Теплообмен при выпаривании в стекающей пленке черного щелока сульфат-целлюлозного производства

• Автор: Бойков, Вячеслав Юрьевич
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 165 с. : ил.

1. Тепломассообменные процессы и установки при выпаривании

1.1. Процессы удаления влаги из растворов щелоков сульфат целлюлозного производства

1.2. Оборудование для выпаривания щелоков

1.2.1. Конструкции выпарных аппаратов и их специфика, применительно к ЦБП

1.2.2. Оборудование для выпаривания щелоков в падающей пленке.

1.3. Нисходящее течение жидкости в трубе. Классификация режимов.

1.4. Гидродинамические режимы течения падающей пленки

1.4.1. Ламинарный режим

1.4.2. Волновое течение

1.4.3. Турбулентное течение

1.4.4. Средняя толщина квазистационарной пленки

1.4.5. Влияние теплового потока на режимы парообразования в пленке.
1.5. Теплообмен
1.5.1. Теплоотдача при течении пленки по вертикальной поверхности. Нагрев пленки.
1.5.2. Поверхностное испарение пленки, нагретой до Тн
1.5.3. Теплоотдача при пузырьковом кипении в пленке жидкости
1.5.4. Кризисные явления в пленке жидкости при теплообмене.
1.5.5. Другие факторы, влияющие на теплообмен
1.6. Выводы и постановка задачи исследований.
2. Промышленные испытания действующих выпарных установок
2.1. Выпарные батареи
2.2. Концентраторы.
3. Методика исследований.
3.1. Обоснование возможности использования метода меток для исследования скоростей в пленке воды. Методика эксперимента.
3.2. Анализ процесса теплообмена. Планирование теплотехнического эксперимента
3.3. Методика определения локальной теплоотдачи и длины начального участка
3.4. Экспериментальная установка для исследования теплоотдачи к стекающей пленке жидкости.
3.5. Экспериментальная установка для исследования гидродинамики гравитационно стекающей пленки жидкости.
3.5.1. Определение температуры стенки и вычисление коэффициентов теплоотдачи
3.5.2. Тарировка установки для исследования теплообмена
3.6. Оценка погрешностей эксперимента
4. Результаты исследований и их анализ
4.1. Визуальные наблюдения
4.2. Исследования гидродинамики пленки
4.3. Исследования теплоотдачи к пленке жидкости.
4.3.1. Вода конвективный теплообмен.
4.3.2. Теплообмен при испарении воды.
4.3.3. Теплообмен при нагревании и испарении щелока
4.3.4. Влияние плотности теплового потока на теплоотдачу к пленке жидкости.
4.3.5. Кризисные явления, наблюдавшиеся при проведении эксперимента
4.3.6. Локальная теплоотдача и участок стабилизации
теплоотдачи
5. Методика теплового расчета выпарного аппарата с падающей
пленкой раствора
Основные результаты и выводы.
Основные обозначения
а коэффициент температуропроводности, м2с
Ъ массовая концентрация раствора, кгкг или
с удельная теплоемкость, ДжкгК
С эквивалентный диаметр пленки или трубы, м
В ускорение свободного падения мс
Ь длина участка орошения или теплообмена, м
Я плотность теплового потока в пленке, Втм
г теплота парообразования, Джкг
т температура, К
т температура насыщения, К
продольная составляющая скорости, мс
в массовый расход жидкости кг с
массовый расход пара кг с
X координата вдоль потока, м
У поперечная координата, м
а локальный коэффициент теплоотдачи, Втм2К
Г массовая плотность орошения, кгм с
Г, объемная плотность орошения, м3м с
о температурная депрессия, С
6 средняя толщина пленки при стабилизированном течении, м
X коэффициент теплопроводности, ВтмК
Хъ волновой коэффициент теплопроводности, ВтмК
р динамический коэффициент вязкости, Пас
V кинематический коэффициент вязкости, кгмс
р плотность жидкости, кгм
рг плотность газа пара, кгм
а поверхностное натяжение жидкости, Нм
т касательное напряжение в пленке, Па
т время, с
утяУр динамическая скорость, мс аз
Ка лтчисло Капицы
Ыи1 число Нуссельта для пленки жидкости

т модифицированное число Нуссельта для
пленки жидкости
ii X
2 x г числа Галилея
уМЗ
приведенная толщина пленки, м
Рг число Прандтля а
Ре Рг критерий Пекле
4Г 4Г
число Рейнольдса
и К тепловой критерий фазового превращения
v сАТ
Индексы 1 и 2 у буквенных обозначений означают, соответственно, начало и конец орошения.
Яев Кекр Яет числа Рейнольдса, обозначающие начало волнового, турбулентного и развитого турбулентного течений, соответственно.
Л безразмерная поперечная координата
г г приведенная скорость пленки
ПАВ поверхностно активные вещества
ЦБП целлюлознобумажная промышленность
ЦБК целлюлознобумажный комбинат СРК содорегенерационный котел
ТЭС тепло электроцентраль станция
ТКЭ термокаииллярный эффект.
При течении пленки по плоской поверхности е эквивалентный диаметр б
Если 1ргр 1, величину следует заменить величиной 7.
Введение


Они, как правило, работают по ступенчатой противоточной или смешанной схеме питания корпусов раствором с использованием одного или нескольких источников подвода теплоты. Для концентрирования черных сульфатных щелоков применяются выпарные установки с противоточной или смешанной схемами питания корпусов. 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 со четание 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, РозенлевСвенсон, ЭнсоГутцейт, Мицубиси и т. Однако типичной и наиболее распространенной в России батареей со смешанной схемой питания корпусов является установка фирмы Розенблад. Конструкции выпарных аппаратов и их специфика, применительно к ЦБП. 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 м2. На рис. I. I 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 . Оборудование для выпаривания щелоков в падающей пленке. Выпарные установки, укомплектованные аппаратами с гравитационным течением упариваемого раствора, применяются на предприятиях Японии, США Розенблад Корпорейшен, Бакай, Краун Целлербах, ФРГЛурги, 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 сгупеней выпаривания. Рис . Одной из первых выпарных станций, работающих на падающей пленке, является пятикорпусная батарея фирмы Лурги производительностью тч по испаряемой влаге. Батарея представлена на рис. Т
яаш
1ЛОН
. Шритель крепкого щелока 5 бак крепкого щелока 6 поверхностный конденсатор 7 барометрический конденсатор 8 вакуумнасос 9 расширитель чистого конденсата конденсатоотводчики баксборник грязного конденсата Рис . Щелок концентрацией сухого вещества поступает через уравнительный резервуар в пятый корпус. Противогочно прокачивается через батарею и выходит из первого корпуса с концентрацией . Выпарные корпуса оборудованы циркуляционными насосами, одновременно служащими для перекачки щелока между корпусами. Окончательное упаривание до концентрации а. Упаренный раствор из концентраторов направляется через расширитель щелока 4 в баки крепкого щелока 5 и затем на сжигание в СРК.