8. Опытные данные по теплоотдаче

293

соприкосновении горячего газа с жидкостью последняя испаряется и рас­пространяется в газовом потоке, а газ охлаждается. При этом перенос тепла происходит дополнительно за счет массопередачи. Несмотря на важное значение совместных процессов тепло- и массообмена при испаре­нии, конденсации, сорбции и др., до сих пор не имеется достаточно широ­ких обобщений для расчета теплопередачи в таких условиях.

Для частного случая — процесса охлаждения дымовых газов при их движении про­тивотоком к воде в насадочных скрубберах получено эмпирическое уравнение

= 0,001 lRe°^,8Re^⁷ (VI 1.69)

где К — коэффициент теплопередачи, вт!(м^г- град}; d₃ — эквивалентный диаметр насадки,

м; Re_r = ■^^>^^г критерий Рейнольдса для газа (w₀ — фиктивная линейная скорость

V _свЦр

4 WV™

газа, м/сек; У_св — свободный объем иасадки); Re* = „ критерий Рейнольдса

oOUÜVjjfö

для жидкости [W — плотность орошения, м³/м²- ч)]; v* — кинематическая вязкость жид­кости, м^г/сек; а — удельная поверхность насадки, м²/м³ ].

Уравнение (VII,69) получено при критерии Прандтля для газа Рг <=» г=» 0,66, влагосодержании газов 100 г/м³ сухого газа (при t — 0 °С и р = 760 мм рт. ст.) и плотности орошения W sg; 12 м³/(м²-ч).

Непосредственное соприкосновение газа и твердого зернистого материала

Теплообмен между движущимся теплоносителем и неподвижным слоем зернистого материала (или насадки), а также теплоносителем и псевдо- ожиженным, или кипящим, слоем твердых частиц имеет большое практи­ческое значение, так как в подобных гидродинамических условиях (см. главу II) протекают многие контактно-каталитические и другие процессы химической технологии. При проведении процессов в кипящем слое удается значительно увеличить количество передаваемого в единицу времени тепла, т. е. тепловую нагрузку аппаратов.

Теплообмен в неподвижном зернистом слое. Теплообмен при движении теплоносителя через слой зерен или насадки является сложным процес­сом, зависящим от формы и размера зерен (элементов насадки), материала насадки, порозности слоя, физических свойств теплоносителя, температур теплоносителя и насадки и т. д.

Для расчета теплоотдачи в стационарных условиях при движении газа через неподвижную насадку с малой теплопроводностью [А, = 0,13 —

1. 7 вт/{м-град)\ на основе обработки опытных данных различных иссле­дователей получено эмпирическое уравнение

Nu_)K = 0,123Re^⁸³ (VI 1,70)

где Nu* = adjkw (d₃ — эквивалентный диаметр насадки); Re_Ä = Wd₃/p._x (W — ш₀р_г — массовая скорость газа).

Уравнение (VII,70) получено для Ие_ж = 50-~“2000. Соответственно для металлических насадок, обладающих большой теплопроводностью [А, = = 37 — 383 вт/(м-град) ], в пределах изменения Re = 50 — 1770 расчет­ное уравнение имеет вид

Nu_K = 0,025 (¹⁵ Re^⁸⁹ (VII.71)

где Я_н/Я_ж — отношение теплопроводностей иасадки и теплоносителя.

Теплообмен в псевдоожиженном (кипящем) слое. Благодаря большой поверхности твердых частиц теплообмен в псевдоожиженном слое проте­кает очень интенсивно, Однако расчет теплообмена в этом случае затруднен

Гл. VII. Основы теплопередачи в химической аппаратуре

вследствие сложности определения истинной поверхности теплообмена в слое, а также дейстбительной разности температур между твердыми частицами и ожижающим агентом (газом или жидкостью). По последней причине, обусловленной трудностью непосредственного измерения тем­пературы твердых частиц и газа в псевдоожиженном слое, наблюдаются значительные расхождения результатов различных экспериментальных исследований теплообмена в условиях псевдоожижения.

Теплообмен в псевдоожиженном слое складывается из конвективного переноса тепла от ожижающего агента к твердым частицам и переноса тепла путем теплопроводности внутри самих - частиц. Переносом тепла излучением обычно можно пренебречь ввиду малой разности температур ожижающего агента и твердых частиц. Кроме того, для частиц весьма малых размеров, обычно подвергаемых псевдоожижению, пренебрегают различием температур в объеме частицы и принимают в качестве расчетной некоторую ее среднюю температуру 0. Для частиц, обладающих хорошей теплопроводностью, можно считать, что весь перепад температур сосре­доточен 6 тонком'пограничном слое (пленке) вокруг частицы, а ее внутрен­нее термическое сопротивление является пренебрежимо малым.

Количество тепла <2, переданного в единицу времени от ожижающего агента к твердым частицам (или от частиц к агенту), определяется по урав­нению теплоотдачи

(^а/чв.ч М (VI 1,72)

где Г?_в. _ч — поверхность теплообмена, принимаемая в данном случае равной поверхности твердых частиц в слое; Д/ — разность температур ожижающего агента и твердых частиц (или наоборот).

В данном случае а (или N11 = ай/Х) является функцией главным обра­зом скорости ожижающего агента и соответственно модифицированного критерия Ие, которому придают вид

д_с_ ^шо ^аР ' ец

где шо — фиктивная скорость агента; <1 — диаметр частицы; е — порозность слоя.

Кроме того, а зависит от физических свойств агента (критерия Рг), размера твердых частиц и геометрических характеристик системы.

При Ре <С 200 (ориентировочно) поток ожижающего агента неравномерно омывает твердые частицы, и в тех частях слоя, где скорости агентов очень малы, теплообмен прак­тически не происходит. Поверхность твердых частиц, участвующих при таком режиме в теплообмене, называется активной; она составляет лишь малую долю их суммарной поверхности. При йе ^ 200 частицы равномерно омываются ожижающим агентом, их активная поверхность приближается к величине /⁷_ТВ._Ч и происходит турбулизация погра­ничного слоя, окружающего частицы.

Для приближенного определения а рекомендуются уравнения;

при Не < 200

№= 1,6.10"