Verdampfen, Kondensieren und Kühlen: Erklärungen, Formeln und Tabellen für den praktischen Gebrauch

559 Pages·1918·34.45 MB·German

by  E. Hausbrand (auth.)

Verdampfen,
Kondensieren un d Ko hi en.
ErkUirungen, Formeln und Tabellen
fiir dell
praktischen Gebrauch.
Von
E. Hausbrand,
Kgl. BUUl·at.
khste, vermehrte Auflage.
Jfit 59 Figllre·n im Text ur.d 113 Tabellen.
llian uldruck 1920
Berlin.
Verlag von Julius Springar.
1918.
AIle Roohte, insbesondere da.s der
'Obersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten.
ISBN-13: 978-3-642-98598-0 e-ISBN-13: 978-3-642-99413-5
DOl: 10.1007/978-3-642-99413-5
Copyright by Julius Springer in Berlin.
Reprint of the original edition 1918
Vorwort zur ersten Auflage.
Die Aufgaben, welche bei der Konstruktion von Apparaten fiir
die Verdampfung, Kondensation und Kiihlung zu losen sind, bangen
eng mit den Gesetzen der Wiirme-Obertragung zusammen. Wenn
gleich diese physikalischen Gesetze im allgemeinen wohl als bekannt
angesehenwerden konnen, so fehlt uns doch oft die zuverliissige
Kenntnis der in jedem der so verschiedenen Fiille giiltigen Erfahrungs
Koeffizienten, ohne welche die ausflihrenden Ingenieure nun einmal
nicht zu schaffen vermogen. Unzihlige Versuche sind von mehr
oder weniger kompetenten Experimentatoren zur Beseitigung dieses
Mangels angestellt worden, aber die gefundenen Resultate sind in
der Literatur zerstreut, oft nur fur ganz spezielle FaIle und bis
weilen ohne Beriicksichtigung aller obwaltenden Umstiinde gewonnen.
Viele werden als wertvolle Schiitze von ihren Gewinnern geheim
gehalten.
Auch die sehr verdienstvolle, auf Veranlassung des Vereines
deutscher Ingenieure von Herrn Professor Dr. Mollier in der "Zeit
schrift des Vereins deutscher Ingenieure" 1897, Nr. 6 und 7 ver
offentlichte Arbeit, in welcher der gegenwiirtige Stand unseres Wissens
iiber diese VerhiiItnisse sehr klBr dargelegt wird, gibt wie es Buch
nicht ihm Absicht ist, direkt fiir die Praxis zu verwendende Zablen
nieht.
Hierzu sind neue Versuche in groacrem Maastabe erforderlich,
welche aUe im Betriebe eintretenden U mstiinde, besonders Buch die
absolute Groae der Heizfliichen berucksichtigen mliateD. Neuerdings
hat der Verein deutscher Ingenieure diesem Gebiet sein Interesse
zugewandt. Seine Kompetenz nnd seine reichen Mittel lassen die
besten Erfolge erwarten.
1*
IV Vorwort.
Aueh fiir die Beantwortung anderer bei der Konstruktion von
Verdampfungs- und Kiihlungs-Anlagen auftretenden Fragen fehit
zur Zeit die auf genaue und vielseitige Versuehe gestiitzte Kenntnis
der Vorgiinge, z. B. diejenige des Druekes, den verdiinnte oder
komprimierte Gase und Diimpfe auf sehwebende Tropfen ausiiben
- diejenige der Reibungswiderstande verdiinnter Dampfstrome in
weiten Rohren und andere.
Es ware sehr zu wiinsehen, da1\ in absehbarer Zeit aueh diese
Liicken durch geordnete und zuverliissige Versuehe zum N utzen
del' gesamten Teehnik ausgefiillt wiirden.
Aber noeh ehe diese Wiinsehe erfiillt sein werden, miissen doeh
alle Arten von Apparaten dieser Gattung gebaut werden, und da
un seres Wissens ein Bueh fehIt, in dem, so weit es angeht, die
meisten der die Verdampfung betreffenden Fragen und U mstiinde
(insbesondere hinsiehtlieh der Hauptabmessungen und der zu er
wartenden Leistullg von Apparaten) fUr die Praxis zusammenhangend
erortert werden, so ist in den folgenden BIattern ein Versueh dazu
unternommen worden.
Es sind hierbei sowohl allgemein zugangliehe Materialien, als
aueh hOchst wertvolle Naehriehten von wohlgesinnten Freunden und
endlieh die in einer langeren Praxis gesammelten Erfahrungen und
Versuehs-Resultate verwendet worden.
Aber es liegt in der Natur der oben angedeuteten Umstiinde,
daB manches in diesen Erorterungen hypothetisehen Charakter haben
mU1\' was der freundliche Leser beriieksiehtigen wolle.
Die knapp bemessene Zeit gestattet es dem auf diesem Gebiet
nieht ganz heimisehen Ingenieur oft nieht, die fiir die Verwendung
in einem speziellen Fall schnell benotigten Angaben dureh liingeres
Studium in der Faehliteratur zu suehen, oder langere Reehnungen
anzustellen, daher sind, wo es tunlieh ersehien, Tabellen eingefiigt
worden, welehe fiir viele vorkommenden Falle die leieht zu findende
Antwort auf bestimmte gestellte Fragen enthalten. Diese Tabellen
gewahren au1\erdem den Vorteil des klaren Oberbliekes iiber die
Wirkullgen, die veranderte Annahmen erzeugen, welehen Vorteil die
Konstrukteure wohl zu sehiitzen wissen.
Bei der ungemeillen Vielgestaltigkeit der in der Industrie ver
wendeten Apparate und Masehinen, dem steten und sehnellen Weehsel
ihrer Bediirfnisse und ihrem rasehen Fortsehritt Bueh auf diesem
Gebiet ist eine vollkommene Behandlung a II e r mogliehen Falle
allerdings nieht wohl zu erreichen.
v
Vorwort.
Leitend bei der Abfassung dieser Arbeit war der Wunsch,
moglichst vollkommene und zuverlassige Hilfe fiir die bei der Kon
struktion und im Betriebe von Apparaten zur Verdampfung, Kon
densation und Kiihlung zu losenden Aufgaben zu scbaffen. Wenn
sie nicht ganz diesen Wunsch erfiillt, so wird sie vielleicht als ein
brauchbares Fundament fiir femere Bemiihungen zu betrachten sein.
Nun bleibt die angenehme Pflicht, unsem Dank auszusprechen
allen Freunden, die durch Mitteilung von Erfahrungsresultaten den
Inbalt dieser Blatter bereichem halfen und dem Herrn Verleger fiir
die wiirdige Ausstattung des Buches.
Berlin, August 1899.
Vorwort zur zweiten Auflage.
Eine zweite Auflage dieses Buches ist in so kurzer Zeit nach
dem Erscheinen der ersten notig geworden, da.a sich zu erheblicben
Anderungen kein Anla.a bot.
A bgeseben von kleinen Berichtigungen, die zum Teil durch die
freundliche Kritik hervorgerufen sind, ist die vorliegende Auflage
ein unveriinderter Abdruck der ersten.
Mochte die woblwollende Aufnabme der friiberen auch dieser
zuteil werden.
Berlin im April 1900.
Vorwort zur sechsten Auftage.
Nachdem schon in der 5. Auflage die Resultate neuerer Unter
suchungen mehrerer deutscher Forscher iiber Warmedurcbgang mitgeteilt
werden konnten, hat auch die S. Auflage wieder iiber inzwi<:chcn aus
gefiihrte Arbeiten auf diesem Gebiete zu berichten, namentlich iiber
solche von den Herren Dr. Poensgen, Dipl. ing. Margolis,
Dr. ing. Soennecken, Dr. ing. W. Nusselt. Dr. Brabbee,
Dip!. ing. K. Hencky, Dr. K. Hoefer und snderen.
Auch die auslandische Literatur hat einige Beitrage geliefert.
Da, wo die Forscher ihre gewonnenen Erkenntnisse nieht selbst
schon in Tabellenform dem tiiglichen Bediirfnis angepa.at haben, ist
es vom Verfasser geschehen.
VI Vorwort.
Auch aus der Praxis konnten wieder einige eigene und einzelne
in der Fachliteratur zerstreute Beobachtungen und Erfahrungen anderer
beigesteuert werden.
Der Abschnitt uber die Mehrkorper-Verdampf-Apparate ist um
gestaltet worden, um den EinfluG der 'meisten iuieren Umstiinde
auf ihre Wirkung im einzelnen deutlicher zu zeigen.
Neue Abschnitte wurden hinzugefiigt: Ober die Aufenthaltszeit
der Massen in Verdam (\fapparaten, iiber die Wirkung des Verfahrenn
von Prache und Bouillon, iiber die Beforderung von Gasen
durch Rohrleitungen und einige andere.
Einige, wohl etwas zu ausfiihrliche Tabellen und Erorterungen
der friiheren Auflagen, sind fortgelassen worden.
Wenn neben den genauen undo nicht immer durch einfache
Formeln bestimmbaren Werten fur die Wirme-Obergangszahlen, die
die Forsche'7 uns geben, auch einfache Erfahrungszahlen der Praxis
fiir Verdampfungs-, Erwarmungs- und Kuhlungsleistungen mitgeteilt
werden, so geschieht dies, geauaerten Wiinschen entsprechend, weil
die Laboratorium-Untersuchungen teils nur die Teil-Warme.Obergangs
zahlen (a) von einem Medium an die Metallwand oder umgekehrt
angeben, teils, weil sie nur die reine Gesetzmaaigkeit ohne die diese
swrenden Einflusse der Bekrustung, des Luftgehaltes und anderer
darstellen wollen. Den ausfuhrenden Ingenieur leitet zwar die er
kannte Gesetzmii.aigkeit, aber er mua auch die in Wirklichkeit nie
fehlenden Hindernisse fUr ihre volle Wirksamkeit beriickeichtigen.
Solange bis die Wirmeubergangszahlen fur aile FaIle wirklich
zuverlassig erforscht und festgestellt sind, wird man der einfachen
Handformeln nicht entraten konnen.
Es ist noch zu berichten, dna die englischen, franzosischen und
russischen Ausgaben dieses Buches mehrfache Auflagen erlebt haben.
Berlin im Januar 1918.
Der Verfasser.
Inhaltsverzeichnis.
Aba.bRitt Seile
Vorwort ..... . V
Inbaltlverzeichnis IX
Verzeicbnis der TabelieD . XIV
Bedeatang der Bucbstaben . XIX
Einleitung . . . . . . 1
I. Von der Wirmeiibergangszabl k and dem mittleren Temperatur
Unterscbied &m . . . . . . . . . . 2
Logarithmische Gleichung fUr &m, Abb. 1-4 3
Endliche Gleichung ffir /}m, Tab. 1. . . . . 6
II. OIeicbstrom and Gegenstrom, Tab. 2, Abb. 5, 6 10
III. Die Anlagen zam Heizen mit oHenem Feuer. . 15
Ausnutzung der Feuergase . . . . . • . . 16
Eigenschaften einiger Brennstoffe, Tab. 3. . . 18
Witrmefibergangszahl k., Tab. 4, 5, Abb. 7, 8, 9, 10 Beobach-
tungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
IV. 015 Einblasen von gesittigtem Wasserdampf . . . . . 31
Wirkung auf nicht losliche Flftssigkeiten, Tab. 6, Abb. 11 32
V. Der iiberbitzte Wasserdampf . . . . . 45
Warmeverbrauch zum Dberhitzen, Tab. 7 . 48
Volumen des iiberhitzten Dampfes, Tab. 8 48
Wlirmeiibergangszahl k . . . . . . . 49
HeizfIl1che der Dberhitzer, Beobachtungen 50
VI. Verdampfen vermittelst beiner Fliissigkeiten 56
VII. Von der Wirmeiibertragung im allgemeinen and der des
gesittigten Wasserdampfes im besonderen 57
Mindemde und f(jrdernde Eiufifi8se auf die WBnnefibertragung 58
Eigenschaften des gesl1ttigten Dampfes, Tab. 9, 10, 11. . . 60
EinfiuB der Wanddicke, Tab. 12 und 13, Abb. 12, 13 . . . fi8
ErhOhung des Siedepunktes der SalzlOsungen, Tab. 14 . . . 78
VIII. Wiirmeiibertragang des gesittigten Dampfes in ~ohren
(Scblangen) and Doppelboden . . . . . . . 81
A. Heizrohre (Schlangen) ........... . 81
Wltrmeiibergangszahl kv beim Verdampfen, Tab. 15 86
Verdampfungsleistung kupferner Rohre, Tab. 16, Abb.14, 15 89
B. Abmessung der Verdampfungsrohre ..... 89
Dampfgewicht, das stiindlich durch Ventile eilltritt, Tab. 17 95
Bis zu welchem Grade kann eine Flilssigkeit erwllI'mt odeI'
gekiihlt werdell. Tab. 18 '. . . . . . . . . . 96
VIII lnhaltsverzeichnis.
Absebnltt Seite
Teil-Wltrmeiibergangszahl a von gesMtigtem Dampf an
KAltewand, Tab. 19, 20 . . . . . . . . . . . . 98
-- an wagerechten Rohren, 'l'ab. 21, 22 . . . . . . . 100
-- Stromender Dampf an 10trechten kalten Rohren, Tab. 23,
24, 25, Abb. 18 • . • . . . . . • . 103
VIII. C. Doppelboden unJl weite Heizmltntel ...... 108
Ihre Witrme-Dbertragung an siedende . . . . . . . . 111
und nicht siedende Fliissigkeit (Trommeln) . . . . . 112
D. Erwltrmung von Luft und Gasen ....... 112
Wltrmeabgabe heiller eiserner Rohre, Tab. 26, 27, 28, 29,
Abb. 20, 21, 22 . . . . . . . . . . . . . . . 113
Warmeaufnahme der Luft und des iiberhitzten Darnpfes in
von auflen geheizten Rohren, Tab. 30, 31.32,33,35,36,37,
38, Abb. 23 - 27 . . . . . . . . . . 115
Teil-Wltrrnelibergang . . . . . . . . . 122
Verdunstung heiller Laugen an offener Luft 138
IX. Verdampfang im Vakaum. . . . . . 139
Erniedrigung des Siedepunktes, Tao. 39 . 143
Warmeiibergang . . . . . . . . . . 145
X. Von den Mebrkorper-Verdampf-Apparaten. 146
A. Verdarnpfungs-Leistung jedes Korpers 147
Heizdampf-Verbrauch, Abb. 28, 29, 30, 31 152
ErhOhung des Siedepunktes der unteren Saftschichten,
Tab. 40, Abb. 32 . . . . . . . . . . 158
Dampfentwicklung jedes Korpers, Tab. 41, 42. . . . . 164
Beispiele .................. 185
B. Trockengehalt der Sltfte in jedernKorper, Tab. 43 201
C.1Vassergewicht, das aus 100 kg Lauge zu ver
dampfen ist, urn deren urspriinglichen Trok
kengehalt von 1 bis 250/0 auf 20 bis 700/0 zu er
hohen. Tab. 47 . . . . . . . . . . . . . . 217
D. Das gegenseitige Verhltltnis derHeizflltchen der
einzelnen Korper bei Mehrk15rper-Verdampf-
Apparaten und ihre wahre GroDe ...... 219
E. Aufenthaltszeitd.NichtverdampfenimApparat 225
XI. Vom Druck, den Dampf- uud Oasstriime aaf schwebeade
Wassertropfen lI1lSiiben, Tab. 48. . . . . . . .'. . 226
XII. Von den We,en scbweltender Wassertropfen, aaf die Dampf-
and OasstrOme wirken . . . . . . . . . . . . . 234
A. Senkrechter Dampfstrom und fallende Tropfen 234
B. Wagerechter oder geneigter Dampfstrom auf
fallende Tropfen, Abb. 33, Tab. 49 ...... 237
C. Senkrechter Dampfstrorn und schrltg abge
schleuderte Tropfen, Abb. 34, Tab. 50 .... 240
XIII. Das Emporscbleudernder Masse aus siedender Flissigkeit . 243
A. Die Steigh15hen der Massen, wenn sie vorn
Darnpfstrorn beeinfluBt werden ...... 243
Inhaltsverzeichnis. IX
Ablebnitt Seite
B. Die Springhlihe der Massan, wenn sie nicht
vom Dampfstrom beeinflu8t werden 245
1. Bei Dampfheizklirpern mit senkrechten Heizrohren,
Tab. 51a, 5lb. . . . . . . . . . . . . . . . 245
2. Bei Dampfheizkorpern in Form von Schlangen und Doppel-
b1iden und bei offenem Feuer. ., ..... 250
C. Der EinfluB des Dampfstromes auf emporge-
8chleuderte Tropfen ............ 251
D. Der EinfluB des Dampfstromes auf emporge
schleuderte Blasen, hohle Tropfen, und die
Mittel, ihren Verlust zu verhllten, Tab. 52 .. 254
E. Volumen-VergrliBerung aufsteigender Dampf-
b 1a sen, Tab. 53 . . . . . . . . . . . . . . 259
XIV. Die Welte der Robrleitungen fiir Wasserdampf, Alkobol-
Wasserdampf and Laft . . . .. . ' . .. 260
A. Filr Wasserda.mpf .............. 260
Vergleich der Resultate der Formeln von F is c her und
Gutermuth und Eberle, Tab. 54 ....... 262
Geschwindigkeit des Wasserdampfes in Rohren von 20 m
Lltnge, bei 0,5% Druckverlust, Tab. 55 . . . . . . 266
Dampfgewicht, das dabei stllndlich durch die Rohre strlimt.,
Tab. 56 .................. 268
B. Fiir Alkohol-Wasserdampf. ......... 270
Geschwindigkeit des Alkohol-W asserdampfes in Rohren von
3 m Lltnge bei 0,5% Druckverlust, Tab. 57, und 270
Dampfgewicht, das dabei stUndlich durch die Rohre stromt,
Tab. 58 . . . . . . . . . . . . 272
C. FUr schwere Dltmpfe, Tab. 59 und 60 ...... 274
D. FUr Luft, Tab. 60, 61, 62, 63 .......... 276
Luftgeschwindigkeit und Luftgewicht, das bei 0,5°,0 Druck-
verlust stllndlich durch die Rohre strtimt. 278
E. Erdgas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
F. W'asserstoff, Tab. 64, 65,66 .......... 282
XV. Die Weite der Wasserrohrleitaagea, Tab. 67 . . . . . . 284
XVI. Wllrmeverlast der Apparate and Rohrleitungea aa die am
gebende Laft . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
A. Wl1rmeverlust durch Strahlung und Leitung
1. Nach E. Pecl ets Gleichungen, Tab. 68. . . . . . 294
Vergleich von Versuchs- und Recbnungs -Resultaten,
Tab.69 ................. 300
W!l.rmeverlust pro laufenden Meter Robr und Quadrat-
meter Fll1cbe, Tab. 70 . . . . . . . . .' 302
2. Nach neueren Gleichungen, Tab. 71 . . . . .. 307
Wltrmeverlust der MehrkOrper-Vedampf-Apparate 310
B. Wltrmeschutzmittel, Tab. 72 . 311
XVII. Von den Kondensatoren . . . . . . 315
A. Die Einspritz-Kondeusatoren 317
1. Allgemeines, Abb. 35, 36. . . . 317
x
Inhaltsverzeichnis.
AbsehniU Scite
2. Die erfOl'derliche Kiihlwasse1'mengc, Tau. 73 . . . . 321
3. Del' Durchmesse1' der Wasse1'-Zufiufirohre. . . . . . 1322
4. Das Ablauf- odeI' Fallrohr del' trockE'non Kondensatonm,
Tab. 74. . . . . . . . . . 324
5. Wasserverteilnng im Kondensator . 329
a) Durch Dberlauf, Abb. 37, Tab. 75 329
b) Durch Siebplatteu, Tab. 76 331
6. Der Durchmesser del' Dampfzuleitungen 334
7. Del' Durchmesser del' Luftableitungen . 335
8. Die Erwl1rIDung des EinspritzwllSsers . . . 3i35
Vergleich von Oberfillche und Inhalt del' Wasserkorper,
Tab. 77 ................. 337
Wie tief die 'Varme in das Wasser eindringt, Tab. 78 339
9. Volll~n von 1 kg Luft hei verschiedenem Druck,
Tab. 79 ................. 344
10. Freie Fallhohen in 0,05-1,7 Sekunden, Tab. 80 . . . 345
11. Abmessungen del' nassen Einspritz-(Gleichstrom-)Konden
sato1'en, Tab. 84. . . . . . . . . . . . . . 347
12. Abmessungen del' trockenen (FallTohr-)E inspritz-(Gegen
strom-)Kondensatoren, Tab. 83 . . . . . . . . 355
Erwarmung del' Wasserstrahlen im Stufen-Kondensator,
Tau. 82. . . . . . . . . . . . . . , . . 356
B. 0 b erflltc h ell-Kond ens a t oren (KUhler). . . " 364
l. Oberflachen-GefaB -Kondensatoren mit Wasserkiihlung',
Abb. 38, 39, 40 . . . . . . .' ..... 365
a) Der Temperatur-Unterschied, Tab. 84. . . . . . 368
b) Die Warmeiibergangszahl I.e IUld kk, Tab. 85 u. 89 373
c) Die Kondensations- und Kiihlfiachen, Tab. 86 376
Dampf-und Luft.gewicht, das stiindlich durch Rohre
YOU 10 bis 100 mm Drm. stromt, Tab. 90 . . . 384
Wassergewicht, das stiindlich in Gefltflen von 300 bis
1250 mm Drm. aufsteigt, Tab. 91. . .'. . . 384
Teilwarmeiibergangszahl a von wagerechten Rohreu
an ruhendes Wasser, Tab. 87, 88, 89, Abb. 43 . 385
d) Abmessungen del' Kondensations· und Kuhlrohre,
Tab. 92. . . . . . . . . . . . . . . . 403
Beispiele filr die Abmessungen der Rohre, Tab. 93. . 408
2. Oberflllchen-GeHtf3-Verdichter mit LuftkUhlung, Tab. 94
und ~5 . . . . . . . . . . . 407
3. Oberfiachen-Riesel-Verdichter, Tab. 96 . 414
XVIII. Die Erwiirmuog der Fliissigkeiten Tab. 97 . 419
A. Bei gleichbleibender Fliissigkeitsmellge 419
1. Durch Dampfrohre in der Fli'tssigkeit 4019
Ohne Riihrwerk . . 421
~t " 4~
2. Dureh Doppelbtiden . 424