Коэффициент теплоотдачи а, со стороны кипящей жидкости

Уравнения теплоотдачи при кипении жидкостей существенно различаются в зависимости от вида термомеханического режима этого энергоемкого гетерогенного процесса, сопровождающегося фазовым превращением. По характеру и интенсивности кипения различают три основных режима процесса: пузырьковый; пузырчато-пленочный и пленочный. В химической технологии наибольшее применение нашел первый режим, обеспечивающий более высокую интенсивность теплообмена.

Для пузырькового режима кипения в большом объеме коэффициент теплоотдачи от поверхности горизонтальных трубок пучка рассчитывается по следующей зависимости [2, с. 165]:

где b – коэффициент, равный

l – коэффициент теплопроводности жидкой фазы при температуре кипения,

n – коэффициент кинематической вязкости жидкости при этой же

температуре, м²/с;

s– поверхностное натяжение на границе раздела между жидкостью и паром при температуре кипения, Н/м;

Т_кип – температура кипения, °К;

q – удельная тепловая нагрузка, Вт/м ;

r_п, r_ж – соответственно плотности паровой и жидкой фаз, кг/м³.

В рассматриваемом случае Т_кип = t₂ = 110 °С = 383°К, так как при определении значения коэффициента теплопередачи за жидкую фазу принимается флегма, уходящая из испарителя, а она находится в равновесии с паром при температуре t₂ = 110°C.

Плотность паровой фазы определим по уравнению Менделеева-Клайперона:

где r₀ – плотность пара при нормальных условиях, кг/м³;

Т_о – 273 °К;

Р = 1200 мм.рт.ст. – давление в испарителе;

Р₀ = 760 мм.рт.ст.

После подстановки всех величин в формулу получим:

Плотность жидкости, уходящей из испарителя, определяем по уравнению:

где x₀₁ = 0,048; х₀₂ = 0,952 – содержание уксусной кислоты и воды в уходящей из испарителя жидкости, % _масс;

р₀₁ = 940 кг/м³; р₀₂ =950,5 кг/м³ – их плотности при t₂ = 110 °С [1,с. 804]

Коэффициент теплопроводности жидкой фазы определяется по правилу аддитивности:

где l₁ = 0,153 ; l₂ = 0,683 – коэффициенты теплопроводности уксусной кислоты и воды при t₂ = 110 °С [ 1, с. 810].

Коэффициент динамической вязкости m определяем по уравнению:

где х₀₁’ = 0,048; х₀₂ = 0,952 – мольные доли уксусной кислоты и воды в жидкости, уходящей из испарителя;

m₁ = 0,415×10^-3 Па×с; m₂ = 0,258×10^-3 Па×с – их динамические вязкости при t₂ = 110 °С [1, с. 806].

Тогда кинематическая вязкость жидкой смеси определяется как

Поверхностное натяжение на границе раздела пар – жидкостьопределим по уравнению:

где s₁ = 18,9×10^-3 Н/м²; s₂ = 56,9 ×10^-3 Н/м² – поверхностные натяжения уксусной кислоты и воды при t₂ = 110 °C [1, с. 812].

Коэффициент теплоотдачи определим после предварительного расчета коэффициента b .

Тогда

Коэффициент теплоотдачи со стороны кипящей жидкости, как функция удельной тепловой нагрузки испарителя, определяется по формуле