5. Выбор конструкционного материала

Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора KOH в интервале изменения концентраций от 5 до 18%. В этих условиях химически стойкой является сталь марки X17, имеющая скорость коррозии менее 0,1 мм в год, коэффициент теплопроводности l_СТ = 25,1 Вт/м ^. К.

1.6. Расчёт коэффициентов теплопередачи

_{Коэффициент теплопередачи для первого корпуса К1 определяется по уравнению [1]:}

(23)

_{Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки dст/lст и накипи dн/lн. Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем. Получаем:}

_{Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке равен:}

(24)

_{где r1 – теплота конденсации греющего пара, Дж/кг;}

_{rж1, lж1, mж1 – соответственно плотность (кг/м}³_{), теплопроводность [Вт/(м×К)], вязкость (Па×с) конденсата при средней температуре плёнки}

[1]_{, где Dt1 – разность температур конденсации пара и стенки,} ^о_С.

_{Первый корпус}

_{Расчёт a1 ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем Dt1=1,5 °С.}

_{Основные физические свойства пара и конденсата приведены в таблице 5.}

_{Таблица 5.}

Физические свойства пара и конденсата

Средняя температура плёнки, °С	Теплота конденсации греющего пара, кДж/кг	Плотность конденсата, кг/м3	Теплопроводность конденсата, Вт/(м∙К)	Вязкость кондесата, Па∙с
133	2031,6	892	0,692	168∙10-6

_{Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение:}

(25)

_{где q – удельная тепловая нагрузка, Вт/м}²_;

_{Dtст – перепад температур на стенке, °С;}

_{Dt2 – разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, °С.}

_Отсюда

_Тогда

(26)

_{Таблица 6.}

_{Физические свойства кипящих растворов КOH} и их паров

Параметр	Корпус
	1	2	3
Теплопроводность раствора, λ, Вт/(м∙К)	0,63	0,64	0,65
Плотность раствора, ρ, кг/м3	1109	1155,2	1265,9
Теплоёмкость, с, кДж/(кг∙К)	3,81	3,64	3,1
Вязкость,μ, Па∙с	2,01 ∙10-3	2,66∙10-3	7,23∙10-3
Поверхностное натяжение, σ, Н/м	0,077	0,081	0,0899
Теплота парообразования при рвп , rводы, кДж/кг	2130,92	2194,96	2386,05
Плотность пара, ρп, при рвп , кг/м3	2,2	1,12	0,078

_{Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубках при условии естественной циркуляции раствора [1]:}

(27)

_{где λ – теплопроводность раствора, Вт/(м∙К);}

_{μ – динамическая вязкость раствора, Па∙м;}

_{σ – поверхностное натяжение, Н/м;}

_{ρ1 – плотность жидкости, кг/м}³_;

_{ρ0 – плотность пара при р=0,098 МПа, кг/м}³_;

_{q – плотность теплового потока, Вт/м}²_;

_{r – теплота парообразования при рвп, кДж/кг;}

_{ρп – плотность пара при рвп, кг/м}³_.

_{Физические свойства кипящего раствора NaOH приведены в таблице 6.}

_{Подставим численные значения и получим:}

_{Проверяем правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:}

Как видно, q  q.

Так как расхождение тепловых нагрузок не превышает 5%, то на этом расчёт коэффициентов a₁ и a₂ заканчиваем.

Тогда

(28)

_{Далее рассчитываются коэффициенты теплопередачи для второго и третьего корпусов.}

Коэффициенты теплопередачи для корпусов

№ кор.	t1, оС	1, Вт/(м2К)	tcт, оС	t2, оС	2, Вт/(м2К)	К, Вт/(м2К)	q, Вт/м2	q, Вт/м2
1-й корпус	1,5	9 973	4,3	2,13	3 476	1 497	14 960	14 598
2-й корпус	2,6	8 462	6,31	7,53	2 871	1 338	22 001	22 619
3-й корпус	10	5 905	16,95	22,44	2 592	1 188	59 052	58 155