Для разработки и внедрения масляных контактных экономайзеров необходимо разработать методику их расчета с насадкой. Для определения диаметра колонн с насадкой существуют достаточно точные формулы, поэтому создание методики расчета сводится к. нахождению способа определения высоты насадки.
Методику расчета высоты насадки контактных экономайзеров, работающих с водой в качестве теплоносителя, можно получить путем решения системы балансовых дифференциальных уравнений тепло- и массообмена в аппарате, выведенных на основе модели идеального вытеснения:
(1)
(2)
(3)
Между некоторыми из величин этих уравнений существуют следующие зависимости:
(4)
(5)
(6)
в которых G — дебет массы сухого (инертного) газа, кг/(м2·с); x — массовая концентрация паров теплоносителя в инертном газе, кг/кг; h — высота (текущая координата), м; КG — коэффициент массопереноса, выраженный движущей силой в газовой фазе, м/с; ae — эффективная поверхность насадки, м2/м3; у и у* — концентрация и равновесная концентрация паров теплоносителя в газе, кг/м3; ω0— скорость газа, отнесенная .ко всему сечению аппарата, м/с; рG и pL — плотности газа и жидкости, кг/м3; cG и cL— удельная теплоемкость газа и жидкости, Дж/(кг·К); tG, tL — температура газа и жидкости, °С; Kт — коэффициент теплопереноса, Вт/(м2·К); L — плотность орошения, м3/(м2-с); г — теплота испарения теплоносителя, Дж/кг.
Уравнения (1) — (3) решаются При следующих граничных условиях:
при h=0: tG=tG1;x=x1 ;
при h=H: tL=tL1,
где tG1— температура газа на входе, °С; x1— концентрация паров на входе, кг/кг; tL1 —температура жидкости на входе, °С; Н — расчетная высота насадки, м.
При определении коэффициента массопереноса, поскольку речь идет о конденсации (испарении), можно принять, что массообменный процесс будет полностью контролироваться газовым пограничным слоем, т. е. KG = kG. Теплообмен также контролируется газовым пограничным слоем: Кт = aG
Уравнения для определения коэффициента массопередачи и эффективной поверхности насадки выбираются в зависимости от использованной в контактном экономайзере насадки. Для определения коэффициента теплопередачи при разных видах насадок в литературе нет надежных зависимостей. Такие зависимости, однако, можно получить, используя аналогию между тепло- и массообменном. Как известно, эта аналогия основывается на одинаковом виде дифференциальных уравнений обоих процессов и при их одновременном протекании может быть использована во всех случаях, при которых изменение температуры в тепловом пограничном слое не приводит к существенному изменению физико-химических свойств потока. Анализ показывает, что при контактных экономайзерах из-за сравнительно небольшого температурного градиента и лимитирования тепло- и массообмена газовой фазой это условие выполняется. Кроме того, при характерных для контактных экономайзеров небольших диффузионных потоках конденсирующегося (испаряющегося) компонента влияние стефановской диффузии на скорость массообмена не превышает 10—12 %, когда теплоносителем является вода и его можно легко учесть посредством коррекции коэффициента диффузии. Влияние того же стефановского диффузионного потока на скорость теплообмена более чем в 2 раза слабее, и на практике им можно пренебречь. Когда теплоносителем является минеральное масло, диффузионные потоки уменьшаются на несколько порядков, и упомянутые эффекты становятся совсем незначительными. Следовательно, для контактных экономайзеров коэффициент теплопередачи можно определить по критериальному уравнению массообмена в газовом пограничном слое, при этом число Шмидта меняется на число Прандтля, а безразмерное число Шервуда на число Нуссельта.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.