3.1.5. Выбор конструкционного материала.

Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора К₂СО₃ в интервале изменения концентраций от 10 до 44 % . В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х17. Скорость коррозии ее менее 0,003 мм/год при t=100⁰ С, коэффициент теплопроводности _ст = 25,1 Вт / (мК).

3.1.6. Расчет коэффициентов теплопередачи.

Коэффициенты теплопередачи для первого корпуса определяют по уравнению аддитивности термических сопротивлений :

К₁ = 1 / ( 1/ _1/ _)

Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки _ст _ст и накипи _н _н . Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем.

= 0,002 / 25,1 + 0,0005 / 2 = 2,87  10^-4 м²К / Вт.

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке _равен :

_ = 2,04[(r₁²_ж1³_ж1)/(_ж1 Ht₁)] ^0,25

где r₁ - теплота конденсации пара, Дж/кг ; _ж1 , _ж1 , _ж1 - плотность (кг / м³ ), теплопроводность Вт / (мК), вязкость (Пас) конденсата при средней температуре пленки t_пл = t_г1 - t₁ /2 , где t₁ - разность температур конденсации пара и стенки, град.

Расчет ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем t₁ = 2 град.

t_пл = 157,8 – 2/2 = 156,8 ⁰ С

1) _ == 10040 Вт/(м² К)

Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение:

q = _t₁ = t_ст / () = _t₂

где q - удельная тепловая нагрузка, Вт / м² ;

t_ст - перепад температуры на стенке, град. ;

t₂ - разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, град.

Отсюда

t_ст = _t₁= 10040∙2∙2,8710^-4 = 5,06 град.

Тогда

t₂ = t_п1 - t_ст - t₁ = 7,52 – 5,06 – 2= 0,46 град.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубах при условии принудительной циркуляции раствора равен:

₂ =780∙ [ (0,62^1,3 ∙ 1110^0,5 ∙ 3,63^0,06)/(0,057^0,5 ∙ (2130∙10³)⁶ ∙ 0,579^0,66 ∙3770^0,3(0,1∙10^-3)^0,3 ]∙q^0,6

₂=7440 Вт/(м²∙К)

Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок :

q^I = _t₁ =10040∙2=20080 Вт/м²

q^II = _t₂ = 7440∙2=3721 Вт/м²

Как видим q^I q^II.

2) Для второго приближения примем t₁ = 1 град.

Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры на 1.0 град, рассчитаем _по соотношению

_= =11940 Вт/(м²К)

Получаем :

t_пл=157,8-0,5=157,3 ⁰ С

t_ст = 11940∙1∙2,87∙10^-4=3,43 град

t₂ = 7,52 – 3,43 - 1 = 3,09 град

₂ =19,53∙(11940∙1)^0,6=5450 Вт/ м²к

q^I = _t₁ = 11940 ∙1=11940 Вт/м²

q^II = _t₂ =5450∙3,09=16837 Вт/м²

Как видно q^I q^II.

Для расчета третьего приближения построим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки от разности температур между паром и стенкой в первом корпусе(см. рис. 1) и определяем t₁

Рисунок 1- График зависимости тепловой нагрузки от разности температур

Получаем: t₁=1,22 град

Тогда:

3) _= = 11360 Вт/(м²К)

t_ст =11360∙1,22∙2,87∙10^-4= 3,98 град

t₂ =7,52-3,98-1,2 = 2,32 град

q^I =11360∙1,22=13859 Вт/м²

q^II = 5966∙2,32=13842 Вт/м²

q^I ≈ q^II

Расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3 % , расчет коэффициентов _и ₂ на этом заканчиваем.

Находим К :

К₁ = 1/ (1/ 11360+ 2,8710^-4 + 1/ 5966) = 1835 Вт/ (м²К);

К₂=0,8∙1835=1468 Вт/ (м²К);

К₃=1835∙0,7=1285 Вт/ (м²К);

К₄=1835∙0,5=918 Вт/ (м²К).