1.1.5. Выбор конструкционного материала.
Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего KOH в интевале изменения концентраций от 5 до 40%. В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х17. Скорость корозии ее не менее 0,1 мм/год, Коэффициент теплопроводности :
λСТ = 25,1 Вт/(м∙К)
1.1.6. Расчет коэффициентов теплопередачи.
Коэффициент теплопередачи для первого корпуса определяют по уравнению аддитивности термических сопротивлений:
(25)
Примем , что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки и накипи. Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем. Получим:
∑δ/λ = 0,002/25,1 + 0,0005/2 = 0,000287 м2∙К/ Вт
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке a1 равен:
(26)
где
r1-
теплота конденсации греющего пара,
Дж/кг;
-
соответственно плотность (кг/
).
теплопроводность Вт/(
),
вязкость (
)
конденсата при средней температуре
пленки ,
,
где
- разность температур конденсации пара
и стенки, град.
ПЕРВЫЙ КОРПУС
Расчет - ведут методом последовательных приближений. В первом
приближении примем =1 0С. Тогда
tПЛ = tГ1-∆t1/2 (27)
tПЛ = 160,4-1/2 = 159,9 °С
r1 = 2121800 Дж/кг ρЖ = 918,3 кг/м3
μЖ = 0,00013 Па∙с λЖ = 0,599 Вт/(м∙К)
Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение
(28)
где
q - удельная тепловая нагрузка, Вт/
;
Δtст
- перепад температур на стенке, град;
Δt2
- разность между температурой стенки
со стороны раствора и температурой
кипения раствора, град.
Отсюда
(29)
Тогда
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубках при условии естественной циркуляции раствора равен:
(30)
Физические свойства кипящего раствора NaCl сведем в таблицу 2.
Таблица 5.
Параметр |
Корпус |
||
1 |
2 |
3 |
|
Теплопроводность раствора λ, Вт/(м·К) |
0,57 |
0,59 |
0,6 |
Плотность растворов ρ, кг/м3 |
1042 |
1086 |
1166 |
Теплоемкость раствора с, Дж/ (кг·К) |
3450 |
3198 |
2346 |
Вязкость раствора µ, Па·с |
0,0019 |
0,0031 |
0,0071 |
Подставив численные значения, получим:
Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
q' = α1∙∆t1 (31)
q' = 8946∙1 = 17891 Вт/м2
q'' = α2∙∆t2 (32)
q'' = 1762∙5,15 = 9074 Вт/м2
Как видим, q' ≠ q''
Расхождение между тепловыми нагрузками превышает 3%.
Для второго приближения примем =0,5 0С.
Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры на 1,5 градуса рассчитаем α1 по соотношению:
Получим:
q' = 12651∙0,5=6326 Вт/м2
q'' = 1290∙6,88 =8879 Вт/м2
Как видим, q' ≠ q''
Для расчета в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки от разности температур между паром и стенкой в первом корпусе (рис.1) и определяем =0,8 0С.
Рисунок 1.
=
1594
q' = 11249∙0,8=8999 Вт/м2
q'' = 1594∙5,82=9270 Вт/м2
Как видим, q' ≈ q''
Расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3%, расчет коэффициентов теплоотдачи на этом заканчиваем.
Находим коэффициент теплопередачи:
К1 = 1 / (1/α1 + ∑δ/λ + 1/α2) (33)
К1 = 1/ (1/11249 + 0,000287 + 1/1594) = 997 Вт/ м2∙К
ВТОРОЙ КОРПУС
В первом приближении примем =1 град. Тогда
tПЛ2 = tГ2-∆t1/2
tПЛ2 = 149,7- 1/2 = 149,1 °С
r1 = 2162900 Дж/кг ρЖ = 887 кг/м3
μЖ = 0,000153 Па∙с λЖ = 0,675 Вт/м∙К
Тогда
Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
q' = 11415∙1 = 11415 Вт/м2
q'' = 1591∙9,68 = 15397 Вт/м2
Как видим, q' ≠ q''
Для второго приближения примем =20С.
Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры на 2 градуса рассчитаем α1 по соотношению:
= 2173
q' = 9599∙2 = 19198 Вт/м2
q'' = 2173∙6,44 = 14006 Вт/м2
Как видим, q' ≠ q''
Для расчета в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки от разности температур между паром и стенкой в первом корпусе (рис.2) и определяем =1,45 0С.
Рисунок 2.
=1880
q' = 10402∙1,45 = 15083 Вт/м2
q'' = 1880∙8,18 = 15374 Вт/м2
Как видим, q' ≈ q''
Находим коэффициент теплопередачи:
К2 = 1 / (1/α1 + ∑δ/λ + 1/α2)
К2 = 1/ (1/10402 + 0,000287 + 1/1880) = 1093 Вт/ м2∙К
ТРЕТИЙ КОРПУС
В первом приближении примем =9,2 град. Тогда
tПЛ3 = tГ3-∆t1/2
tПЛ3 = 115,04-9,2/2 = 110,44°С
r1 = 2220500 Дж/кг ρЖ = 919 кг/м3
μЖ = 0,00021 Па∙с λЖ = 0,6 Вт/м∙К
Тогда
Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:
q' = 5489∙9,2 = 50499 Вт/м2
q'' = 3142∙16,03 = 50374 Вт/м2
Как видим, q' ≈ q''
Находим коэффициент теплопередачи:
К3 = 1 / (1/α1 + ∑δ/λ + 1/α2)
К3 = 1/ (1/5489 + 0,000287 + 1/3142) = 1270Вт/ м2∙К