равен

α₁=2,04∙[(0,684³∙952²∙2242∙10³)/(260∙10^-6∙2∙6)]^1/4=7751 Вт/(м²∙К).

Определение коэффициента теплоотдачи α₂

Для выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией растворов коэффициент теплоотдачи α₂ определяется по формуле

α₂=(Nuλ_р-ра)/d,

где Nu – кртерий Нуссельта рассчитывается по формуле

Nu=0,023Re^0,8Pr^0,43.

Критерий Рейнольдса равен

Re=(ωdρ_р-ра)/μ_р-ра.

Критерий Прандтля равен

Pr=(c_р-раμ_р-ра)/λ_р-ра.

где ρ_р-ра − плотность раствора, кг/м³; μ_р-ра − вязкость раствора, Па∙с; c_р-ра − теплоемкость раствора, Дж/(кг∙К); d − внутренний диаметр труб, м; λ_р − теплопроводность раствора, Вт/(м∙К); ω − скорость движения раствора, м/с.

Физические, теплофизические свойства пищевых растворов определяются при температуре кипения и концентрации в корпусе (приложения А1 – А13). Свойства раствора NaCl определяются по [5]. Плотность раствора ρ_р1=1046 кг/м³; ρ_р2=1180 кг/м³ [5, 541]. Теплопроводность раствора λ_р1=0,59 Вт/м∙К; λ_р2=0,58 Вт/м∙К [5, 642]. Динамический коэффициент вязкости μ_р1=0,18∙10^-3 Па∙с;

μ_р2=0,57∙10^-3 Па∙с [5, с. 715]. Теплоемкость с₂=3246,8 Дж/кг∙К;

c₁=3857 Дж/кг∙К [3, 248].

Расчет коэффициента теплоотдачи α₂ в первом корпусе

Рассчитываем критерий Рейнольдса, приняв скорость циркуляции ω₁=1,5 м/с [4, 175].

Критерий Рейнольдса

Re₁=(1,5∙0,034∙1046)/0,18∙10^-3=296367.

Критерий Прандтля

Pr₁=(3857∙0,18∙10^-3)/0,59=1,17.

Критерий Нуссельта

Nu₁=0,023∙296367^0,8∙1,17^0,43=581.

Коэффициент теплоотдачи α₂ равен

.

Расчет коэффициент теплоотдачи α₂ во втором корпусе

Принимаем скорость циркуляции раствора ω₂ = 1,5 м/с.

Критерий Рейнольдса

Re₂=(1,5∙0,034∙1180)/0,57∙10^-3=105578.

Критерий Прандтля

Pr₂=(3246,8∙0,57∙10^-3)/0,58=3,19.

Критерий Нуссельта

Nu₂=0,023∙105578^0,8∙3,19^0,43=356.

Коэффициент теплоотдачи α₂ равен

.

Коэффициент теплопередачи в первом корпусе равен

.

Во втором корпусе

.