Диссертация (1152329), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

имеет место ламинарныйрежим течения. При Re > ReKP - смешанный режим течения в расчетахиспользуются безразмерные величины (критерии подобия) и физическиекомплексы.Z  l0  t  A(t Н ) - приведенная высота;Re = α·l0·∆t·D(tН) - число Рейнольдса;14 g 3 A(t H )   2  B (t H ) - комплексы, зависящие от tн;r  r  1 C  3    8 - поправка, учитывающая зависимость конденсата от t          C температуры,Где α - искомый коэффициент теплоотдачи; l0 - характерный размер; Δt = tH - tc температурный напор; tH - температура насыщения; tc - температура стенки; μ, λ,νсвойства конденсата, выбранные при температуре tH; μс, λс- свойства конденсата,выбранные при температуре tc; g - ускорение силы тяжести; r- удельная теплотафазового перехода.В ламинарной области для расчета коэффициента конденсации неподвижногопара, характерного для тупиковых теплообменников рубашечного типа, в первомприближении может быть использована формула Нуссельта.

Для вертикальныхтруб:  0,943  r  g   2  3 /   t  h 1/ 4(6)Таким образом, необходимо иметь значения плотности (ρ), вязкости (μ),теплопроводности (λ) и теплоты парообразования (r) водных растворов,рекомендуемых в качестве универсального теплоносителя.34С целью подобрать оптимальный теплоноситель, были проведеныаналитические расчеты теплотехнических характеристик ряда водных растворовсолей, щелочей, глицерина, а также этиленгликоля и пропиленгликоля.Для расчета данных теплофизических характеристик водных растворов,предлагаемыхвкачествепромежуточныхдвухфазныхтеплоносителей,применялись номограммы, приведенные в номографическом справочнике подредакцией П.Е.

Богданова [14].Теплоемкость, теплопроводность, плотность и вязкость водных растворовсолей и щелочей определялась по номограмме на рисунках 2.1а, 2.1б, 2.1в и 2.1дсоответственно.Рисунок 2.1 - а).б).Номограмма для определенияНомограмма для расчетатеплоемкости водных растворовтеплопроводности водныхрастворов солей и щелочейрастворов солей и щелочей35в).г).Номограмма для определенияНомограмма для определенияплотности водных раствороввязкости водных растворовсолей и щелочейсолей и щелочейНиже определены аналитически, используя известные методы, значениятеплотыиспарения,плотности,теплоемкости,теплопроводностикинематической вязкости растворов в пределах температур кипения жидкостей.Для вычисления теплоты испарения водных растворов использованоуравнение Клапейрона — Клаузиуса .[119]r = l/m (7),где: r - теплота испарения жидкости, кДж/кг; m-молекулярный вес, а.е.м.;l - молекулярная теплота испарения, кДж/кгмоль.В технических единицах измерения эта формула представляется так:4,13ln T  0,007T Tmr = (8),и36T - температура кипения жидкости при атмосферном давлении, К;m - молекулярный вес, а.

е. м.Расчетные значения теплоты испарения водных растворов солей и щелочейпри атмосферном давлении приведены в таблице 2.1.Таблица 2.1 - Теплота испарения растворов некоторых веществРаствор веществаТкипения,mвещества,КонцентрацияТеплота испарения,Са.е.м(г/100г воды)кДж/кгNаСl1055825,51324,7МgСl21109432,3688,94NaOH1104030,01631,05KOH1105634,51261,4CaCl211011041,5927,64C3H5(OH)311092176,64681,35C2H4(OH)211062112,8906C3H6(OH)211076143,9809Также была рассчитана плотность предложенных водных растворов тех жевеществ [119].Плотностьрастворовp(t)можетlg(ρ(t)) = lg(ρH2O(t)) + (a0+a1·t+a2·t2)·xбытьвычисленапо(9) ,где x - концентрация растворенного вещества, кг соли/кг раствора;t - температура, С; a0, a1, a2 - коэффициенты, приведенные в таблице 2.2;pH2O(t) - плотность воды при заданной температуре, кг/м3формуле:37Таблица 2.2 – Коэффициенты, применяемые для расчета плотностинекоторых веществРастворенноеa0104a1106-a2 108NаСl2889,19614,36447,68МgСl23372,00791,13324,26NaOH3937,43370,31271,64KOH3589,98406,64271,68CaCl23518,10463,51270,30веществоРасчетные значения плотности предложенных водных растворов веществ приатмосферном давлении представлены в таблице 2.3.Таблица 2.3 - Плотность растворов некоторых веществРаствор веществаТкипения, СКонцентрацияПлотность раствора,(г/100г воды)г/см3NаСl10525,51,132МgСl211032,31,230NaOH11030,01,250KOH11034,51,245CaCl211041,51,282C3H5(OH)3110176,641,160C2H4(OH)2110112,81,032C3H6(OH)2110143,90,985Для приближенного расчета средней удельной теплоемкости водных раствороввеществ в диапазоне от 0 до 110 С была применена формула, основанную напринципе аддитивности этой функции:с0 = (m1с1 + m2с2)/(m1 + m2), (10)где с1 и с2 – удельные теплоемкости воды и вещества Дж/кгК;m1 и m2 – массы воды и вещества, кг38Расчетныезначениясреднейудельнойтеплоемкостирастворовпредложенных веществ при атмосферном давлении приведены в таблице 2.4.Таблица 2.4 - Теплоемкость растворов некоторых веществРаствор веществаТкипения, СКонцентрацияТеплоемкость,(г/100г воды)Дж/(г·град)NаСl10525,53,52МgСl211032,33,36NaOH11030,03,80KOH11034,53,60CaCl211041,53,09C3H5(OH)3110176,643,35C2H4(OH)2110112,83,56C3H6(OH)2110143,93,83Теплопроводность водных растворов веществ рассчитана по методике [119].Теплопроводность (t) водных растворов была вычислена по формуле:(t) = H2O(t)(1- Bx) (11) ,где  - теплопроводность раствора, Вт/(мК); х – концентрация растворенноговещества, кг вещества/кг раствора; t - температура, С;В – коэффициент, приведенный в таблице 2.5; H2O(t) - теплопроводность воды,Вт/(мК).39Таблица 2.5 - Коэффициенты, применяемые для расчетатеплопроводности некоторых веществРастворенное веществоB103NаСl156,97МgСl2493,17NaOH-128,84KOH130,74CaCl269,74Расчетные значения теплопроводности предложенных водных растворов приатмосферном давлении приведены в таблице 2.6.Таблица 2.6 - Теплопроводность растворов некоторых веществРаствор веществаТкипения, СКонцентрацияТеплопроводность,(г/100г воды)Вт/(м*К)NаСl10525,50,618МgСl211032,30,604NaOH11030,00,705KOH11034,50,662CaCl211041,50,671C3H5(OH)3110176,640,365C2H4(OH)2110112,80,385C3H6(OH)2110143,90,331Кинематическая вязкость (t) водных растворов веществ может бытьрассчитана по формуле [42]:(t) = /, (12)где:  -плотность раствора, кг/м3; - коэффициент динамической вязкостираствора, Пас, который может быть вычислен по формуле:40lg((t)) = lg(H2O(t)) + (d0+d1t+d2t2)x, (13)где:х – концентрация растворенного вещества, кг соли/кг раствора,t - температура, Сd0, d1, d2 - коэффициенты, приведенные в таблице 2.7H2O(t)- вязкость воды при заданной температуре, ПасH2O(t) может быть рассчитана по следующей формуле: H2O(t) =0,59849(43,252+t)-1,5423Таблица 2.7 - Коэффициенты, применяемые для расчета кинематическойвязкости некоторых веществРастворенноеd0102d1104d2 109NаСl89,2217,96-45,46МgСl2217,86-38,254170,79NaOH347,89-122,35544,64KOH118,7017,06-1098,35CaCl2148,28-13,30-3648,23веществоРасчетные значения кинематической вязкости предложенных водныхрастворов солей и щелочей при атмосферном давлении приведены в таблице 2.8.41Таблица 2.8 - Кинематическая вязкость растворов некоторых веществРаствор веществаТкипения, СКонцентрация Кинематическая вязкость,(г/100г воды)м2/сNаСl10525,50,527МgСl211032,30,585NaOH11030,00,680KOH11034,50,506CaCl211041,50,507C3H5(OH)3110176,640,760C2H4(OH)2110112,80,710C3H6(OH)2110143,90,980Рассчитанные выше теплотехнические характеристики предложенныхводных растворов представлены в сводной таблице 2.9.Таблица 2.9 - Сводная таблица теплотехнических характеристикNаСl10525,51324,71,1323,520,6180,527МgСl211032,3688,941,2303,360,6040,585NaOH11030,01631,051,2503,800,7050,680KOH11034,51261,41,2453,600,6620,506CaCl211041,5927,641,2823,090,6710,507C3H5(OH)3110176,64681,351,1603,350,3650,760C2H4(OH)2110112,89061,0323,560,3850,710C3H6(OH)2110143,98060,9853,830,3310,980м2/сая вязкость,Кинематическость, Вт/(мК)ТеплопроводнДж/(г·град)Теплоемкость,г/см3раствора,ПлотностькДж/кгиспарения,Теплота(г/100г воды)КонцентрацияТкипения, СвеществаРастворнекоторых веществКак видно из таблицы 2.9, наибольшей теплоемкостью, теплопроводностью итеплотой испарения среди представленных водных растворов веществ обладает42раствор NaOH, так же у этого раствора наименьшая концентрация, необходимаядля достижения требуемой температуры кипения.

Наименьшей плотностьюобладаетводныйрастворпропиленгликоля,наименьшейкинематическойвязкостью – водный раствор KOH. Глицерин требует наибольшей концентрации врастворе для обеспечения необходимой температуры кипения. Водный растворNаСl не может обеспечить необходимой температуры кипения из-за достиженияточки насыщения.2.2 Выбор исследуемого перспективного теплоносителяПередначаломиспытанийвышеуказанныхтеплоносителейнаэкспериментальном стенде, был проведен их опытный разогрев до температурыкипения.

Это имело целью выяснить, насколько стабильны данные теплоносителипри своей рабочей температуре, не произойдет ли расслоения жидкости иливыпадения осадка. Разогрев производился в прозрачной посуде на электрическойконфорке, температура замерялась спиртовым термометром с шкалой 150С иценой деления 1С.Разогрев этиленгликоля не производился, т.к. этиленгликоль ядовит и принагревании до температуры кипения выделяет токсичные пары. Это являетсянеприемлемымсточкизрениябезопасноститруданапредприятияхобщественного питания, так как есть риск вдыхания паров персоналом,обслуживающим пищеварочные котлы, поскольку рубашки пищеварочных котловсообщаются с атмосферой и не являются герметичными. Так же есть рискпопадания этиленгликоля в пищу, что сделает ее ядовитой.

Это такженеприменимо, а следовательно, этиленгликоль не может быть применен вкачестве двухфазного промежуточных теплоносителя, использующегося длякосвенного обогрева в тепловых технологических аппаратах предприятийобщественного питания и может быть использован лишь в герметичныхтеплообменниках.Посколькурубашкакотла,использованногов43экспериментальном стенде, так же сообщается с атмосферой, испытанияэтиленгликоля не производились.Нагревание водных растворов оставшихся веществ до температуры кипенияпоказало, что при нагревании солевых и щелочных растворов до их температурыкипения, в резервуаре образуется недопустимо большое количество накипи, чтоведет к быстрому уменьшению концентрации соли или щелочи в растворе. Так женакипь вызывает уменьшение теплопроводности, стенок теплообменников, накоторыхонавыпадает,иприводиткихкоррозии.Порезультатамэкспериментального исследования, были сделан вывод о нецелесообразностииспользования водных растворов солей и щелочей в качестве двухфазныхпромежуточных теплоносителей, использующихся для косвенного обогревастенок рабочих камер тепловых технологических аппаратов предприятийобщественного питания.Водный раствор глицерина требует слишком большой концентрациивещества для обеспечения необходимой температуры кипения, что не выгодно сэкономической точки зрения.Исходя из вышеизложенного, оптимальным веществом рассмотренном висследовании, водный раствор которого может быть использован в качествепромежуточного двухфазного теплоносителя в рубашечных аппаратах пищевыхпроизводств, является пропиленгликоль.

Характеристики

Список файлов диссертации