В качестве конденсатора-испарителя принимаем теплообменный аппарат кожухотрубного типа, схематическое изображении потоков в котором изображено на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 - Схема потоков в конденсаторе-испарителе
Расчет теплообменного аппарата будем вести по [5,6].
На рисунке 3.2 показаны потоки диссоциирующего теплоносителя в T,F - координатах.
Рисунок 3.2 - Схема потоков T,F - координатах
Средняя логарифмическая разность температур в аппарате:
,
Тепловая нагрузка со стороны конденсатора
,
где - изобарная теплоемкость газообразного NO2 (табл. 2.15, с.120 [1]);
- изобарная теплоемкость жидкого N2O4 (табл. 2.14, с.119 [1]);
Из уравнения теплового баланса найдем расход теплоносителя по испарителю
где - изобарная теплоемкость жидкого N2O4 (формула 2.26, с.114 [1])
;
- изобарная теплоемкость газообразного NO2 (табл. 2.15, с.120 [1]);
В качестве поверхности теплопередачи выбираем размещение труб на плоскости трубной решетки по периметрам правильных шестиугольников, внутренний диаметр гладких труб , толщина стенок
.
При принятой скорости диссоциирующего теплоносителя в трубах конденсаторной части аппарата
число труб в одном ходе аппарата:
,
где а - плотность жидкого N2O4 (с.194 [4]),
По этому же уравнению уточняем скорость четырехокиси при
Находим режим течения при реакции рекомбинации
где - кинематический коэффициент вязкости (с.195 [4]).
- режим течения переходной
Коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующейся четырехокиси азота, отнесенный к внутренней поверхности трубы (формула 7.1 с.179 [2]);
где - теплота (рис. 1.1 с.11 [2]);
- плотность;
- теплопроводность (табл. 3.7 с.154 [1]);
|
- динамическая вязкость (табл. 3.4 с.143 [1]);
- разность температур конденсации и стенки трубы.
Плотность теплового потока со стороны конденсации
Приняв суммарное термическое сопротивление стенки трубы и загрязнений равным , составим уравнение для определения плотности теплового потока со стороны, испаряющейся четырехокиси азота:
,
Коэффициент теплоотдачи будем искать по критериальным уравнениям при кипении диссоциирующей четырехокиси азота:
Число Нуссельта (формула 4.5 с.102 [2])
где ;
- число Прандтля;
- число Рейнольдса (с.102 [2]);
(с.102 [2]);
- коэффициент поверхностного натяжения (рис. 1.1, с.11 [2]);
- теплота испарения (рис. 1.1, с.11 [2]);
- плотность (табл. 2.9 с.90 [1]);
- плотность (табл. 2.9 с.90 [1]);
- теплопроводность (табл. 3.9 с.158 [1]);
- динамическая вязкость (табл. 3.4 с.143 [1]);
- изобарная теплоемкость
- тепловая нагрузка,
- кинематический коэффициент вязкости (с.195 [4]).
Коэффициенты: при давлении р=1-12 бар
,
Плотность теплового потока со стороны испаряющейся четырехокиси азота
Таким образом мы получили два выражения для плотностей теплового потока, система уравнений которых являются трансцендентной относительно . Наглядный и достаточно точный результат дает графоаналитический метод, основанный на том факте, что в установившемся режиме работы аппарата имеет место равенство
. Это позволяет определить фактическое значение плотности теплового потока
как ординату точки пересечения графических зависимостей
и
.
Для построения упомянутых зависимостей предваритель для ряда значений вычисляют
. Результаты такого расчета приведены ниже.
|
Таблица 3.1 Результаты расчета
![]() | ||||||
![]() | ||||||
![]() |
По этим данным построены зависимости, приведенные на рисунке 3.3
Рисунок 3.3 График зависимости
Из графиков на рисунке 3.3 определяем удельный тепловой поток в аппарате при , который равен
Внутренняя поверхность теплообмена в аппарате равна: