Интенсификация теплообмена при конденсации паровоздушной смеси Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Решетневские чтения. 2018

УДК 66.015.23

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ПАРОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ

И. Л. Макарова*, В. А. Кожухов

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Представлены результаты исследования теплообмена в пленочном конденсаторе с гладкой и шероховатой поверхностью.

Ключевые слова: пленка; шероховатость; охлаждение; барометрический конденсатор.

INTENSIFICATION CONDENSATION HEAT EXCHANGE STEAM-AIR MIXTURE

I. L. Makarova*, V A. Kozhukhov

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

Results of a research of heat exchange in the sheet condenser with a smooth and rough surface are presented.

Keywords: film; roughness; the barometric condenser.

Одними из перспективных видов теплообменных аппаратов являются контактные теплообменники, применяемые в процессах нагрева, охлаждения, выпаривания, кристаллизации и конденсации паров в химической и нефтехимической промышленности.

В контактных конденсаторах используют различные способы формирования межфазной поверхности: барботаж пара через охлаждающую жидкость, распределение жидкости в виде струй (в том числе встречных), капель, пленок и др. [1].

Обычно конденсация пара в контактных конденсаторах происходит в присутствии неконденсирующихся газов (азота, кислорода и др.), концентрация которых зависит от растворимости их в жидкости, герметичности аппарата и режима отведения неконденсирующихся газов. В промышленных аппаратах эта концентрация составляет 0,05-0,3 кг/кг и более. В процессе движения парогазовой смеси, по мере конденсации пара, концентрация неконденсирующихся газов повышается.

При снижении содержания в паре неконденсирующихся газов (больше 0,001 кг/кг) интенсивность теплообмена при конденсации существенно снижается.

С повышением концентрации неконденсирующихся газов значение коэффициента теплоотдачи заметно уменьшается, что объясняется дополнительным сопротивлением переносу молекул пара к поверхности конденсации вследствие наличия пограничного слоя,

содержащего молекулы неконденсирующегося компонента [1].

Наиболее существенным, на наш взгляд, является способ интенсификации процесса конденсации при стекании пленки с винтовой шероховатостью, за выступами которой возникают вихри и зоны интенсивного перемешивания [2]. Для изучения работы конденсатора при различных параметрах, были проведены исследования в условиях отсутствия неконденсирующихся газов. Конструкция конденсатора представлена на рис. 1.

Исследование процесса конденсации осуществлялось на системе водяной пар-вода при атмосферном давлении 0,15 МПа. Длина трубы выполнена равной 2 м, диаметр 51 мм, высоте выступа шероховатости h = 4 мм при отсутствии воздуха в конденсируемых парах (рис. 2).

Результаты проведенного эксперимента свидетельствуют о, практически, двукратном повышении коэффициента теплоотдачи, при создании пленки жидкости на поверхности с винтовой шероховатостью. Это подтверждает данные [3] об образовании во впадинах шероховатости полости пониженного давления, куда устремляется пар с образованием газожидкостной смеси.

Дальнейшие исследования процесса работы барометрического конденсатора будут направлены на изучения влияния различного содержания в газожидкостной смеси неконденсируемых газов на процесс теплообмена.

Комплексная переработка возобновляемого сырья

а б

Рис. 1. Схема пленочного конденсатора с винтовой шероховатостью: А - устройство конденсатора; б - винтовая шероховатость

акондХт

Вт Ш2К)2^5

1,5

0,5

ш □ п □

□и □

□ □ 1 ♦ 2

""" ♦ ♦

♦

L, мП/час

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Рис. 2. Зависимость коэффициента теплоотдачи от расхода подаваемой воды при конденсации пароводяной смеси о поверхность пленки: 1 - с винтовой шероховатостью; 2 - с гладкой трубой

Библиографические ссылки

1. Контактные теплообменники / Е. И. Таубман, В. А. Горнев, В. Л. Мельцер и др. М. : Химия, 1987. 256 с.

2. Войнов Н. А., Николаев А. Н. Теплосъем при пленочном течении жидкости. Казань : Отечество,

2011. 224 с.

3. Войнов Н. А., Жукова О. П., Николаев А. Н. Теплоотдача при конденсации и кипении в пленочном трубчатом испарителе // Теор. основы хим. технол.

2012. Т. 46, № 3. С. 1-9.

References

1. Kontaktnyye teploobmenniki / Ye. I. Taubman, V A. Gornev, V L. Mel'tser et al. M. : Khimiya, 1987. 256 р.

2. Voynov N. A., Nikolaev A. N. Teplos"em pri plenochnom techenii zhidkosti. Kazan' : Otechestvo Publ.,

2011. 224 р.

3. Voynov N. A., Zhukova O. P., Nikolaev A. N. Teplootdacha pri kondensatsii i kipenii v plenochnom trubchatom isparitele // Teoret. osnovy khim. tekhnol.

2012. T. 46, № 3. Р. 1-9.

© Макарова И. Л., Кожухов В. А., 2018