Температура горячего теплоносителя – конденсирующегося водяного пара – остается неизменной и равной =443 K. Следовательно, температурный напор в испарителе будет одинаковым по всей его поверхности и равным
ΔT= -T2=433-383=60 K
4. Коэффициент теплоотдачи со стороны кипящей флегмы
Для пузырькового режима кипения жидкости в большом объеме [в Вт/(м2*К)] можно определить по следующей зависимости, предложенной Кружилиным:
где , – соответственно плотности паровой и жидкой фаз, кг/м3; r – теплота парообразования, Дж/кг; σ – поверхностное натяжение на границе раздела между жидкостью и паром, Н/м или кг/с2; λж – теплопроводность жидкости, Вт/(кг*К); µж – коэффициент динамической вязкости жидкости, Па*с; – теплоемкость жидкости, Дж/(кг*К); – температура кипения флегмы, К; q – теплонапряжение поверхности нагрева, Вт/м2.
Все физические параметры= в формуле определяются при температуре кипения флегмы = =383 K.
Плотность паровой фазы определим по уравнению Менделеева – Клапейрона:
= *
где – плотность пара при нормальных условиях, кг/м3; = 273. К; π=1,47*106 Па – давление в испарителе; =98,1*103 Па;
Имеем:
= = = 2,6 кг/м3
После подстановки всех величин в формулу получим:
= 2,6 * = 28 кг/м3
Относительную плотность жидкости можно определить по формуле Мамедова:
=
где = 61,6. Получим:
=
После этого по известным формулам или графикам нетрудно найти плотность остатка при температурах:
= 383 K = 528 кг/м3
T = 288 K = 602 кг/м3
Теплоту парообразования найдем как разность энтальпий паровой и жидкой фаз:
r = - = 690, 8 – 422, 9 = 267, 9 кДж/кг = 267, 9*103 Дж/кг.
Поверхностное натяжение на границе раздела пар – жидкость определим по формуле Этвиша:
σ = (
где M = MR = 61,6 – средняя молекулярная масса остатка; = 528 кг/м3 – плотность остатка при температуре = 383 К; Ткр – критическая температура остатка, К; ; δ – постоянная, равная 7 К.
Найдем псевдокритическую температуру остатка по критическим температурам компонентов и их мольным долям в остатке:
Подставляя найденные величины в формулу Этвиша, получим:
Коэффициент теплопроводности жидкости вычислим по формуле:
Коэффициент динамической вязкости жидкости как для смеси неассоциированных жидкостей можно определить по формуле:
где – коэффициенты динамической вязкости компонентов жидкости.
Предварительно найдем для каждого из компонентов остатка значение µ при 383 К.
По графику имеем для пропана (С3Н8) при двух произвольно взятых температурах:
Для дальнейших расчетов воспользуемся формулой
Здесь С – некоторая постоянная величина, которую легко найти из этой зависимости:
Пользуясь той же формулой, определим µ1 при Т2 = 383 К:
откуда µ1 =
По тому же графику имеем для бутана (С4Н10):
при 290 K
при 310 K
Расчеты, аналогичные сделанным для пропана, дают:
Для пентана (С2Н12) получим:
при 290 K
при 308 K
Теперь по формуле, приведенной выше, найдем коэффициент динамической вязкости для жидкого остатка в испарителе при :
откуда
Теплоемкость жидкой фазы найдем по формуле:
Подставляя все найденные выше значения в формулу для , получим:
Таким образом, в зависимости от теплонапряжения поверхности за жидкую фазу везде принимается остаток R, а не флегма (VR+R), именно остаток R находится в равновесии с паром VR.
5. Коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующегося водяного пара
Для случая конденсации водяного пара внутри горизонтальных труб предложено уравнение
которое в рабочем виде записывается так:
где А=φ(Т ср) – коэффициент, зависящий от средней температуры конденсата и определяемый по графику (рис. 2.14); q – теплонапряжение поверхности нагрева испарителя, Вт/м2; l – длина трубы, м; d B – внутренний диаметр трубы, м.
Средняя температура конденсата равна:
где - температура насыщенного пара, K; – температура стенки со стороны конденсирующегося пара, K.
Температура , как правило, мало отличается от , поэтому без большой погрешности можно принимать .
По графику (рис. 2.14) при Т ср = 443 К А=6,2. Тогда .
Коэффициент теплопередачи
С учетом тепловых сопротивлений стенки и загрязнений ее обеих поверхностей коэффициент теплопередачи определим из уравнения:
где – толщина стенки трубы; – коэффициент теплопроводности материала стенки трубы; – тепловое сопротивление загрязнения внутренней поверхности труб, - принимается как среднее значение для водяного пара и мягкой воды; – тепловое сопротивление загрязнения наружной поверхности трубы, - принимается как для светлого нефтепродукта.
Таблица 2
Величины | Результаты расчетов | ||
q, Вт/м2 (принимается)...................... .................... .................. ............................ ............................... | 30 000 7 266 5 766 | 50 000 9 408 8 226 | 70 000 11 088 10 473 |
Тогда
Так как являются функциями теплонапряжения q, величина которого неизвестна, то вычисление 𝓀 ведем методом постепенного приближения. Задаемся различными значениями q и для каждого из них находим . Результаты расчетов сведены в таблице 2.
По данным этой таблицы строим график зависимости (рис.2.15), называемый нагрузочной характеристикой испарителя.
Зная, что в рассчитываемом испарителе средний температурный напор , находим по графику (рис. 2.15) соответствующее теплонапряжение поверхности нагрева .
Коэффициент теплопередачи в испарителе: