Экспериментальное исследование оптимального кажущегося уровня кипящей жидкости

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются вопросы экспериментального исследования оптимального кажущегося уровня кипящей воды при различных значениях тепловой нагрузки и кажущегося уровня, проанализировано влияние изменения кажущегося уровня на скорость естественной циркуляции.

ABSTRACT

The article discusses the issues of experimental research of the optimal apparent level of boiling water at different values ​​of the heat load and the apparent level, the influence of changes in the apparent level on the natural circulation rate is analyzed.

Ключевые слова: выпарной аппарат, зона кипения, кажущийся уровень, скорость циркуляции, тепловая нагрузка, обогреваемый опускной участок.

Keywords: evaporator, boiling zone, apparent level, circulation rate, heat load, heated drop section.

Выпарные аппараты чувствительны к изменению режима работы и требуют для эффективного выпаривания поддерживания некоторого оптимального кажущегося уровня раствора в кипятильных трубах. Кажущийся уровень соответствует высоте столба холодного раствора, которым может быть уравновешен столб парожидкостной смеси в трубах. При кажущемся уровне ниже оптимального, верхняя часть поверхности труб не омывается жидкостью и практически не участвует в теплообмене, оголенная часть поверхности труб при испарении на ней брызг жидкости покрывается накипью. При кажущемся уровне выше оптимального на большей части поверхности труб раствор только нагревается, соответственно, уменьшается высота зоны кипения, где теплопередача интенсивнее. Это приводит к снижению средней величины коэффициента теплопередачи [3] .

В промышленных выпарных аппаратах скорость циркуляции может быть несколько увеличена при повышении кажущегося уровня кипящей жидкости [1–3]. С целью выбора оптимального кажущегося уровня (для увеличения скорости циркуляции) проведена серия экспериментов с водой при варьировании тепловой нагрузки от 20 до 45 кВт/м² и кажущегося уровня от 70 до 110 %.

Опыты проводили с четырьмя надставками при кипении воды [1].

Результаты опытов приведены в табл. 1 и на рис. 1–3.

Таблица 1.

Результаты проведения опытов по циркуляции воды, кипящей в исследуемом выпарном аппарате

Рисунок 1. Зависимость скорости циркуляции от тепловой нагрузки аппарата с необогреваемым опускным участком:

1 – с надставкой 3; 2 – с надставкой 4

Рисунок 2. Зависимость скорости циркуляции от тепловой нагрузки аппарата с обогреваемым опускным участком:

1 – с надставкой 3; 2 – с надставкой 4

Рисунок 3. Зависимость скорости циркуляции от кажущегося уровня кипящей жидкости:

1 – q= 20 кВт/м²; 2 – q= 30 кВт/м²; 3 – q= 45 кВт/м²

Изменение скорости естественной циркуляции в опытах носило явно экспериментальный характер. С ростом кажущегося уровня скорость циркуляции увеличилась. Как видно из рис. 3, при изменении кажущегося уровня от 70 до 110 % наибольшая скорость циркуляции имела место при уровне 104 %, превышающем выходное отверстие для жидкости в сепараторе. Такое увеличение скорости до h_к = 104 м объясняется тем, что с ростом h_к в аппарате увеличивается полезный движущий напор.

Таким образом, при работе с обогреваемым опускным участком контура с надставкой 3 при h_к = 104 м и повышении тепловой нагрузки до 45 кВт/м² была получена скорость естественной циркуляции более 1,6 м/с, достаточная для предупреждения инкрустации поверхности нагрева.

Список литературы:

1. Бобоёров Р.А., Усманов К.И., Жаббаров А.А. Исследование естественной циркуляции раствора хлопкового масла в вертикальном выпарном аппарате // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. – 2020. – № 3 (72).
2. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии : учебник для вузов: в 2 кн. Кн. 1. Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические и тепловые процессы и аппараты. 2-е изд. М. : Химия, 1995. – 400 с.
3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии : учебник для вузов. 10-е изд., стереотип., дораб. Перепеч. с изд. 1973 г. – М. : Альянс, 2004. – 753 с.