ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теплообмен в роторных аппаратах из "Оборудование для разделения смесей под вакуумом" В связй с непрерывно расширяющимся применением роторных испарителей с жесткими и шарнирными лопастями исследованинэ теплообмена в этих аппаратах уделяется большое внимание многими исследователями. Несмотря на это в настоящее время нет еще достаточно полных сведений, характеризующих работу роторных аппаратов. Это связано с большим количеством факторов, влияющих на процесс, важнейшими из которых являются плотность орошения, удельная тепловая нагрузка, скорость вращения ротора, давление в аппарате, тип и конструкция лопастей, зазор между лопастью и греющей поверхностью, смачиваемость по-верхности, физические свойства жидкости и т. д. [c.343] В литературе приводится описание методов исследования, даются отдельные частные рекомендации по определению показателей работы различных аппаратов и предлагаются частные уравнения. Интенсивность теплообмена в пленочных роторных испарителях определяется в основном гидродинамикой. Различием гидродинамической обстановки в аппаратах разных типов определяются особенности проводимых в них процессов теплообмена. [c.343] В связи с изложенным влияние различных факторов на коэффициент теплоотдачи от стенки аппарата к пленке жидкости определяется их влиянием на толщину пленки и физические свойства жидкости. [c.343] С уменьшением вязкости жидкости толщина пленки уменьшается и соответственно возрастает коэффициент теплоотдачи. Кроме того, с уменьшением вязкости улучшаются условия распространения турбулентных пульсаций в пленке. Это объясняется особенностями теплоотдачи при нагревании жидкости, а также при испарении растворов. При нагревании жидкости коэффициент теплоотдачи вначале возрастает с увеличением плотности орошения в связи с отмеченной выше стабилизацией пленочного течения. При увеличении плотности орошения выше оптимального значения коэффициент теплоотдачи понижается, так как отрицательное воздействие возрастающей толщины пленки жидкости не компенсируется некоторым увеличением турбулентности. При нагревании воды оптимальная плотность орошения составляет 400 кг/(м-ч). При этом коэффициент теплоотдачи достигает 1100 Вт/(м -°С). [c.344] При испарении летучих компонентов из растворов наблюдается непрерывное увеличение коэффициента теплоотдачи с увеличением плотности орошения вплоть до нагрузок, отвечающих максимальной пропускной способности аппарата. Это объясняется прежде всего тем, что с ростом расхода жидкости меньше изменяются ее свойства, а также разность температур стенки и жидкости по высоте аппарата. При малых же плотностях орошения вязкость раствора к низу аппарата растет, а разность температур стенки и раствора увеличивается вследствие возрастания концентрации малолетучих компонентов. [c.344] При малых тепловых нагрузках (до 3-10 Вт/м ) при испарении чистых жидкостей в аппарате с паровым обогревом получаются наивысшие коэффициенты теплопередачи. Это объясняется тем, что при малых тепловых нагрузках со стороны конденсирующегося пара не образуется сплошной пленки конденсата по всей теплопередающей поверхности. На значительной ее части конденсат находится в виде капель, в результате чего термическое сопротивление со стороны греющего пара оказывается минимальным. Когда на греющей поверхности с увеличением тепловой нагрузки образуется сплошная пленка конденсата, дальнейшее увеличение тепловой нагрузки не оказывает заметного влияния на коэффициент теплопередачи, поскольку термическое сопротивление со стороны греющего пара остается практически Постоянным. [c.345] При концентрировании растворов нелетучих веществ интенсивность теплоотдачи падает с ростом тепловых нагрузок, так как с увеличением тепловой нагрузки возрастает доля удаляемого растворителя и повышается концентрация раствора, что приводит к уменьшению его теплопроводности. При этом толщина пленки жидкости обычно изменяется высоте аппарата мало, поскольку увеличение вязкости, обусловленное концентрированием раствора, компенсируется повышением температуры его кипения. [c.345] При нагревании жидкости с увеличением удельной тепловой нагрузки повышается температура жидкости по мере ее приближения к выходу из аппарата и уменьшается вязкость. Это приводит к возрастанию турбулентности, и интенсивность теплообмена растет. [c.345] Влияние давления в аппарате значительно сложнее влияния других параметров. Изменение давления и соответственно температуры кипения приводит к изменению теплофизических свойств жидкостей, влияющих на теплоотдачу. [c.346] По данным В. В. Федотова [41 ], полученным в опытах по выпариванию воды, а также водных растворов гидрохинона, азотнокислого натрия и пербората и метабората натрия при давлениях от 4 кПа до атмосферного в аппарате диаметром 81 мм, высотой 750 мм коэффициент теплоотдачи для растворов нелетучих веществ пропорционален давлению в степени 0,16. Для воды в интервале давлений 2,66—26,6 кПа при удельной тепловой нагрузке 38 100 Вт/м , окружной скорости лопастей 2,96 м/с и плотности, орошения 117 кг/(м ч) коэффициент теплоотдачи пропорционален давлению в степени 0,18. [c.346] ДЛЯ этого типа аппаратов в литературе имеется сравнительно мало данных о значениях коэффициентов теплоотдачи. [c.347] Влияние плотности орошения аналогично влиянию этого фактора в испарителях со свободно стекающей пленкой и в. роторных аппаратах с шарнирно-закрепленными лопастями. При кипении воды при атмосферном давлении и разности температур 10° С с ростом плотности орошения от нуля до 10 кг/(м-ч) коэффициент теплоотдачи а возрастает до 1850 Вт/(м -°С). Дальнейшее увеличение плотности орошения практически не сказывается на значении а. [c.347] При нагревании жидкостей с ростом удельной тепловой нагрузки быстрее возрастает температура жидкости по высоте, что способствует уменьшению движущей силы процесса, но приводит к возрастанию коэффициента теплоотдачи главным образом за счет уменьшения вязкости. [c.348] Влияние частоты вращения ротора на интенсивность теплообмена обусловлено влиянием этого фактора на условия формирования и течения пленки жидкости. С увеличением числа оборотов ротора коэффициент теплоотдачи вначале растет, достигает максимума, а затем начинает уменьшаться. Тенденция к снижению коэффициента теплоотдачи связана, вероятно, с возникающими при больших скоростях движения лопастей периодическими разрывами тонкой пленки. В роторных испарителях с жестко закрепленными лопастями максимальное значение коэффициента теплоотдачи достигается при скоростях на периферии лопасти 8—9 м/с. Эта скорость значительно больше скорости в аппаратах с шарнирно-закрепленными лопастями, поскольку здесь пленка испытывает аэродинамическое воздействие. Последнее сказывается лишь при достаточно больших линейных скоростях лопасти. [c.348] Применимость уравнения (VIII.69) подтверждена данными по теплопередаче, полученными на опытно-промышленном испарителе диаметром 300 мм с поверхностью теплообмена 1,4 м при дистилляции капролактама. Опыты проводились при постоянной нагрузке по жидкости 275 л/ч. Частота вращения ротора равнялась 380 об/мин. Тепловой поток изменялся в интервале 19 200— 36 000 Вт/(м -°С), а производительность — соответственно от 75 до 234 л/ч. Испарение капролактама проводилось до получения кубового остатка 11—12% от массы исходного капролактама. Коэффициент теплоотдачи составлял 815—875 Вт/(м -°С). [c.349] Испытание на воде проводилось при нагрузках по жидкости 105 210 и 335 л/ч, тепл овой поток изменялся в интервале 50 ООО— 150 ООО Вт/м , частота вращения ротора была постоянной — 380 об/мин. Коэффициент теплоотдачи для воды составлял 1575— 1635 Вт/(м .°С). [c.349] Обобщение опытных данных по теплообмену. В связи со сложным взаимным влиянием физико-химических, технологических и конструктивных факторов на интенсивность теплообмена в роторных аппаратах пока еще не получено достаточно общих уравнений для определения коэффициентов теплоотдачи. Полученные различными авторами зависимости, как правило, обобщают лишь их собственные опытные данные. Они применимы в ограниченном диапазоне изменения различных факторов, и экстраполяция за пределы этого диапазона должна производиться с осторожностью. В связи с ограниченным экспериментальным материалом по теплоотдаче в роторных испарителях предложенные способы их обобщения представляют несомненный интерес. [c.349] Для обобщения опытных данных всеми авторами используются методы теории подобия, но разные авторы используют различные формы определяющих критериев подобия. [c.349] Вернуться к основной статье