10. Tính hệ số cấp nhiệt và nhiệt lượng trung bình từng nồi α
10.3. Hệ số cấp nhiệt α2 từ bề mặt ống truyền nhiệt đến chất lỏng sôi:
Dung dịch sôi ở chế độ sủi bọt, có đối lưu tự nhiên, hệ số cấp nhiệt xác định theo công thức: α2i = 45,3.(pi′).0,5.∆t2i.2,33
.Ѱi [W/m2.độ]
∆t2i: Hiệu số nhiệt độ giữa thành ống truyền nhiệt và dung dịch ∆t2i = tT2i − tddi = ∆Ti − ∆t1i − ∆tTi
Hiệu số nhiệt độ ở hai bề mặt thành ống truyền nhiệt ∆tTi = q1i. ∑ r Tổng nhiệt trở cùa thành ống truyền nhiệt: ∑
= 1 + 2 + [ 2. độ/ ] r1; r2: nhiệt trở của cặn bẩn ở hai phía của thành ống.
Tra bảng II.V.1 [2-4]:
r1 = 0,000387 [m2.độ/W]: nhiệt trở cặn bẩn phía dung dịch r2 = 0,000232 [m2.độ/W]: nhiệt trở cặn bẩn phía hơi bão hòa : bề dày ống truyền nhiệt, = 2. 10−3( )
30
λ: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiệt. Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là thép Crom Niken Titan (X18H10T) hệ số dẫn nhiệt của nó là λ=16,3 [W/m.độ] Thay số ta được: ∑ =1+2+ Tính hệ số hiệu chỉnh : Trong đó:
- λ: Hệ số dẫn nhiệt, [W/m.độ] (lấy theo nhiệt độ sôi của dung dịch) - ρ: Khối lượng riêng [Kg/m3]
- μ: Độ nhớt của dung dịch tại nhiệt độ sôi
b) Các thông số của nước:
Tra bảng I.129 [1-133] và nội suy:
ts1 =116,04 oC, λ 1 = 0,685 W/m.độ
ts2 = 75,02oC, λ 2 =0,671 W/m.độ
Tra bảng I.104 [1-96] và nội suy: ts1 =116,04 oC, μ 1 = 0,242. 10−3
Ns/m2 ts2 = 75,02oC, μ 2 =0,379.10-3
Ns/m2
Tra bảng I.148 [1-166] và nội suy:
ts1 = 116,04 oC, C 1 = 4242,34 J/kg.độ
ts2 = 75,02oC, C 2 = 4194,45 J/kg.độ
Tra bảng I.5 [1-11] và nội suy:
ts1 =116,04 oC, ρn 1 = 946,40 kg/m3 ts2 = 75,02oC, ρ 2 =974,88 kg/m3
b) Các thông số của dung dịch trong nồi cô đặc:
Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch KNO3 tính theo công thức:
3
λ = .C.. [ / .độ]
√
Trong đó:
- A: Hệ số tỷ lệ với chất lỏng liên kết A = 3,58.10-8 - Cdd: Nhiệt dung riêng của dung dịch.
Tính toán ở bước 9 ta có: Cdd1 = 3846,52 [J/kg.độ] ;
32
Cdd2 =3456,41 [J/kg.độ]
- : Khối lượng riêng của dung dịch NaOH
Với ts1 =116,04 oC, x1 = 8,11% ρdd1 = 1006,3 kg/m3 Với ts2 = 75,02 oC, x2 = 23% ρdd2 = 1041,0 kg/m3
-M: Khối lượng mol của dung dịch được tính theo công thức:
M= MKNO3. NKNO3 + MH2O. NH2O = 101. NKNO3 + 18. (1 – NKNO3) NKNO3: Phần mol của KNO3 trong dung dịch
Với nồi cô đặc 1:
=
3(1)
Với nồi cô đặc 2:
=
3(2)
1 +
1
3
Thay vào công thức trên ta có:
M1= 101.0,0155+ 18. (1-0,0155) = 19,29 M2= 101.0,0505+ 18. (1-0,0505) = 22,20 Từ các giá trị đã tính được, ta có: λC = . . .3 1 =33,58. 10−8. 3846,52 .1006,3 . 1 1006,3 = 0,518 [W/m.độ] √ 19,29 λ = . C 2 2
Độ nhớt của dung dịch được tính theo công thức của Pavalov:
Với nồi cô đặc 1:
Chọn chất lỏng tiêu chuẩn là nước, t1 = 20oC; t2 = 30 oC Tra bảng I.107 [1-100] và nội suy ta có:
t1 = 20oC, x = 8,11% → μ11 = 0,9738. 10−3
33
[N.s/m2] t2 = 30oC, x = 8,11% → μ21 = 0,8. 10−3[N.s/m2]
Tra bảng I.102 [1-94] và nội suy ta có:
μ11 = 0,9738. 10−3 [N.s/m2] → θ11= 21,32 oC μ21 = 0,8. 10−3[N.s/m2] → θ21= 30,04 oC
Tại ts1 = 116,04 oC, dung dịch có độ nhớt là μdd1 tương ứng với đột nhớt của nước có nhiệt độ là θ31:
34
20−30
21,32 − 30,04 30,04 −
31
Tra bảng I.102 [1-95] và nội suy với θ31 = 105,07 oC ta được μdd1 = 0,2698. 10-3 [N.s/m2]
Với nồi cô đặc 2:
Chọn chất lỏng chuẩn là nước
Tra bảng I.107 [1-100] và nội suy ta có: t1 = 20oC, x = 23% → μ12 = 1,028. 10−3 [N.s/m2] t2 = 30oC, x = 23% → μ22 = 0,834. 10−3[N.s/m2]
Tra bảng I.102 [1-94] và nội suy ta có:
μ12 = 1,028. 10−3 [N.s/m2] → θ11= 19,08 oC μ22 = 0,834. 10−3[N.s/m2] → θ21= 28,11 oC
Tại ts2 = 75,02 oC, dung dịch có độ nhớt là μdd1 tương ứng với đột nhớt của nước có nhiệt độ là θ32:
20−30
19,08 − 28,11 28,11 − 32
Tra bảng I.102 [1-95] và nội suy với θ31 = 68,77 oC ta được μdd2 = 0,413. 10-3 [N.s/m2]
Thay các số liệu vào công thức tính hệ số hiệu chỉnh ta có:
Với nồi cô đặc 1:
1 1
1
Với nồi cô đặc 2:
2) .
2 2
0,465
0,671
Từ các số liệu đã tính ở trên, ta tính được hệ số cấp nhiệt về phía dung dịch ở từng
nồi:
α21 = 45,3(p′ )0,5∆t212,33Ѱ1 = 45,3 × 1,590,5 × 7,122,33 ×0,823 = 4555,73 [W/m2.độ] α22 = 45,3(p′ )0,5∆t212,33 Ѱ2 = 45,3 × 0,210,5 × 9,542,33 ×0,762 = 3029,31 [W/m2.độ]