Способ теплообмена при конденсации паров вязкой жидкости

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

Изобретение относится к способам конденсации паров вязких жидко­стей, таких, как глицерин, нефть, и может быть использовано в хими­ческой, нефтехимической и других отраслях промышленности для осуще­ствления процессов тепломассообмена.
Уменьшение термического сопротивле­ния пленки конденсата и увеличение коэффициента теплоотдачи при кон­денсации паров вязкой жидкости достигается тем, что в способе теплообмена при конденсации паров вязкой жидкости путем ввода в охлаждающую среду жидкостной добавки, согласно изобретению, теплообмен осуществляют в аппарате конденсируемых паров, а в качестве жидкостной добавки используют часть жидкого теплоносителя - охлаждающей среды, которую на выходе из ап­парата в количестве 15-25 % от всего ее количества возвращают в аппа­рат на расстоянии от входа в аппарат паров вязкой жидкости, составляю­щем

где Q - расход охлаждающей среды;
с - теплоемкость охлаждающей среды;
К - коэффициент теплоотдачи через стенку теплообменной трубы к потоку охлаждающей жидкости;
w=b(Тs-То) - безразмерный температурный напор;
Тs - температура насыщенного пара;
То - температура охлаждающей среды;
b - показатель крутизны вискограммы;
ln=2,73 - натуральный логарифм.
Сущность предлагаемого способа заключается в том, что организуется подвод тепла в зону формирования наплывов (утолщений пленки), в ре­зультате происходит увеличение температуры конденсата в области на­плыва, уменьшается его вязкость, возрастает скорость течения пленки, и пленка конденсата становится тоньше. В результате значительно умень­шается термическое сопротивление пленки конденсата и увеличивается коэффициент теплоотдачи.

Текст

Смотреть все

(51)7 01 5/00, 28 13/02 НАЦИОНАЛЬНОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(72) Бренер Арнольд Михайлович Голубев Владимир Григорьевич Акылбаев Мусабек Исламович(73) Южно-Казахстанский государственный университет им. М.О. Ауезова Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ПАРОВ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ(57) Изобретение относится к способам конденсации паров вязких жидкостей, таких, как глицерин, нефть,и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности для осуществления процессов тепломассообмена. Уменьшение термического сопротивления пленки конденсата и увеличение коэффициента теплоотдачи при конденсации паров вязкой жидкости достигается тем, что в способе теплообмена при конденсации паров вязкой жидкости путем ввода в охлаждающую среду жидкостной добавки, согласно изобретению, теплообмен осуществляют в аппарате конденсируемых паров, а в качестве жидкостной добавки используют часть жидкого теплоносителя охлаждающей среды, которую на выходе из ап парата в количестве 15-25 от всего ее количества возвращают в аппарат на расстоянии от входа в аппарат паров вязкой жидкости, составляющем,1 где- расход охлаждающей среды с - теплоемкость охлаждающей среды К - коэффициент теплоотдачи через стенку теплообменной трубы к потоку охлаждающей жидкости(Т-То) - безразмерный температурный напор Т - температура насыщенного пара То - температура охлаждающей среды- показатель крутизны вискограммы 2,73 - натуральный логарифм. Сущность предлагаемого способа заключается в том, что организуется подвод тепла в зону формирования наплывов (утолщений пленки), в результате происходит увеличение температуры конденсата в области наплыва, уменьшается его вязкость, возрастает скорость течения пленки, и пленка конденсата становится тоньше. В результате значительно уменьшается термическое сопротивление пленки конденсата и увеличивается коэффициент теплоотдачи. 10523 Изобретение относится к способам конденсации паров вязких жидкостей, таких, как глицерин, нефть,и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности для осуществления процессов тепломассообмена. Известен способ конденсации технологических паров (. с. СССР 841634, кл. 28 13/02, 1981) в две стадии на первой стадии проводят конденсацию 80-94 паров путем непосредственного контактирования с охлаждающей жидкостью, подаваемой с избытком, а на второй стадии конденсацию оставшихся паров и охлаждение неконденсирующихся газов проводят при турбулизации их жидкостью,имеющей температуру более низкую, чем температура охлаждающей жидкости, поступающей на первую стадию. Кроме того, жидкую смесь, выходящую после второй стадии конденсации, используют для конденсации паров на первой стадии. Однако этот способ имеет ограниченный предел применимости, а также сложен в реализации. Ограниченность способа объясняется тем, что данный способ имеет недостаточный теплообмен, а конденсация осуществляется путем непосредственного контактирования паров и охлаждающей жидкости, что в ряде случаев недопустимо по технологическим соображениям низкое качество продукта, большое количество сточных вод, образование шлама и других побочных продуктов. Сложность же реализации способа объясняется его объемным аппаратурным оформлением и необходимостью сложной системы автоматизированного управления. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ охлаждения поверхности жидким теплоносителем путем ввода в него жидкостной добавки, заявленный отделом физико-технических проблем энергетики Уральского научного центра АН СССР (а. с. СССР 653501, кл. 28 13/02, 1979). Характерной особенностью данного способа является введение в теплоноситель жидкостной добавки, температура кипения которой ниже температуры кипения теплоносителя. Кроме того, добавка имеет температуру предельного перегрева ниже температуры охлаждаемой поверхности. Суть способа заключается в том, что когда температура поверхности превышает температуру кипения добавки, она вскипает и интенсифицирует теплоотдачу к теплоносителю. Недостатком данного способа является недостаточный теплообмен и ограниченность его применения, связанная как с отсутствием количественных данных о расходе добавляемой жидкости, так и с отсутствием оценки ее влияния на поверхность теплообмена и термическое сопротивление пленки в процессе длительного использования. Кроме того,этот способ эффективен в условиях пузырькового кипения, и остается под вопросом возможность его использования в процессах конденсации, в частности, при конденсации паров вязких жидкостей. Техническим результатом изобретения является увеличение теплоотдачи и уменьшение термического сопротивления пленки при конденсации паров 2 вязких жидкостей. Это достигается тем, что в известном способе теплообмена при конденсации паров вязкой жидкости путем ввода в охлаждающую среду жидкостной добавки, согласно изобретению, теплообмен осуществляют в аппарате конденсируемых паров, а в качестве такой жидкостной добавки используют часть жидкого теплоносителя - охлаждающей среды, которую на выходе из аппарата в количестве 15-25 от всего ее количества возвращают в аппарат на расстоянии от входа в аппарат конденсируемых паров вязкой жидкости, составляющемН,1 где- расход охлаждающей среды с - теплоемкость охлаждающей среды К - коэффициент теплоотдачи через стенку теплообменной трубы к потоку охлаждающей жидкости(Т-То) - безразмерный температурный напор Т - температура насыщенного пара То - температура охлаждающей среды- показатель крутизны вискограммы 2,73 - натуральный логарифм. Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана схема устройства для осуществления способа теплообмена. Причем при горизонтальном расположении оси патрубка подачи пара в межтрубное пространство конденсатора плоскость отсчета расстояния Н - это плоскость, в которой расположена ось патрубка подачи пара. При вертикальном расположении патрубка подачи пара плоскость отсчета - это плоскость, в которой расположен нижний торец этого патрубка. Сущность предлагаемого способа заключается в том, что организуется подвод тепла в зону формирования наплывов (утолщений пленки), в результате происходит увеличение температуры, уменьшение вязкости конденсата, амплитуда наплывов также уменьшается. При этом уменьшается локальная толщина пленки конденсата, значительно снижается термическое сопротивление пленки и увеличивается теплоотдача. Известно, что при конденсации паров вязких жидкостей образующийся конденсат стекает но поверхности теплообмена в виде наплывов. В области этих наплывов термическое сопротивление пленки значительно выше, чем в тех местах, где пленка тоньше. Таким образом, снижается интенсивность теплоотдачи. Отбирая часть хладоагента, имеющего более высокую температуру на выходе из охлаждающей трубы и дополнительно подавая ее на вход этой трубы, производят смешение дополнительно подаваемого хладоагента с его основной частью,имеющей более низкую температуру. При этом получают охлаждающую жидкость с температурой,превышающей температуру поступающего хладоагента. В результате повышается средняя температура охлаждающей поверхности и уменьшается амплитуда наплывов конденсата. Следовательно, пред 10523 лагаемый способ позволяет увеличить интенсивность теплоотдачи и снизить термическое сопротивление пленки, т. е. в конечном итоге увеличить количество сконденсированного продукта. В результате исследований различных соотношений расхода хладоагента, отбираемого на выходе из охлаждающей трубы и дополнительно подаваемого в нее вновь, на расчетном расстоянии Н от входа трубы были достигнуты наилучшие показатели интенсивности теплообмена, выразившиеся в максимальном коэффициенте теплоотдачи. При этом был достигнут максимальный выход полученного конденсата. Выбранный интервал для соотношения отбираемого хладоагента к общему расходу хладоагента и расчетная точка ввода жидкостной добавки обусловлены тем, что именно при таком соотношении достигаются максимальные коэффициенты тепло- и массотдачи. Именно в этом случае наплывы на поверхности трубы будут сведены к минимуму, что позволит создать наиболее равномерный слой тонкой пленки конденсата и обеспечит максимальную степень конденсации. Пример 1 В межтрубное пространство вертикального кожухотрубного конденсатора типа труба в трубе подаются пары глицерина при температуре Т 160 С. По внутренней трубе конденсатора диаметром 10 мм подается охлаждающая вода в количестве 20 х 10-3 кг/с при температуре 22 С. При соприкосновении с наружной поверхностью охлаждающей трубы паров глицерина происходит их конденсация и стекание пленки конденсата по трубе в сборник конденсата. Давление в межтрубном пространстве конденсатора составляет 0,8 атм. Расход образующегося конденсата составляет 0,64 кг/с. Средний коэффициент теплоотдачи составляет 5520 Вт/м 2 град. Анализ проведенных экспериментов позволяет сделать вывод о том, что дополнительная подача охлаждающей воды в количестве 15-25 от ее полного объема на высоте 0,97 м (высота, соответствующая расчетной формуле) позволяет получить максимальное количество конденсата и наибольший средний коэффициент теплоотдачи. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Условия эксперимента аналогичны приведенным в примере 1, но с тем отличием, что охлаждающую воду отбирают на выходе из конденсатора в диапазоне от 15 до 25 от всего объема и направляют дополнительно в охлаждающую трубу на высоте 0,097 м от начала - согласно расчету по предложенной формуле. При этом расход конденсата составляет от 1,76 х 10-3 кг/с до 1,82 х 10-3 кг/с соответственно. Коэффициент теплоотдачи составляет от 6500 Вт/м 2 град до 6800 Вт/м 2 град. Пример 3 Условия эксперимента аналогичны примеру 2, но с тем отличием, что объем отбираемого на выходе количества охлаждающей воды составляет от 10 до 15 от всего объема. При этом расход образующегося конденсата составляет от 1,13 х 10-3 кг/с до 1,76 х 10-3 кг/с. Коэффициент теплоотдачи составляет 5100 Вт/м 2 град. Пример 4 Условия эксперимента аналогичны примеру 2, но с тем отличием, что отбираемый на выходе объем охлаждающей воды составляет от 25 до 35 от общего объема. При этом образуется от 1,82 х 10-3 кг/с до 1,22 х 10-3 кг/с конденсата. Коэффициент теплоотдачи составляет от 6800 Вт/м 2 град до 5100 Вт/м 2 град. Пример 5 Условия эксперимента аналогичны примеру 2, но отличие состоит в том, что от 15 до 25 от объема охлаждающей воды отбирается на выходе и подается дополнительно на высоте менее 0,097 м. При этом расход конденсата составляет менее 1,5 х 10-3 кг/с. Коэффициент теплоотдачи составляет от 5800 Вт/м 2 град и ниже. Пример 6 Условия эксперимента аналогичны примеру 2, но отличие заключается в том, что 15-25 от объема охлаждающей воды отбираются на выходе и подаются дополнительно на высоте более 0,097 м. При этом образуется не более 1,48 х 10-3 кг/с конденсата. Коэффициент теплоотдачи составляет 5620 Вт/м 2 град и ниже. Результаты экспериментов сведены в таблицу. Таблица Н,м 0,097 0,097 0,097 0,097 0,097 Способ теплообмена при конденсации паров вязкой жидкости путем ввода в охлаждающую среду жидкостной добавки, отличающийся тем, что теплообмен осуществляют в аппарате конденсируемых паров, а в качестве жидкостной добавки используют часть охлаждающей среды, которую на выходе из аппарата в количестве 15-25 от всего ее количества возвращают в аппарат на расстоянии от входа 3 10523 в аппарат конденсируемых паров вязкой жидкости,составляющем,1 где- расход охлаждающей среды с - теплоемкость охлаждающей среды К - коэффициент теплоотдачи через стенку теплообменной трубы к потоку охлаждающей жидко сти(Т-То) - безразмерный температурный напор,где Т - температура насыщенного пара То - температура охлаждающей среды- показатель крутизны вискограммы 2,73 - натуральный логарифм.

МПК / Метки

МПК: F28F 13/00

Метки: конденсации, жидкости, вязкой, паров, способ, теплообмена

Код ссылки

<a href="http://kzpatents.com/4-10523-sposob-teploobmena-pri-kondensacii-parov-vyazkojj-zhidkosti.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Способ теплообмена при конденсации паров вязкой жидкости</a>

Похожие патенты