Содержание к диссертации
Введение
1. Тепломассообменные процессы и установки при выпаривании 10
1.1. Процессы удаления влаги из растворов щелоков сульфат целлюлозного производства 10
1.2. Оборудование для выпаривания щелоков 12
1.2.1. Конструкции выпарных аппаратов и их специфика, применительно к ЦБП 12
1.2.2. Оборудование для выпаривания щелоков в падающей пленке
1.3. Нисходящее течение жидкости в трубе. Классификация режимов. 18
1.4. Гидродинамические режимы течения падающей гшещш
1.4.1. Ламинарный режим. 20
1.4.2. Волновое течение 23
1.4.3. Турбулентное течение 24
1.4.4. Средняя толщина квазистационарной пленки 26
1.4.5. Влияние теплового потока на режимы парообразования в пленке 27
1.5. Теплообмен 28
1.5.1. Теплоотдача при течении пленки по вертикальной поверхности. Нагрев пленки 29
1.5.2. Поверхностное испарение пленки, нагретой до Тн 32
1.5.3. Теплоотдача при пузырьковом кипении в пленке жидкости37
1.5.4. Кризисные явления в пленке жидкости при теплообмене 38
1.5.5. Другие факторы, влияющие на теплообмен 45
1.6. Выводы и постановка задачи исследований 49
2. Промышленные испытания действующих выпарных установок
2.1. Выпарные батареи 52
2.2. Концентраторы 55
3. Методика исследований 60
3.1. Обоснование возможности использования метода меток для исследования скоростей в пленке воды. Методика эксперимента.60
3.2. Анализ процесса теплообмена. Планирование теплотехнического эксперимента 70
3.3. Методика определения локальной теплоотдачи и длины начального участка 83
3.4. Экспериментальная установка для исследования теплоотдачи к стекающей пленке жидкости 87
3.5. Экспериментальная установка для исследования гидродинамики гравитационно стекающей пленки жидкости 91
3.5.1. Определение температуры стенки и вычисление коэффициентов теплоотдачи 93
3.5.2. Тарировка установки для исследования теплообмена 94
3.6. Оценка погрешностей эксперимента 99
4. Результаты исследований и их анализ 101
4.1. Визуальные наблюдения... 101
4.2. Исследования гидродинамики пленки 103
4.3. Исследования теплоотдачи к пленке жидкости
4.3.1. Вода; конвективный теплообмен 107
4.3.2. Теплообмен при испарении воды 109
4.3.3. Теплообмен при нагревании и испарении щелока 111
4.3.4. Влияние плотности теплового потока на теплоотдачу к пленке жидкости 115
4.3.5. Кризисные явления, наблюдавшиеся при проведении эксперимента 122
4.3.6. Локальная теплоотдача и участок стабилизации теплоотдачи , 126
5. Методика теплового расчета выпарного аппарата с падающей пленкой раствора 131
Основные результаты и выводы
- Конструкции выпарных аппаратов и их специфика, применительно к ЦБП
- Влияние теплового потока на режимы парообразования в пленке
- Анализ процесса теплообмена. Планирование теплотехнического эксперимента
- Исследования теплоотдачи к пленке жидкости
Введение к работе
Актуальность темы.
Выпарные аппараты с гравитационно стекающей (падающей) пленкой ікости представляют собой новое поколение выпарной техники и обладают ом существенных преимуществ, по сравнению с традиционно используе-.1 в ЦБП способом выпаривания в восходящей пленке. Внедрение аппаратов ідающей пленкой в ЦБП позволяет значительно увеличить межпромывоч-і период, повышает экономичность выпарной батареи, уменьшает потери нкатов в цикле регенерации щелока и снижает количество вредных выбро-
Тем не менее, до настоящего времени на отечественных предприятиях в ышшстве случаев в эксплуатации находятся физически и морально уста-пие аппараты с восходящей пленкой раствора.
Для разработки, проектирования и эксплуатации аппаратов с падающей ікой щелоков необходимо наличие методик расчета, содержащих надеж-зависимости, отражающие влияние основных режимных параметров на те-пбмен.
Цель работы.
Определение закономерностей теплоотдачи к стекающим пленкам щело-сульфат - целлюлозного производства с последующим их использованием в )дике теплового расчета выпарных аппаратов ЦБП, а также разработка на )снове соответствующих рекомендаций для проектных и промышленных шриятий..
Задачи исследования. інализ научно-технической информации, касающейся вопросов теплоотда-і к падающей пленке жидкости.
>пределение условий эксплуатации промышленного выпарного оборудова-іяЦБП ыбор и разработка методик исследований, изготовление, монтаж и тари-
4 ровка экспериментальных установок.
-
Исследование гидродинамических параметров течения пленки жидкое идентификация пленочных режимов течения.
-
Исследование теплоотдачи при нагревании и испарении гравитационно с кающей пленки воды и вязких щелочных растворов при ламинар волновом, переходном и турбулентном режимах течения в трубе.
6. Разработка методики расчета аппаратов с падающей пленкой
Новизна работы.
Впервые в отечественной практике проведены исследования теплооб. на при выпаривании черного сульфатного щелока в режиме падающей плен Получены зависимости по теплоотдаче к пленке вязких щелочных раство] для ламинарно-волнового, переходного и турбулентного режимов течения; і ределены границы применимости полученных уравнений в соответствии с п родинамическими режимами; разработана методика определения длины уча ка тепловой стабилизации и определен характер теплообмена на этом участк
Научная и практическая значимость результатов.
Обоснована возможность использования метода меток для определен средней и максимальной скорости в пленке. Предложена и апробирована медика определения длины участка тепловой стабилизации в испарительной т] бе, что дает возможность повысить точность тепловых расчетов.
Получены данные по теплоотдаче к щелокам сульфат-целлюлозного п| извод ства в диапазоне режимных параметров, характерных для промышлеш го выпарного оборудования. Произведена оценка влияния теплового потока теплоотдачу и режим парообразования в пленке.
Исследованы кризисные явления, сопровождающие пленочное испарен и предложены конструктивные решения для предотвращения кризиса.
На основании полученных данных уточнена методика теплового расче используемая для проектирования, выполнения поверочных расчетов и рекч струкции выпарного оборудования ЦБП и составлен алгоритм, позволяют
5 томатизировать процедуру расчета. Апробация работы. Результаты работы докладывались на:
1. Второй Российской национальной конференции по теплообмену,
їосква 1998)
2. Научно-практической конференции "Опыт и перспективы развития ре-
рсосберегающих технологий и утилизации твердых отходов на предприятиях
лличных форм собственности"(СПб 1998)
Реализация результатов.
Пилотная установка, изготовленная с использованием результатов на-оящей работы, смонтирована, подключена к действующей выпарной батарее )С-3 Котласского целлюлозно-бумажного комбината и находится в стадии юмышленных испытаний.
Полученные в работе результаты использованы для разработки техноло-и реконструкции действующих выпарных аппаратов для перевода их на па-ющую пленку, которая является составной частью проекта реконструкции тарных батарей Котласского ЦБК. Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа представлена на 165 страницах, включая 13 таб-іц, 45 рисунков, 5 приложений. Библиография 166 наименований. Автор защищает :
результаты исследований гидродинамики пленки жидкости, вклгочаю-[іе данные по средней и максимальной скорости и толщине пленки;
результаты исследований теплоотдачи к пленкам щелоков сульфат-ллюлозного производства при нагревании и испарении;
методику определения длины участка тепловой стабилизации и теплоот-.чи на нем;
уточненную методику теплового расчета выпарного аппарата ЦБП, ра-Ітающего в режиме падающей пленки;
рекомендации по реконструкции пленочных выпарных аппаратов и их
эксплуатации.
Конструкции выпарных аппаратов и их специфика, применительно к ЦБП
Для концентрирования растворов может быть применен периодический метод выпаривания, при котором исходным раствором заполняют выпарной аппарат, нагревают его до температуры кипения и выпаривают до конечной концентрации. Способы периодического выпаривания и методика расчета изложены в [9].
Для концентрирования очень слабых промывных или "отбросных" щелоков, содержащих менее 1 % сухих веществ, выпарка которых экономически не оправдана, используют процессы ультрафильтрации [10] и обратного осмоса [77]. Делаются попытки использовать для предварительного выпаривания теплоту паров, выделяющихся при выдувке периодических котлов [12].
Непрерывный метод выпаривания осуществляется в многоступенчатых выпарных установках, укомплектованных аппаратами поверхностного типа с использованием образующегося над раствором вторичного пара данной ступени в последующих ступенях с более низким давлением. По теплотехническим показателям [13] выпарные станции ЦБП относятся к рекуперативным многостадийным вакуум-выпарным установкам с элементами адиабатного и контактного концентрирования. Они, как правило, работают по 5-6-ступенчатой противоточнои или смешанной схеме питания корпусов раствором с использованием одного или нескольких источников подвода теплоты. Для концентрирования черных сульфатных щелоков применяются выпарные установки с противоточнои или смешанной схемами питания корпусов. В противоточнои выпарной установке (станции фирм "Рамен", "Свенсон", "Парсон и Виттемор") греющий пар и раствор переходят из корпуса в корпус в противоположных направлениях. При такой схеме движения потоков по мере сгущения раствора повышается и его температура, поэтому вязкость раствора остается в пределах, обеспечивающих достаточно высокие коэффициенты теплопередачи. За счет этого производительность противоточных установок наивысшая по сравнению с любой другой схемой. К недостаткам противоточной схемы относятся необходимость установки дополнительных перекачивающих насосов и тяжелые условия работы первого корпуса, в котором одновременное сочетание максимальной концентрации и высокой температуры приводит к образованию накипи.
В смешанной схеме питания раствор подается в один из промежуточных корпусов установки, откуда прямотоком проходит до последнего аппарата спутно с потоком греющего пара, затем, по противоточной схеме подается в первый либо другой корпус установки. Далее опять применяется прямоточная или противоточная схемы. Смешанные схемы питания дают возможность в первых по ходу щелока корпусах использовать преимущество прямотока (отсутствие перекачивающих насосов и самоиспарение части раствора), а в последних по ходу раствора корпусах обеспечить относительно высокие значения коэффициентов теплопередачи, характерные для противоточной схемы. Станции, укомплектованные аппаратами с восходящей пленкой раствора, распространены в России и на зарубежных предприятиях: "Розенблад", "Рамен", "Розенлев-Свенсон", "Энсо-Гутцейт", "Мицубиси" и т.д. Однако типичной и наиболее распространенной в России батареей со смешанной схемой питания корпусов является установка фирмы "Розенблад". 1.2. Оборудование для выпаривания щелоков
Для выпаривания черных щелоков сульфатного производства в схеме "Розенблад" выпарной батареи применяются длиннотрубные вертикальные аппараты с восходящим движением потока упариваемого раствора, длиной кипятильных труб 8 - 9 м, поверхностью теплообмена до 5500 м2.
На рис. 1.1 приведена конструкция двухходового выпарного аппарата фирмы "Розенблад" как наиболее распространенная на отечественных предприятиях. Двухходовыми аппаратами на станциях этой фирмы выполняются один или два последних по ходу щелока аппарата, так как на последних ступенях выпаривания объем раствора становится недостаточным для устойчивого гидродинамического режима течения в кипятильных трубах.
Некоторые конструкции аппаратов для выпарки щелоков сульфатного производства с восходящим движением раствора представлены в [14\.
Выпарные установки, укомплектованные аппаратами с гравитационным течением упариваемого раствора, применяются на предприятиях Японии, США ("Розенблад Корпорейшен", "Бакай", "Краун Целлербах"), ФРГ("Лурги"), Финляндии ("Альстрем") и др. Основным достоинством данных батарей является способность работы аппаратов при низких температурных напорах, что позволяет комплектовать станции с большим, по сравнению с аппаратами с восходящей пленкой, числом ступеней выпаривания.
Влияние теплового потока на режимы парообразования в пленке
Таким образом выпарные аппараты с падающей пленкой являются новым поколением выпарной техники.
К сожалению, переход на новые технологии удаления влаги из растворов не коснулся отечественных предприятий, на которых, в большинстве случаев установлены традиционные аппараты с поднимающимся раствором.
На некоторых из предприятий установлены выпарные аппараты с падающей пленкой, но только импортные и только в качестве концентраторов.
Производство аппаратов данной конструкции освоил Петрозавод-скбуммаш, однако, на сегодняшний день методика расчета выпарных аппаратов с падающей пленкой, применительно к щелокам ЦБП нам не известна.
На основе проведенного литературного обзора по данным более 150 источников, основными из которых являются работы Гимбутиса, Сле-саренко, Воронцова, Фуджиты, Чжуна, Ганчева, Ардашева сделаны следующие выводы:
Имеется достаточно расчетных зависимостей по теплоотдаче к испаряющимся пленкам воды и некоторых органических жидкостей, причем результаты различных работ расходятся между собой. Коэффициенты теплоотдачи, рассчитанные по зависимостям разных авторов могут различаться в 1,2-3 раза. Вопрос о том, подходят ли эти зависимости для расчета теплоотдачи к пленкам раствора остается открытым, так как индивидуальные специфические свойства растворов могут оказывать существенное влияние на характер теплообмена при испарении. В частности, не обнаружено достаточно общих зависимостей для расчета пленочных аппаратов целлюлозного производства. Неоднозначно идентифицируется такой базовый показатель как режим течения пленки. Такие вопросы процесса выпаривания черных щелоков целлюлозного производства в стекающей пленке как возникновение кризисов теплообмена, величина и роль начального участка в процессе формирования теплоотдачи, стабилизированная и нестабилизированная теплоотдача, влияние теплового потока не исследованы.
В связи с этим задачи настоящей работы были сформулированы следующим образом: 1. Исследование гидродинамических параметров течения пленки жидкости. 2. Идентификация пленочных режимов течения. 3. Получение надежных расчетных зависимостей, отражающих влияние основных режимных параметров на теплообмен и формирование на их основе соответствующих рекомендаций для проектирующих и эксплуатирующих организаций. 4. Исследование кризисных явлений, возникающих при теплоотдаче к стекающим пленкам. 5. Осуществление проверки предложенных методик в промышленных условиях.
Очевидно, что наиболее надежным подходом в этом случае является непосредственное исследование теплоотдачи в условиях близких к условиям работы выпарных станций. 2. Промышленные испытания действующих выпарных установок
Для решения поставленных выше задач возникает необходимость в определении диапазона рабочих параметров промышленного выпарного оборудования. С этой целью были проведены натурные испытания выпарных батарей и концентраторов, эксплуатирующихся на Котласском целлюлозно - бумажном комбинате.
Выпарные батареи картонно - бумажного производства. На линии КБП установлены две шестикорпусные выпарные станции фирмы Розенблад. Технологическая схема станций приведена на рис.. 2.1.
Питание корпусов щелоком осуществляется по противоточной схеме. Питательный щелока плотностью 1100 - 1150 кг/м3 и температурой 75 - 92 градуса подается параллельно в V и VI корпуса. Из них через три подогревателя подается в корпус IV, далее через подогреватели последовательно в III, II и I корпуса. Из корпуса I щелок поступает в бак крепкого щелока. Поскольку он находится под давлением корпуса VI в нем происходит самоиспарение раствора.
Греющий пар подается в корпус I. Вторичный пар первого корпуса является греющим для II, и т. д. Вторичный пар последнего корпуса направляется в конденсатор.
Вследствие загрязнения поверхности первого и второго корпусов, работающих в наиболее неблагоприятных условиях, обычно один их этих корпусов находится на промывке и не участвует в работе батареи.
Конденсат от каждого корпуса направляется в расширитель конденсата. Конденсат острого пара направляется на ТЭС.
Схема выпарной батареи ТЭС - ф У"ф схема батареи приведена на рис. 2.2 Первая ступень испарения - это аппараты с принудительной циркуляцией щелока. Аппараты в работу включаются попеременно. Острый пар подается либо в IAB, либо ICD корпуса. Станция работает по про-тивоточной схеме питания. Черный щелок закачивается параллельно в корпуса V и VI. Грязные конденсаты перепускаются через все корпуса и идут на очистку. Типовые параметры работы выпарной батареи приведены в табл.2.3
Концентраторы ТЭС - 3 Котласского ЦБК ТЭС-3 оборудована двумя трубчатыми концентраторами с принудительной циркуляцией фирмы "Оу W. ROSENLEW АЬ", установленные в 1986 году. Каждый из аппаратов имеет по 891 трубке с внешним и внутренним диаметрами 38 и 32 миллиметра соответственно и длиною 8490мм. Поверхность нагрева одного аппарата составляет 900 м2. На каждом из аппаратов были установлены циркуляционные насосы со следующими паспортными характеристиками: Q=4800 м3/ч и Н=16м.
Аппараты трехходовые по щелоку. Согласно проекту аппараты упаривают 75 т/ч щелока с температурой 90 С и содержанием 50% При этих параметрах установка потребляет 11,2 т/ч свежего пара с температурой 142 С и избыточным давлением 0,3 МПа.
На период обследования аппараты конструктивных изменений не претерпели, однако были переточены рабочие колеса циркуляционных насосов с 750 на 600 мм по причине недостаточной мощности электродвигателей. При этом при напоре в 10 м расход составляет 4000 м3/ч (1100 л/с).
Анализ процесса теплообмена. Планирование теплотехнического эксперимента
По этой же кривой при х= 185см находится среднее по всей длине значение коэффициента теплоотдачи: а=1250 Вт/(м2 С). Такое же значение находится по кривой 7 при х=0. В качестве проверки правильности расчетов можно провести осреднение коэффициентов теплоотдачи по всей поверхности теплообмена по известной формуле [56]: СС — у Ьнач.ОІнач +(ъ-1- нач) CCcTa6j/-L— =[100-1148+(185-100 1370]/185= 1250 Для рассматриваемого случая ОЕ — а185 = а0 =1250 Вт/м2/С. Экспериментальная установка для исследования теплоотдачи к стекающей пленке жидкости Для проведения исследований теплообмена спроектирована, изготовлена и смонтирована нижеописанная установка.
Стенд для исследования теплообмена (рис. 3.9) состоит из следующих основных частей: экспериментального участка, представляющего собой вертикальную трубу 1, обогреваемую нихромовой спиралью 2, подключенную к вариатору напряжения 3; асбестовой изоляции 4; верхней растворной камеры 5; сепаратора, совмещенного с нижней растворной камерой 6; трубы парового обогрева 7; оснащенного мерным стеклом расходного бака 8; циркуляционного насоса 9. Для привода насоса используются электродвигатели, собранные по схеме "асинхронный двигатель АД —» генератор постоянного тока Г —» двигатель постоянного тока" (рис. 3.8). Частота вращения двигателя Д регулируется изменением напряжения на обмотке генератора (ОВГ) Фотографическое изображение - "общий вид установки" дано в приложении 2.
Исследования теплообмена проводились на трубе, выполненной из нержавеющей стали марки Х18Н10Т общей длиною 2 метра и длиною обогреваемого участка 1,85 м. Внутренний и внешний диаметры составляют соответственно 21,2 и 25,2 мм.
В опытах в качестве рабочей жидкости использовались вода и черный сульфатный щелок. Образование пленки происходило путем свободного перелива жидкости через край трубы или перелива с дополнительным оросителем. Для формирования пленки и дополнительной турбулизации потока в ряде экспериментов использовались спиральные вставки, закручивающие поток (прилож. 1). Они устанавливались в верхнем сечении экспериментальной трубы.
В ходе эксперимента измерялись следующие параметры: 1. Расход жидкости, поступающей в нижний сепаратор (измерялся объемным методом). Расход регулировался изменением частоты оборотов насоса. 2. Температура жидкости измерялась ртутными лабораторными термометрами с ценой деления 0.1 С, установленными в верхней й%ижней растворных камерах. 3. Температура стенки трубы фиксировалась 12-ю хромель-копелевыми термопарами, зачеканенными в стенке трубы. Они располагаются по её образующей [149]. Глубина заделки измерялась с помощью микрометра МК-0,50 и составила 1,20 мм. Термопары соединены по схеме с общим холодным спаем [150], термостатированным в сосуде со льдом. ЭДС термопар измерялось компенсационным методом с помощью прибора ПП-63 с классом точности 0,5, работающим в режиме потенциометра. 4. Средняя по толщине локальная температура пленки жидкости измерялась подвижной хромель-копелевой термопарой, вводимой через верхний сепаратор в экспериментальный участок, (на рисунке не показана). ЭДС термопары измерялась аналогично пункту 3. 5. Мощность, выделяемая на нихромовом нагревателе 2, обогревающего экспериментальную трубу 1 рассчитывается на основе показаний измерительного комплекса .ИК-52 класса точности 0,5. Мощность, выделяемая спиралью, изменяется вариатором напряжения 3 (рис. 3.9). 6. Плотность исследуемого щелока определялась с помощью лабораторных ареометров.
Эксперименты проводились при нормальном атмосферном давлении в диапазоне режимных параметров, перекрывающих соответствующие рабочие параметры промышленных выпарных станций ЦБП.
Основным элементом схемы для исследования гидродинамики пленки является вертикальная труба из кварцевого стекла длиною / = 2,00 м и внутренним диаметром dBH F 0,0220м, обогреваемая снаружи нихромовои спиралью. Кварцевая труба устанавливается на место стальной трубы в установку, описанную в подразделе 3.1. Электрическая и принципиальная схемы установки оставались без изменений (рис. 3.8, рис. 3.9).
Для реализации "метода меток" [151] была спроектирована и смонтирована оптическая схема (рис. 3.10) Схема измерений максимальной и средней скоростей пленки
В верхнюю часть экспериментальной трубки (цифра 1, рис. 3.10) непосредственно в пленку вводилась порция (1см3) метящего веществу (черная тушь). На расстоянии 10 см от места ввода была установлена транзисторная оптопара АОТ110А (цифра 3) В цепь оптопары включена обмотка реле РЗС-9 (цифры 5 и 6), которое управляло включением лентопротяжного механизма скоростного самописца(цифра 7). Максимальные скорости ленты и пера составляли соответственно 100 мм/с и 640 мм/с. Задержка включения оптопары и реле и на появление метящего вещества не превышала соответственно 60 мкс и 5 мс (контролируемы по показаниям осциллографа 8 ) , что удовлетворяло условиям эксперимента. Функция отклика на выходе из экспериментальной трубы измерялась кремниевым фототранзистором Т-1К (цифра 4, рис. 3.10), имеющим линейную характеристику [152].
Исследования теплоотдачи к пленке жидкости
До сих пор все приведенные данные по теплоотдаче касались среднего её значения по длине трубы. Вопрос об изменении теплоотдачи по длине поверхности теплообмена рассматривается в рамках этой главы.
На рисунке рис. 4.14 представлены профили температур и локальная теплоотдача по длине трубы при различных числах Рейнольдса. Как видно из рисунка, в диапазоне числа Рейнольдса (4-14)103 можно выделить два участка: первый от L= 0.15м до некоторого Lmax, на котором происходит существенный рост теплоотдачи до максимального значения, и второй - за точкой максимума, на котором наблюдается незначительное снижение теплоотдачи, обуславливаемое продолжающимся ростом турбулентного пограничного слоя [100]. Относительная стабилизация наблюдается в конце рабочего участка.
При более низких числах Рейнольдса (рис. 4.14), проявляется еще один участок - начальный, - на котором теплоотдача падает, причем с уменьшением Re его длина увеличивается. В работах [100, 55] также отмечается наличие аналогичного участка, длина которого изменялась в пределах 0,02-0,4 м[100].
Из рис. 4.15 очевидна различная форма эпюр, аппроксимирующих данные 1-2 и 3-4. Связано это явление, по-видимому, с тем, что изменяется гидродинамический режим течения пленки. Для точек 1 и 2 это турбулентный и переходный режимы, а данные 3 и 4 получены на пленке с ламинарно-волновым течением. Форма кривых 3 и 4 соответствует полученной теоретически для ламинарной пленки, однако, длина участка стабилизации в нашем случае оказалась больше, чем следует из решения Нуссельта.
Теплоотдача может быть определена как стабилизированная, если отклонение локальных коэффициентов теплоотдачи от средних стабилизированных не превышает погрешности определения последних, или любого другого, логически обоснованного, уровня погрешности, графически выраженного в виде коридора допуска разброса опытных данных.
Экспериментальные данные, частично представленные на рис. 4.14 и рис. 4.15 характеризуются величиной среднеквадратичного отклонения от аппроксимирующей кривой порядка 3%.
На основании принятого определения была разработана методика численного поиска точки пересечения (входа) кривой локального теплообмена в заданный 3-х процентный коридор. Данная точка принималась за нижнюю границу участка стабилизации. За начало участка принято, соответственно, входное сечение трубы. Полученные таким методом длины участков стабилизации в безразмерном виде, в зависимости от числа Пекле представлены на рис. 4.16.
Отметим, что при принятом 8-ми процентном допуске отклонения, нижняя граница участка стабилизации лежит достаточно близко к точкам, в которых кривые a(L) достигают максимума, чем удобно пользоваться при ручной обработке экспериментальных данных. При таком допущении расчетная длина участка стабилизации соответственно уменьшается (прямая 2 на рис. 4.16).
Абсолютное значение длины участка стабилизации для волновых режимов течения (Re 400, Рг 50) составляло менее 0,4 м, а при Re 600 (переходная и турбулентная области) изменялось от 0,6 до 1,6-х метров. Таким образом, значительная часть экспериментального участка находилась в области тепловой стабилизации.
Одновременно с расчетом средней по длине теплоотдачи производился расчет коэффициентов теплоотдачи на участке стабилизированного теплообмена. Автором проведен анализ всех полученных экспериментальных данных, как на воде, так и на щелоке. В результате был сделан вывод о возможности использования уравнений раздела 4.3 для расчета стабилизированной теплоотдачи со следующими поправками: 1) для турбулентного и переходного режимов коэффициенты теплоотдачи на участке стабилизированного теплообмена превышают средние по поверхности нагрева, в среднем на 7% 2) для ламинарно-волнового режима течения, наоборот, стабилизированная теплоотдача ниже, чем средняя по трубе, в среднем на 2,5%.
В рамках данной главы рассмотрены результаты исследований гидродинамики и теплообмена к стекающим пленкам щелоков сульфат-целлюлозного производства различных концентраций и проведен их анализ.
На основании изложенного в четвертой главе материала можно сформулировать выводы по основным результатам работы: впервые в отечественной практике проведены комплексные исследования теплообмена при выпаривании черного сульфатного щелока в падающей пленке; определены границы применимости полученных уравнений в соответствии с гидродинамическими режимами; получены зависимости по теплоотдаче к пленке воды и вязким щелочным растворам для волнового, переходного и турбулентного режимов течения; определены условия возникновения кризиса теплообмена, согласно разработанной методики определена длина участка тепловой стабилизации и измерена величина нестабилизированного теплообмена; применительно к щелокам сульфат- целлюлозного производства получена расчетная формула для определения длины участка тепловой стабилизации.
