1598005420-e4dffbb6ff09e4f6675580849e63fa88 (811210), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Опытные данные с разбросом ~15б/б удовлетворительно аппроксимируются зависимостью (рис. 5.18) Хц = 0,048>се~лРг~" ( — "~1, (5.36) г / Здесь же для сравне>пш представлены данные работ 1ог.!6, 5.17), полученные при конденсации пара из влаж- ного воздуха в прямоугольных каналах в переходной области чисел Рейнольдса Ке)1000.
(>Можно заметить, что применение рекомендованных в этих работах расчет- ных зависимостей приводит к значительному увеличению необходимой теплообмепной поверхности.) Авторам>7 был испытан малогабаритный конденсатор с поперечным обтеканием шахматного пучка трубок. Трубный пучок был изготовлен из 73 трубок наружным диаметром 4 и длиной 104 мм. Опытные данные удовле- творительно обобщаются зависимостью азз о та! Хцпт — 0,2Ке~лРгп / — н) . (5.37) /тг Полученная зависимость может быть рекомендована для расчета теплообменных аппаратов аналогичной кон- струкции, Г!прядок расчета поверхностного аппарата для конденсации пара из парогазовой смеси может бытьсле- дующим.
Обычно в постановке технической задачи известны исходные данные: давление и температура влажного во- дорода на входе в аппарат, равновесная концентрация электролита, рабочий ток ТЭ, расход охлаждающей >кид- кости и ее начальная температура. Априори задается конфигурация поверхности теплообмена, выбираемая в зависимости от назначения аппарата. При этом для трубчатых аппаратов задаются диаметром трубок, раз- мером сечений каналов и т.
д. Определяется удельная тепловая нагрузка. Рассчитывается коэффициент теплоотдачи со стороны хладоагента, и определяется температура поверхности конденсации, По известным формулам для теплообмена определя- ютсЯ Хпо и Х>>гл> длн данного значепиЯ числа Рсй- нольдса. По формулам (5.34), (5.36), (5.37) вычисляются значения зчн>ъ По вычисленным значениям )х)нп находятся удельная тепловая нагрузка н требуемая поверхность тепломассообмена. Полученные значения сравниваются с заданными. Расчет ведется методом последовательных приближений. 5.5.2. Аппараты статического тнпн Изучение массопереноса в аппаратах статического типа проводилось рядом зарубежных фирм, которые использовали в ЭХГ статическую СУВ.
Статические СУВ подраздела>отея по месту расположения аппарата, выводящего воду, на системы встроенного типа, когда испарителем служит электрод митри- ного ТЭ, и вынесенного типа, когда продукт электрохнмической реакции транспортируется электролитом вспциальный, служащий для отвода воды аппарат---конденсатор-испаритель. В матричном ТЭ объем электролита сосредоточен в электродах ТЭ и разделяющей их капиллярпой матрице и поэтому мал. Для того чтобы значительно изменить концентрацию электролита в тако: ТЭ, не требуется большого дополнительного объема. Таким образом, небольшие изменения объема электролита в результате разбаланса приводят к заметным изменен1шм его концентрации, что сказывается на изменении характеристик внешнего (в парогазовой среде) массообмепа и позволяет применить к матричному ТЭ со встроенной системой удаления воды принцип саморегулирования.
Дополнительный, нли буферный, объем, сосредоточенный для этого случая в самом ТЭ, должен быть выбран таким образом, чтобы в области изменения рабо шх параметров не наблюдалось нарушения границы раздела фаз (соединения Нз и Оз) и вытеснения нз ТЭ электролита. Вопрг>сы баланса теплоты н масс в ЭХГ такого типа тесно связаны. В СУВ с вынесенным ьондепсатором-испарнтелем циркулирующий электролит дает возможность при разбалансе компенсировать объем электролита, например путем возврата в электролптиый контур части воды, образовавшейся в ТЭ. Ван.нейшие вопросы, которые определяют принципы расчета аппарата вынесенного типа, следующие: мсха- 250 нпзм переноса в электролите в условиях полуцроннцаемости; тумапообразованне в зазоре; рабочий зазор аппарата; выбор материала разделителя фаз (никель, асбест, гндрофобный материал и т.
д.); выбор рабочего газа и давления в зазоре. Соотношснис Стефана применимо в к жидкостным растворам, причем справедляво как для раствора электролита в пористой структуре, так и для жидкого раствора в свободном состоянии, на поверхности которого происходит нспаренке нли конденсация. Этот вывод справедлив при следующих допущениях; при изменении концентрации раствора общин обьсм жидкости равен сумме объемов компонентов; температура раствора одинакова по объему; коэффициент диффузии пс зависит от концентрации.
Таким образом, массоперенос в полупропицаемой мембране, про. пнтанной щелочью, следует рассчитывать с учетом следующих уравнений: т,)Д г(С, Д=РС Дх. (5.38) В интегральной форме при конденсации пара на поверхности мембраны; .и С„ д пС (х ы (5 39) При испарении с поверхности мсмбраяы 1,)> С„ — 1п — —. =ив С,, (5 40) В уравнениях (5.38) — (5,40) 11 -- плотность потока воды в электролите; у~ 10' кг/ма — плотность воды; Р— коэффициент ослабления диффузии пористой структурой мембраны; Сз — копцеятрация щелочи; Сза — концентрация щелочи на поверхности раздела фаз, г/см', Сяз — концентрация щелочи па поверхности мембраны, обращенной к электролиту; )Д вЂ” молекулярный коэффициент диффузии; 6 — толщина мембраны, м.
Если при изменении концентрации раствора общий объем >кндкости равен сумме объемов компонентов, то коэффициенты диффузии компонентов, составляющих раствор, равны, т. е. 1>,=1>з=)>. Учет стефановского течения в жидкостях позволяет сущестнснно сблизить имеющие место расхождения между теорией и экспериментом, что подтверждено, в частностн, экспериментальными исследованиями, В процессе диффузив водяного пара из горячей пропитанной Раствором электролита матрицы к холодной поверхности сквозь слой неподвижного газа возможно туманообразование, возникающее н том случае, когда давление водяных паров н зазоре болыпе давления насыщения, определяемого температурным полем в зазоре. В совместно протекающих процессах тепло- н массообмена некоторая часть теплового потока тратнгся на нагрсвание илн охлаждение движущегося пара, поэтому профиль температур в среде 251 с неподвижным газом в общем случае нелинеен, а пересыщеппе зависит от ряда параметров парогазовой смеси (5.18).
для рассматриваемого случая ивгеграл уравнения энергии можно .гаписать в виде т=тп — ~- " 5 )(! — бкх) 1 — бл' (5,41) где температура Т вЂ” функция координат. Интеграл уравнения (5Л2) при граничных условиях х=о, Р,= =Рзз! 2=5 Рз=рз /, = — — — — 1п РсмО Рзх (5.43) Рзп )(„~т гл о Распределение парциальных данленнй водяного пара в общем виде можно получить, проинтегрировав (5.42), используя (5.43) н то, что Рсм=рг+Рз, х ~ Тс(х о )п Рзгг 5 ~тих о (5,44) Р = Рсзг — РввехР При етом из (5,44) о таким образом, перссыщепие зависит от комплекса параметров; расчет и сравнение с экспериментами (5.22) приведены на рнс.
519 где ((=)гср/Х=сопз(. В общем случае распределение парциальных давлений также нелинейно. С учетом потока Стефана Р Тз)Т г( (5 42) Рис 5 20 Зависимость '"!С(. ' отношения перссыщенпй (гй от температуры испаря- тела при температуре г конденсатора 5 С для (,2 — - -! — водяного пара и возду- ха, 5=-0,5, б.— -12 мм. !( 3, — перйсыщанпа, апрсдс- !О лпемае урпвнапппмм пз .)О 505 0 (5221: Яз — псресып(сппс па уравнениям пз 15 )81 и 5.20. Учет пересыщения является необходимым условием правильного расчета аппарата, особенно для условий невесомости. Процессы тепломассопереноса в аппаратах выяесенного типа с плоской геометрней зазора описываются девятью уравнениями, которые включают в себя уравнения теплового бэланса и теплоотдачи со стороны циркулирующего электролита н хлздоагента, теп. лового баланса в зазоре, уравнение диффузии с учетом потока Стефана в порястой полупропицаемой мембране, массопереноса в газовом зазоре также с учетом потока Стефана и зависимости давления насыщенных паров над водой и раствором электролита.
Расчет этой системы уравнений для каждой конкретной задачи определяет оптимальные геометрические размеры аппарата статической системы, род рабочего газа, зазор я т д, Можно отметить следующие общие закономерности как следствие решенпя системы уравнений. Эффективность статического способа удаления воды в аппарате выпесепного типа возрастает с уменьшением общего давления и рабочем зазоре. Применение конденсатора-испарителя в качестве единственного аппарата, обеспечивающего одновременно балансы теплоты и масс в ЭХГ, с точки зрения массо- габаритных характеристик в неэффективно.
Удельные характеристики системы, отводящей одновременно теплоту и воду из ЭХГ прн статическом способе отвода продуктов реакции, улучшаются, если одновременный процесс отвода теплоты и воды проводить в двух раздельных аппаратах †теплообменпа и конденсаторе-испарителе. (уг)йк (00 0.0 50 0.0 00 0,0 20 О,О ! Об 00 5 О 0,2 0,0 Рис. 5.19. Зависимость параметров от безразмерной координаты зазора й=х/5.
) — пзрцппльпас дзпзсппс пара, пзйдеппас пз выражения (5,44); 2 — темпсрптурп, рзссчп. гзппзп па (5.4!), 3 — дзвпеппе насыщенных паров. апредепепмае па температуре нрппай 2г 4 — дзппсппс насыщенных паров, пзйдсапае пз условия пппайпасгп рзспрсдсзсппп темпе. рзтур, 5 — псресыщсннс, достигаемое па урззнсппзм работы !5 22ь б — па урзспсанпм (544) и (5.4)); Спзашйыс линии — заздушпый зазор 5 — )2 мм; пунктир — паздушпый хазар бб мм. 5.5лй Проблема равдвлеимя грвз Применение полупроницаемых поверхностей существенно облегчает задачу разделения жидкой и газовой фаз в конденсаторах, особенно в схемах с последовательной раздачей рабочего газа, когда образующийся конденсат может быть удален через гидрофильнь(й материал типа пористого никеля плц асбеста, размеры пор которого могут быть подобраны таким образом, что при определенном перепаде давления через разделитель про253 ходит весь образующийся конденсат оез проникновения газовой фазы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
