Рассмотрены вопросы, связанные с исследованиями процесса кипения раствора в щелевых каналах греющей камеры выпарного аппарата при различных режимах его работы. Полученные результаты позволяют выдавать рекомендации по эффективным режимам работы выпарных аппаратов, а также установить пути интенсификации их работы

Данилов, Д. Ю.

Нечипоренко, Дмитрий Игоревич

Фокин, Виталий Сергеевич

eNTUKhPIIR Electronic National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"; Institutional Repository

ЕНЕРГЕТИКА ТЕПЛОТЕХНОЛОГІЇ ТА ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ _________________________________________________________________________________ Інтегровані технології та енергозбереження 3’2008 16 УДК 66.074:661  Фокин В.С., Данилов Д.Ю., Нечипоренко Д.И.  ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА КИПЕНИЯ РАСТВОРА  В ЩЕЛЕВЫХ КАНАЛАХ ГРЕЮЩЕЙ КАМЕРЫ ВЫПАРНОГО АППАРАТА   Как известно, выпарные аппараты (ВА) с кипением раствора в каналах относятся к аппаратам с многократным движением раствора по циркуляционному контуру. Для интенсификации процессов выпаривания необходимо четко знать, какие процессы ко-личественно и качественно влияют на интенсивность парообразования в щелевых кана-лах греющей камеры выпарного аппарата. Интенсивность парообразования в таких аппаратах зависит от полезной разно-сти температур (Δtп=tгп-tкип- ãñ ); параметра упаривания òåðprc     ; теплофизиче-ских свойств раствора и кратности его движения по контуру. Кратность движения рас-твора по контуру в свою очередь зависит от отношения площади сечения обратной циркуляционной трубы к суммарной площади сечения каналов и рассчитывается по формуле êö.ò.öê1nifnf. Интенсивность парообразования исследовалась на экспериментальной установке изготовленной и смонтированной на лабораторном стенде в УкрНИИХиммаше, кото-рая представлена на рис. 1.   Рисунок 1 – Выпарная установка с греющей камерой  с восходящим движением потока раствора в канале 1 – сепаратор; 2 – греющая камера; 3 – насос; 4 – смотровое окно ЕНЕРГЕТИКА ТЕПЛОТЕХНОЛОГІЇ ТА ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ _________________________________________________________________________________ Інтегровані технології та енергозбереження 3’2008 17 При проведении исследований изменялись: – параметр упаривания от òåð =0,0569 °С до òåð =0,441 °С; – полезная разность температур от Δtп=10 °С до Δtп=25 °С; – отношения площадей сечения обратной циркуляционной трубы к площади се-чения каналов греющей камеры от nц=0,1 до nц=0,3; – тепловая нагрузка от q=23000 Вт/м2 до q=74250 Вт/м2. Полученные и обработанные результаты проведенных экспериментальных ис-следований приведены в таблице 1.  Таблица 1 – Расчетные параметры работы греющей камеры   Температура стенки, °С Удельная теп-ловая нагрузка, Вт/м2 Перепад температур в пленке, °С Полезная разность тем-ператур, °С Коэффициент теплоотдачи, Вт/м2К Коэффициент теплопередачи, Вт/м2К Параметр упаривания, °С tст q Δtпл Δtп α2 К тер  59,4 22412,0 4,4 10,0 5094,1 2241,2 0,0569 61,5 33614,7 6,5 15,0 5171,5 2241,0 63,5 46137,8 8,5 20,0 5428,0 2306,9 84,3 23186,0 4,3 10,0 53921,0 2318,6 0,165 89,0 49190,4 9,0 19,0 5465,6 2589,0 91,75 57004,5 10,15 20,5 5616,2 2780,2 104,8 23947,1 4,5 11,0 5321,5 2177,0 0,324 106,7 41374,7 6,7 16,0 6175,3 2586,02 108,2 52031,8 8,2 19,6 6345,3 2654,7 114,5 26235,0 3,45 8,6 7604,3 3050,6 0,441 116,3 50057,0 6,3 15,8 7945,5 3168,15 119,7 74250,0 8,7 21,9 8534,5 3390,4  Основываясь на данных приведенных в табл. 1 были построены графики зави-симости удельной тепловой нагрузки q от полезной разности температур Δtп и коэффи-циента теплоотдачи α2 от Δtп, которые показаны соответственно на рисунках 2 и 3.  Из рисунка 2 видно, что увеличение полезной разности температур приводит к увеличению тепловой нагрузки. На характер этого увеличения оказывает влияние па-раметр упаривания. Так при увеличении полезной разности температур от 10 °С до 20 °С имеем: при òåð =0,441 °С; q10=27000 Вт/м2; q20=67000 Вт/м2. при òåð =0,324 °С; q10=25000 Вт/м2; q20=57500 Вт/м2. при òåð =0,165 °С; q10=22000 Вт/м2; q20=54000 Вт/м2. ЕНЕРГЕТИКА ТЕПЛОТЕХНОЛОГІЇ ТА ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ _________________________________________________________________________________ Інтегровані технології та енергозбереження 3’2008 18 при òåð =0,0569 °С; q10=20400 Вт/м2; q20=46000 Вт/м2. Характер изменения коэффициента теплоотдачи α2 в зависимости от полезной разности температур и параметра упаривания òåð  показан на рисунке 3.  200002500030000350004000045000500005500060000650007000075000800008,5 10 15 20 21 22Δtп, °С q, Вт/м2υтер=0,0569 υтер=0,165 υтер=0,324 υтер=0,441  Рисунок 2 – Зависимость удельной тепловой нагрузки q от полезной разности температур Δtп   50006000700080009000100008,5 10 15 20 21 22Δtп, °С α2, Вт/м2 Кυтер=0,0569 υтер=0,165 υтер=0,324 υтер=0,441  Рисунок 3 – Зависимость коэффициента теплоотдачи α2   от полезной разности температур Δtп при nц=0,15  Как видно из рис. 3, уменьшение параметра упаривания приводит к увеличению вязкости раствора и объему парорастворной смеси в зоне кипения. Первое приводит к уменьшению коэффициента теплоотдачи (α~μ-0,49), а второе – к увеличению гидравли-ческого сопротивления контура циркуляции. ЕНЕРГЕТИКА ТЕПЛОТЕХНОЛОГІЇ ТА ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ _________________________________________________________________________________ Інтегровані технології та енергозбереження 3’2008 19 Одной из важных характеристик работы выпарных аппаратов с кипением рас-твора в щелевых каналах является кратность движения раствора по контуру, увеличе-ние которой определяет длину развитого кипения в канале и паросодержание смеси на выходе из греющей камеры в сепаратор.  Влияние отношения площадей сечения обратной циркуляционной трубы к сум-марной площади сечения каналов nц показано на рисунке 4.  400050006000700080000 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25nц α2, Вт/м2 Kυтер=0,0569 υтер=0,165 υтер=0,324 υтер=0,441  Рисунок 4 – Влияние nц на значение коэффициента теплоотдачи при Δtп=15 °С  Из рис. 4 видно, что при изменении nц от 0,05 до 0,16 имеет место увеличение значения коэффициента теплоотдачи, а в дальнейшем – уменьшение. Объясняется это тем, что в щелевом канале присутствуют три основных зоны: зона подогрева раствора до температуры кипения, зона образования вторичного пара и зона развитого кипения. В первой зоне протекает конвективный теплообмен, во второй – конвективный тепло-обмен и кипение, в третьей – кипение. От соотношения этих зон зависит интенсивность переноса тепла. При значении nц=0,05÷0,1 в канал поступает малое количество раствора и воз-можен полный переход выпариваемого раствора в паровую фазу. При этом имеет место полное образование паровой фазы (заполнение каналов паром) и образование тонкой пленки раствора на поверхности нагрева. Увеличение значения nц более 0,16 приводит к значительному увеличению зоны конвективного теплообмена и уменьшению зоны пузырькового кипения, что в свою очередь приводит к уменьшению интенсивности переноса тепла. Как видно из проведенного анализа работы греющей камеры ВА для максималь-ной интенсификации процесса выпаривания необходимо, чтобы кратность движения раствора по контуру была равна 0,15.  ЕНЕРГЕТИКА ТЕПЛОТЕХНОЛОГІЇ ТА ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ _________________________________________________________________________________ Інтегровані технології та енергозбереження 3’2008 20 Литература  1. Фокин В.С., Кошельник В.М., Кошельник А.В., Збараз Л.И, Данилов Д.Ю. Методика определения паросодержания смеси на выходе из пластинчатого испарителя системы теплоснабжения //Коммунальное хозяйство городов, ИТС, выпуск 47. Киев «Техника», 2003, С. 168–171. 2. Головченко О.А., Фокин В.С., Марченко Л.Н., Аксельрод Л.С. К расчету раз-меров зоны развитого кипения в выпарных аппаратах нормализованной конструкции //Химическое машиностроение. Выпуск 77, М., НииХиммаш, 1977, С. 36–40. 3. Нечипоренко Д.И., Фокин В.С., Павлова В.Г., Гладкий В.Н. Исследование процессов кипения растворов в стекающей пленке трубчатых и пластинчатых греющих камер //Східно-Європейський журнал передових технологій.– Харків: Технологічний центр, 2006. – № 20, т.2, С. 80–82.    УДК 66.074:661  Фокін В.С., Данилов Д.Ю., Нечипоренко Д.І.  ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ КИПІННЯ РОЗЧИНУ  У ЩІЛИННИХ КАНАЛАХ ГРІЮЧОЇ КАМЕРИ ВИПАРНОГО АПАРАТУ  Розглянуті питання, що пов’язані з дослідженнями процесу кипіння розчину у щільових каналах гріючої камери випарного апарату при різних режимах його роботи. Результати, які було отримано, дозволяють видавати рекомендації по ефективним ре-жимам роботи випарних апаратів, а також встановити шляхи інтенсифікації їх роботи. 

Исследование процесса кипения раствора в щелевых каналах греющей камеры выпарного аппарата

Library of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

ЕНЕРГЕТИКА ТЕПЛОТЕХНОЛОГІЇ ТА ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ 
_________________________________________________________________________________ 
Інтегровані технології та енергозбереження 3’2008 16 
УДК 66.074:661 
 
Фокин В.С., Данилов Д.Ю., Нечипоренко Д.И. 
 
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА КИПЕНИЯ РАСТВОРА  
В ЩЕЛЕВЫХ КАНАЛАХ ГРЕЮЩЕЙ КАМЕРЫ ВЫПАРНОГО АППАРАТА  
 
Как известно, выпарные аппараты (ВА) с кипением раствора в каналах относятся 
к аппаратам с многократным движением раствора по циркуляционному контуру. Для 
интенсификации процессов выпаривания необходимо четко знать, какие процессы ко-
личественно и качественно влияют на интенсивность парообразования в щелевых кана-
лах греющей камеры выпарного аппарата. 
Интенсивность парообразования в таких аппаратах зависит от полезной разно-
сти температур (Δtп=tгп-tкип- ãñ ); параметра упаривания òåð
p
r
c
 
  
  
; теплофизиче-
ских свойств раствора и кратности его движения по контуру. Кратность движения рас-
твора по контуру в свою очередь зависит от отношения площади сечения обратной 
циркуляционной трубы к суммарной площади сечения каналов и рассчитывается по 
формуле 
ê
ö.ò.
ö
ê
1
n
i
f
n
f



. 
Интенсивность парообразования исследовалась на экспериментальной установке 
изготовленной и смонтированной на лабораторном стенде в УкрНИИХиммаше, кото-
рая представлена на рис. 1. 
 
 
Рисунок 1 – Выпарная установка с греющей камерой  
с восходящим движением потока раствора в канале 
1 – сепаратор; 2 – греющая камера; 3 – насос; 4 – смотровое окно 
ЕНЕРГЕТИКА ТЕПЛОТЕХНОЛОГІЇ ТА ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ 
_________________________________________________________________________________ 
Інтегровані технології та енергозбереження 3’2008 17 
При проведении исследований изменялись: 
– параметр упаривания от òåð =0,0569 °С до òåð =0,441 °С; 
– полезная разность температур от Δtп=10 °С до Δtп=25 °С; 
– отношения площадей сечения обратной циркуляционной трубы к площади се-
чения каналов греющей камеры от nц=0,1 до nц=0,3; 
– тепловая нагрузка от q=23000 Вт/м2 до q=74250 Вт/м2. 
Полученные и обработанные результаты проведенных экспериментальных ис-
следований приведены в таблице 1. 
 
Таблица 1 – Расчетные параметры работы греющей камеры 
 
 
Температура 
стенки, °С 
Удельная теп-
ловая нагрузка, 
Вт/м2 
Перепад 
температур 
в пленке, °С 
Полезная 
разность тем-
ператур, °С 
Коэффициент 
теплоотдачи, 
Вт/м2К 
Коэффициент 
теплопередачи, 
Вт/м2К 
Параметр 
упаривания, 
°С 
tст q Δtпл Δtп α2 К тер  
59,4 22412,0 4,4 10,0 5094,1 2241,2 
0
,0
5
6
9
 
61,5 33614,7 6,5 15,0 5171,5 2241,0 
63,5 46137,8 8,5 20,0 5428,0 2306,9 
84,3 23186,0 4,3 10,0 53921,0 2318,6 
0
,1
6
5
 
89,0 49190,4 9,0 19,0 5465,6 2589,0 
91,75 57004,5 10,15 20,5 5616,2 2780,2 
104,8 23947,1 4,5 11,0 5321,5 2177,0 
0
,3
2
4
 
106,7 41374,7 6,7 16,0 6175,3 2586,02 
108,2 52031,8 8,2 19,6 6345,3 2654,7 
114,5 26235,0 3,45 8,6 7604,3 3050,6 
0
,4
4
1
 
116,3 50057,0 6,3 15,8 7945,5 3168,15 
119,7 74250,0 8,7 21,9 8534,5 3390,4 
 
Основываясь на данных приведенных в табл. 1 были построены графики зави-
симости удельной тепловой нагрузки q от полезной разности температур Δtп и коэффи-
циента теплоотдачи α2 от Δtп, которые показаны соответственно на рисунках 2 и 3.  
Из рисунка 2 видно, что увеличение полезной разности температур приводит к 
увеличению тепловой нагрузки. На характер этого увеличения оказывает влияние па-
раметр упаривания. 
Так при увеличении полезной разности температур от 10 °С до 20 °С имеем: 
при òåð =0,441 °С; q10=27000 Вт/м
2
; q20=67000 Вт/м
2
. 
при òåð =0,324 °С; q10=25000 Вт/м
2
; q20=57500 Вт/м
2
. 
при òåð =0,165 °С; q10=22000 Вт/м
2
; q20=54000 Вт/м
2
. 
ЕНЕРГЕТИКА ТЕПЛОТЕХНОЛОГІЇ ТА ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ 
_________________________________________________________________________________ 
Інтегровані технології та енергозбереження 3’2008 18 
при òåð =0,0569 °С; q10=20400 Вт/м
2
; q20=46000 Вт/м
2
. 
Характер изменения коэффициента теплоотдачи α2 в зависимости от полезной 
разности температур и параметра упаривания òåð  показан на рисунке 3. 
 
20000
25000
30000
35000
40000
45000
50000
55000
60000
65000
70000
75000
80000
8,5 10 15 20 21 22
Δtп, °С 
q
, 
В
т
/м
2
υтер=0,0569 υтер=0,165 υтер=0,324 υтер=0,441
 
 
Рисунок 2 – Зависимость удельной тепловой нагрузки q от полезной разности температур Δtп 
 
 
5000
6000
7000
8000
9000
10000
8,5 10 15 20 21 22
Δtп, °С 
α
2
, 
В
т
/м
2
 К
υтер=0,0569 υтер=0,165 υтер=0,324 υтер=0,441
 
 
Рисунок 3 – Зависимость коэффициента теплоотдачи α2   
от полезной разности температур Δtп при nц=0,15 
 
Как видно из рис. 3, уменьшение параметра упаривания приводит к увеличению 
вязкости раствора и объему парорастворной смеси в зоне кипения. Первое приводит к 
уменьшению коэффициента теплоотдачи (α~μ-0,49), а второе – к увеличению гидравли-
ческого сопротивления контура циркуляции. 
ЕНЕРГЕТИКА ТЕПЛОТЕХНОЛОГІЇ ТА ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ 
_________________________________________________________________________________ 
Інтегровані технології та енергозбереження 3’2008 19 
Одной из важных характеристик работы выпарных аппаратов с кипением рас-
твора в щелевых каналах является кратность движения раствора по контуру, увеличе-
ние которой определяет длину развитого кипения в канале и паросодержание смеси на 
выходе из греющей камеры в сепаратор.  
Влияние отношения площадей сечения обратной циркуляционной трубы к сум-
марной площади сечения каналов nц показано на рисунке 4. 
 
4000
5000
6000
7000
8000
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
nц 
α
2
, 
В
т
/м
2
 K
υтер=0,0569 υтер=0,165 υтер=0,324 υтер=0,441
 
 
Рисунок 4 – Влияние nц на значение коэффициента теплоотдачи при Δtп=15 °С 
 
Из рис. 4 видно, что при изменении nц от 0,05 до 0,16 имеет место увеличение 
значения коэффициента теплоотдачи, а в дальнейшем – уменьшение. Объясняется это 
тем, что в щелевом канале присутствуют три основных зоны: зона подогрева раствора 
до температуры кипения, зона образования вторичного пара и зона развитого кипения. 
В первой зоне протекает конвективный теплообмен, во второй – конвективный тепло-
обмен и кипение, в третьей – кипение. От соотношения этих зон зависит интенсивность 
переноса тепла. 
При значении nц=0,05÷0,1 в канал поступает малое количество раствора и воз-
можен полный переход выпариваемого раствора в паровую фазу. При этом имеет место 
полное образование паровой фазы (заполнение каналов паром) и образование тонкой 
пленки раствора на поверхности нагрева. 
Увеличение значения nц более 0,16 приводит к значительному увеличению зоны 
конвективного теплообмена и уменьшению зоны пузырькового кипения, что в свою 
очередь приводит к уменьшению интенсивности переноса тепла. 
Как видно из проведенного анализа работы греющей камеры ВА для максималь-
ной интенсификации процесса выпаривания необходимо, чтобы кратность движения 
раствора по контуру была равна 0,15. 
 
ЕНЕРГЕТИКА ТЕПЛОТЕХНОЛОГІЇ ТА ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ 
_________________________________________________________________________________ 
Інтегровані технології та енергозбереження 3’2008 20 
Литература 
 
1. Фокин В.С., Кошельник В.М., Кошельник А.В., Збараз Л.И, Данилов Д.Ю. 
Методика определения паросодержания смеси на выходе из пластинчатого испарителя 
системы теплоснабжения //Коммунальное хозяйство городов, ИТС, выпуск 47. Киев 
«Техника», 2003, С. 168–171. 
2. Головченко О.А., Фокин В.С., Марченко Л.Н., Аксельрод Л.С. К расчету раз-
меров зоны развитого кипения в выпарных аппаратах нормализованной конструкции 
//Химическое машиностроение. Выпуск 77, М., НииХиммаш, 1977, С. 36–40. 
3. Нечипоренко Д.И., Фокин В.С., Павлова В.Г., Гладкий В.Н. Исследование 
процессов кипения растворов в стекающей пленке трубчатых и пластинчатых греющих 
камер //Східно-Європейський журнал передових технологій.– Харків: Технологічний 
центр, 2006. – № 20, т.2, С. 80–82. 
 
 
 
УДК 66.074:661 
 
Фокін В.С., Данилов Д.Ю., Нечипоренко Д.І. 
 
ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ КИПІННЯ РОЗЧИНУ  
У ЩІЛИННИХ КАНАЛАХ ГРІЮЧОЇ КАМЕРИ ВИПАРНОГО АПАРАТУ 
 
Розглянуті питання, що пов’язані з дослідженнями процесу кипіння розчину у 
щільових каналах гріючої камери випарного апарату при різних режимах його роботи. 
Результати, які було отримано, дозволяють видавати рекомендації по ефективним ре-
жимам роботи випарних апаратів, а також встановити шляхи інтенсифікації їх роботи. 


http://repository.kpi.kharkov.ua/bitstream/KhPI-Press/2262/1/ITE_2008_3_Fokin_Issledovaniye%20protsessa.pdf

Исследование процесса кипения раствора в щелевых каналах греющей камеры выпарного аппарата

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

eNTUKhPIIR Electronic National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"; Institutional Repository

Library of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"