Файл: Бушмелев, В. А. Процессы и аппараты целлюлозно-бумажного производства учебник.pdf

ратур можно вычислять как среднеарифметическую At = — — ? .

Параллельное движение теплоносителей в противоположных направ­ лениях называется противотоком (рис. 8-4, б). Средняя разность тем­ ператур при противотоке определяется по формуле (8-33). Наибольшей разностью теплоносителей на входе и выходе может быть как разность

*ін — *ак. так и tlK — t2u.

Перекрестный ток (рис. 8-4, в) характеризуется тем, что тепло­ носители по обе стороны разделяющей их стенки движутся под пря­

Температура стенок

При расчете коэффициентов теплоотдачи нужно знать температуры стенок. Сначала их принимают произвольно и вычисляют коэффици­ енты теплоотдачи а г и а 2 и общий коэффициент теплопередачи К, по­ сле чего температуры стенок проверяются и уточняются.

Выразим удельный тепловой поток через уравнения теплоотдачи и через общее уравнение теплопередачи. Для установившегося про­ цесса теплообмена между двумя теплоносителями через стенку полу­

166

Из этого уравнения определяем температуры стенок, которые

Если температуры стенок определены правильно и по ним вычис­ лены а г и ос2, то должно удовлетворяться равенство (8-35). При выпол­ нении этого условия можно утверждать, что общий коэффициент теп­ лопередачи найден верно. Критерием правильности расчета величины К также является соответствие температур стенок, произвольно при­ нятых для расчета а 1 п а 2 п вычисленных по формулам (8-36) и (8-37).

Поверхность и объем теплопередачи

Поверхность теплопередачи определяют из общего уравнения теп­ лопередачи

Величины, входящие в правую часть формулы, рассчитывают предва­ рительно.

В случае теплообмена при непосредственном контакте сред иско­ мой величиной являетсяобъем теплопередачи

КѴМ ’

где К ѵ — объемный коэффициент теплопередачи, вт/м3-град. Взаимосвязь К и Ку устанавливается формулой

где f — удельная поверхность контакта теплоносителей, м2/м3 (на­ пример, поверхность 1 м3 насадки, поверхность капель в 1 м3 полого аппарата и т/д .).

Пример 1. Определить коэффициент теплоотдачи при движении воды по трубкам диаметром 34 мм со скоростью 1 місек, которая нагревается от 15 до 85*. Средняя температура стенки труб 60° С; длина их 1200 мм.

Р е ш е н и е . Для средней температуры воды ^ ^ = 50° С вязкость

ц = 0,549 спуаз, плотность р s 1000 кг/м3, теплопроводность А,= 0,652 вт/м-град,

теплоемкость с — 4190 дж/кг-град. Критерий Re = '■ ^00 _ gg ООО, сле- 0,549-10-3

167

довательно, режим движения турбулентный, для которого выбираем расчетную формулу (8-14).

Если в формуле (8-14) пренебречь влиянием (Рг/Ргс)25 и в^, которые близки к еди­ нице, получаем а = 4800 вт/м^-град. Погрешность равна примерно 7%.

Пример 2. Вычислить среднюю разность температур, если первый теплоно­ ситель, двигаясь по межтрубному пространству теплообменника, охлаждается

Глава 9. НАГРЕВАНИЕ, ОХЛАЖДЕНИЕ

И КОНДЕНСАЦИЯ

Процессы нагревания, охлаждения и конденсации широко приме­ няются в целлюлозно-бумажном производстве. Нагревание связано главным образом с проведением основных технологических процессов и является не только мощным фактором ускорения химических реак­ ций, но, подчас, и необходимым условием, без выполнения которого процесс оказывается невозможным. Это относится к делигнификации древесины во время варки, обжигу известняка при получении извести, восстановлению сульфата натрия и проведению процесса каустизации, где происходят химические превращения веществ. Нагревание используется также в процессах выпаривания, высушивания, ректи­ фикации и т. д. Некоторые процессы, наоборот, проходят успешно лишь после предварительного охлаждения реагентов. К ним относится поглощение S 0 2 и получение башенной кислоты, сбраживание саха­

168

ристой части сульфитного щелока и некоторые другие процессы. Кон­ денсация паров связана с процессом нагревания водяным паром и утилизацией вторичного тепла варки в виде паров сдувок и выдувок. В некоторых случаях конденсация паров вызывается необходимостью облегчить работу вакуум-насосов и совмещается с процессом цбздаиия разрежения, например конденсации вторичных паров выпарки в барометрическом конденсаторе.

В настоящее время большое значение придается использованию отбросного тепла предприятий, которое выделяется в больших коли­ чествах при варке целлюлозы — со сдувками и выдувками, при вы­ парке — с вторичным паром и конденсатами, при содорегенерации — с дымовыми газами, при отбелке — со сточными водами, при сушке с отходящей паро-газовой смесью и т. д. Считают экономически целе­ сообразным утилизировать тепло не только от высокотемпературных теплоносителей, но и от всех сточных вод с температурой не ниже 20°. Для утилизации тепла целлюлозно-бумажных предприятий созданы, успешно работают и продолжают совершенствоваться специальные теплообменные аппараты, которые рассмотрены ниже.

НАГРЕВАНИЕ, ОХЛАЖДЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ В ПОВЕРХНОСТНЫХ АППАРАТАХ

Тепловая энергия, необходимая для нагревания, может быть по­ лучена из разных источников и вводится в технологический процесс разными способами. Прямыми источниками тепла являются топливо и электрический ток. Теплоносителями, которые воспринимают тепло от прямых источников и передают его обогреваемой среде, могут быть горячая вода, разные масла, расплавленные металлы, пары различных жидкостей, дымовой газ и т. п. В целлюлозно-бумажном производстве наибольшее значение имеют обогрев водяным паром, дымовыми газами (в паровых котлах) и горячими жидкостями. Рассмотрим способы на­ гревания горячей водой и паром, наиболее распространенные в техно­ логической практике.

Нагревание жидкостью

Нагревание жидкостью применяется главным образом при утили­ зации вторичного тепла из конденсатов пара и других жидкостей — чистых и загрязненных. В качестве тепловоспринимающей среды при­ меняется свежая вода или какая-либо другая жидкость, необходимые в производстве. Расходы теплоносителей, их начальные и конечные температуры взаимосвязаны и определяются с помощью уравнения теплового баланса.

Примем обозначения: Gx и G2 — расходы жидкостей; /1н, tlK, н, t2K— начальные и конечные температуры первой и второй жидкостей;

сін> сік> с2н> с2к — их удельные теплоемкости. Приход тепла состоит из следующих слагаемых:

G\Cw t ln — с первой жидкостью;

G 2С2Н^2Н — СО второй ЖИДКОСТЬЮ.

169