ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теплообмен в аппаратах с механическим перемешиванием жидкостей из "Теплообменные процессы химической технологии" В жидкофазных химических реакторах перемешивание реакционной смеси благоприятно сказывается на скорости химической реакции вследствие увеличения поверхности контакта фаз в эмульсиях за счет механического дробления капель и за счет интенсификации процесса внешнего массо- и теплообмена между жидкостью и дисперсной твердой фазой при перемешивании суспензий. Одновременно перемешивание реакционной среды улучшает отвод (подвод) теплоты химической реакции вследствие значительной скорости обтекания циркуляционными токами жидкости теплообменных поверхностей. Перемешивание обеспечивает равномерность температуры практически по всему объему среды. [c.118] При перемешивании вязких сред величина tj может также оказаться неравномерной, и тогда в формулу (6.19) вводится некоторое среднее значение температуры среды, обычно среднеарифметическое из значений температур, измеренных в различных точках перемешиваемого объема. [c.119] Измерение коэффициентов теплоотдачи осуществляется различными методами — стационарными и нестационарными, причем определяются как локальные значения а, так и его средние значения. Разумеется, измерение локальных значений а связано с большими экспериментальными трудностями (измерение температуры теплообменной поверхности, необходимость в локальном источнике теплоты и т. д.). Стационарный метод подразумевает организацию непрерывного протока жидкости через аппарат с мешалкой,, создание условий постоянного теплоподвода (теплоотвода) к нагреваемой жидкости от внешнего источника теплоты постоянной температуры. [c.119] Расчет проводится по общему уравнению теплопередачи, после чего из вычисленного значения коэффициента теплопередачи К от греющего теплоносителя к жидкости находится коэффициент теплоотдачи а при известных величинах термического сопротивления теплопередающей стенки и коэффициента теплоотдачи со стороны теплоносителя. [c.119] Формула (6.20) получена в предположении о равномерном распределении температур обеих сред по поверхности F теплообмена и пренебрежимой малости количества теплоты, пошедшего на нагрев теплопередающей стенки. [c.119] Обычно соотношение (6.20) используют в небольшом диапазоне изменения температуры жидкости //, чтобы можно было= в этом интервале принять К — onst. Тогда равенство (6.20) решается относительно искомого коэффициента теплопередачи. [c.119] Определение значения коэффициента теплоотдачи а от стенки к жидкости вновь предполагает известными термические сопротивления, входящие в коэффициент теплопередачи. [c.120] Проводя вычисления по последовательным интервалам изменения tf, можно получить зависимость /С и а от температуры нагреваемой среды. [c.120] Чаще всего результаты экспериментальных измерений обобщают в виде критериальных уравнений на основе метода анализа размерностей, что объясняется значительными трудностями математической формулировки задачи теплообмена, связанной с вынужденным циркуляционным течением перемешиваемой вязкой среды в сложной геометрической обстановке. Основное затруднение представляет формулировка граничных условий к дифференциальным уравнениям движения и теплообмена на поверхности движущейся мешалки, теплообменных поверхностях, свободной верхней поверхности перемешиваемой жидкости, внутренней стенке аппарата, часто снабжаемой радиальными перегородками, за которыми происходит интенсивное вихревое движение жидкости. [c.120] Поскольку теплообмен при перемешивании представляет собой разновидность конвективной теплоотдачи, то зависимость Nu от Рг и от симплекса вязкости должна иметь вид (4.51). Экспериментальные данные приводят в среднем к величинам аз Vs и аз 0,14. Показатель степени ai при основном критерии Яец изменяется от 0,4 до 0,92. Для турбулентного режима движения перемешиваемой среды около вращающейся мешалки значение ai обычно близко к 2/з. Конкретный вид геометрических симплексов, их число и значения показателей степени 4, as,. .зависят от геометрии системы. [c.120] Ч- 10 . Здесь помимо размеров, ясных из рис. 6.11, i — число отражательных перегородок 2 — число лопастей в турбинной мешалке В — ширина отражательной перегородки. Значения геометрических симплексов приняты как наиболее распространенные. При расчете аппаратов с иными значениями симплексов нужно вводить соответствующие поправки [9]. [c.121] Для геометрических параметров, отличающихся от приведенных выше, в уравнение (6.24) вновь должны вводиться поправочные множители [9]. [c.121] Пропеллерные быстроходные мешалки наиболее эффективны, когда необходимо создать значительную вертикальную циркуляцию жидкости при относительно небольшой затрате мощности. Осевая циркуляция создается за счет насосного эффекта при вращении пропеллерной мешалки в объеме жидкости, что позволяет использовать такие мешалки для создания однородных суспензий и эмульсий. [c.121] В литературе [12] приводятся также корреляции, учитывающие в явной форме влияние многих геометрических характеристик на теплообмен в аппарате с отражательными перегородками и змеевиком. [c.122] Значительное влияние на а оказывает расстояние между соседними трубами витка (просвет). Поправки на нестандартные значения геометрических симплексов и сводка имеющихся литературных данных приводятся в монографии [9]. [c.123] Здесь обращает внимание несколько отличное от общепринятого в литературе значение показателя степени при симплексе вязкости. Таблица имеющихся корреляций и соответствующие диапазоны изменения параметров приводятся в [9]. [c.123] Скребковые мешалки применяются для высоковязких сред, образующих у теплообменных поверхностей ламинарные вязкие слои значительной толщины, склонные к налипанию. Наиболее обширное экспериментальное псследование процесса теплообмена при перемешивании скребковыми мешалками проведено в работе [14], однако в принятом авторами обобщении показатель степени при критерии Рг доходит до 0,96, что трудно согласовать с общей теорией турбулентного конвективного теплообмена. [c.123] Теоретическое решение (6.32) не учитывает возможных эффектов неполного обновления жидкости у поверхности, ее частичного конвективного перемешивания и прочих реальных факторов, которые приводят к изменению величины численного множителя и появлению дополнительных геометрических симплексов в уравнении (6.32) [19]. [c.124] Еще более сложным для исследования представляется теплообмен между поверхностью и перемащиваемой суспензией, поскольку в этом случае дополнительное влияние на процесс оказывает взвешенная в жидкости дисперсная твердая фаза. Чем больше разность плотностей частиц и жидкости, тем значительнее влияние частиц, проникающих в ламинарный слой жидкости у теплообменной поверхности. От содержания дисперсной фазы зависят плотность и вязкость суспензии, а следовательно, и характер циркуляционного движения в перемешиваемом объеме. Имеется несколько работ экспериментального характера [25, 26], в которых проведено обобщение данных в виде зависимости критерия Ми от многочисленных параметров системы. В такого рода корреляционных соотношениях помимо среднего объемного содержания дисперсной твердой фазы фигурируют теплофизические свойства суспензии (вязкость, тепло- и температуропроводность), надежное вычисление которых представляет дополнительную сложность. Поэтому степень достоверности рекомендуемых расчетных соотношений для теплоотдачи к перемешиваемым суспензиям зависит от метода вычисления теплофизических свойств суспензий [9]. Обычно по мере увеличения содержания твердой фазы интенсивность теплообмена суспензии с поверхностью стенки уменьшается, что, видимо, объясняется большим влиянием увеличивающейся плотности и вязкости суспензии на интенсивность циркуляционного движения по сравнению с интенсификацией теплообмена за счет возмущающего влияния твердых частиц на пристенную жидкость. Как правило, при стремлении концентрации твердой фазы к нулевому значению величина а стремится к коэффициенту теплоотдачи при перемешивании чистой жидкости. [c.125] Вернуться к основной статье