Тепловой расчет аппарата

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]);

- 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 .