4.6 Вибір конструкційного матеріалу

Вибираємо конструкційний матеріал, стійкий в середовищі киплячого розчину NаCl з інтервалом зміни концентрації від 10 до 25 % В цих умовах хімічно стійкою є сталь Х18Н10Т. Швидкість корозії її не більше 0,1 мм/рік, коефіцієнт теплопровідності λ_ст = 16,4 Вт/(м·К).

4.7 Розрахунок коефіцієнтів теплопередачі

Коефіцієнт теплопередачі розраховують за рівнянням адитивності термічних опорів:

, (4.30)

де α₁ і α₂ – коефіцієнти тепловіддачі від пари, що конденсується, до стінки і від стінки до киплячого розчину відповідно, Вт/м²∙К;

- загальний термічний опір, м²∙К/Вт.

(4.31)

Приймаємо, що сумарний термічний опір, рівний термічному опору стінки і накипу . Приймаю для всіх корпусів товщину шару накипу δ_н=0,5мм, λ_н=3,05 Вт/(м∙К) [1, с. 172]. Термічний опір зі сторони пари не враховуємо. Отримаємо:

м²К/Вт.

Коефіцієнт тепловіддачі від пари, що конденсується, до стінки розраховуємо за формулою:

(4.32)

де r – теплота конденсації гріючої пари, Дж/кг;

ρ_р – густина конденсату при середній температурі плівки, кг/м³ [2,табл. XXXIX с. 520];

μ_р – в’язкість конденсату при середній температурі плівки, Па∙с, [2,табл. XXXIX с. 520];

λ_р – теплопровідність конденсату при середній температурі плівки, Вт/(м∙К), [2,табл. XXXIX с. 520].

Середню температуру плівки конденсату розраховуємо за формулою:

, (4.33)

де Δt₁ – різниця температур конденсації пари і стінки, ºС.

В першому наближенні приймаємо Δt₁ = 1 ºС.

ºС

Приймаємо r = 2206,55 кДж/кг; ρ_р = 943,305 кг/м³; μ_р = 231,953∙10^-6 Па∙с; λ_р = 68,596∙10^-2 Вт/(м∙К) [2].

Розрахунок α₁ ведуть методом послідовних наближень за формулою (4.32):

Вт/(м²∙К).

Для встановленого процесу передачі тепла справедливе рівняння:

, (4.34)

де q – питоме теплове навантаження, Вт/м;

Δt_ст. – перепад температур на стінці, ºС;

Δt₂ – різниця між температурою стінки із сторони розчину і температурою кипіння розчину, ºС

Перепад температур на стінці розраховуємо за формулою:

, (4.35)

ºС

Різницю між температурою стінки із сторони розчину і температурою кипіння розчину розраховуємо за формулою:

(4.36)

ºС

Коефіцієнт тепловіддачі від стінки до киплячого розчину для пузиркового кипіння в вертикальних киплячих трубках при умовах природної циркуляції розчину розраховуємо за формулою:

, (4.37)

де λ – теплопровідність розчину при температурі кипіння, Вт/(м∙К);

ρ – густина розчину при температурі кипіння, кг/м³;

ρ_п – густина пари при температурі кипіння, кг/м³;

σ – поверхневий натяг, Н/м;

r_в – теплота пароутворення, Дж/кг;

с – теплоємність розчину при температурі кипіння, Дж/кг∙К;

μ – в’язкість розчину при температурі кипіння, Па∙с;

ρ₀ – густина водяних парів при нормальних умовах, кг/м³, [1, с.172].

Фізичні властивості киплячих розчинів NаCl та їх парів зводимо у таблицю.

Таблиця 4.4 – Фізичні властивості киплячих розчинів NаCl та їх парів

Параметр	Корпус			Література
	І	ІІ	ІІІ
Теплопровідність розчину λ, Вт/(м∙К)	0,633	0,607	0,648	[10, c.330], [9, c.157]
Густина розчину ρ, кг/м3	1094,77	1126,02	1199,03	[3, c.541]
Теплоємність розчину с, Дж/кг∙К	3719	3555	3284	[10, c.245]
Продовження таблиці 4.4
В’язкість розчину μ, Па∙с	0,000329	0,0004	0,000649	[10, c.171]
Поверхневий натяг σ, Н/м	0,0610	0,0654	0,0758	[9, c.157]
Теплота пароутворення rв, Дж/кг	2231,6∙103	2269,58∙103	2333,44∙103	[2, табл.LXII, c.532]
Густина пару ρп, кг/м3	0,825	0,515	0,191	[2, табл.LXII, c.532],

Підставивши числові значення, отримаємо:

;

Вт/(м^2.К).

Перевіримо достовірність першого наближення по рівності питомих теплових навантажень:

Вт/м²;

Вт/м²,

q'≠q''.

Для другого наближення приймаємо Δt₁=0,36 ºС.

Нехтуючи зміною фізичних властивостей конденсату при зміні температури на 0,64 ºС, розраховуємо α₁ по співвідношенню:

(Вт/(м^2.К);

ºС;

ºС;

Вт/(м^2.К);

Вт/м²;

Вт/м²;

Як бачимо q'≈q''. Розходження між тепловими навантаженнями не перевищує 3%, тому розрахунок коефіцієнтів та на цьому завершуємо.

Коефіцієнт теплопередачі для першого корпусу розраховуємо за формулою (4.30):

Вт/(м^2.К)

Далі розраховуємо коефіцієнт теплопередачі для другого корпусу.

В першому наближенні приймаємо Δt₁ = 0,8 ºС.

Середню температуру плівки конденсату розраховуємо за формулою (4.33):

ºС

Приймаємо r = 2234,95 кДж/кг; ρ_р = 951,336 кг/м³; μ_р = 257,248∙10^-6 Па∙с; λ_р = 68,49∙10^-2 Вт/(м∙К) [2].

Коефіцієнт тепловіддачі від пари, що конденсується, до стінки розраховуємо за формулою (4.32):

Вт/(м²∙К).

Перепад температур на стінці розраховуємо за формулою (4.35):

ºС

Різницю між температурою стінки із сторони розчину і температурою кипіння розчину розраховуємо за формулою (4.36):

ºС

Коефіцієнт тепловіддачі від стінки до киплячого розчину розраховуємо за формулою (4.37):

Вт/(м^2.К).

Перевіримо достовірність першого наближення по рівності питомих теплових навантажень:

Вт/м²,

Вт/м²,

q'≠q''.

Для другого наближення приймаємо Δt₁=0,73 ºС.

Нехтуючи зміною фізичних властивостей конденсату при зміні температури на 0,07 ºС, розраховуємо α₁ по співвідношенню:

(Вт/(м^2.К);

ºС;

ºС;

Вт/(м^2.К);

Вт/м²;

Вт/м²;

Як бачимо q'≈q''. Розходження між тепловими навантаженнями не перевищує 3%, тому розрахунок коефіцієнтів та на цьому завершуємо.

Коефіцієнт теплопередачі для другого корпусу розраховуємо за формулою (4.30):

Вт/м^2.К

Розраховуємо коефіцієнт теплопередачі для третього корпусу.

В першому наближенні приймаємо Δt₁ = 2 ºС.

Середню температуру плівки конденсату розраховуємо за формулою (4.33):

ºС

Приймаємо r = 2273,86 кДж/кг; ρ_р = 961,741 кг/м³; μ_р = 299,635∙10^-6 Па∙с; λ_р = 68,140∙10^-2 Вт/(м∙К) [2].

Коефіцієнт тепловіддачі від пари, що конденсується, до стінки розраховуємо за формулою (4.32):

Вт/(м²∙К).

Перепад температур на стінці розраховуємо за формулою (4.35):

ºС

Різницю між температурою стінки із сторони розчину і температурою кипіння розчину розраховуємо за формулою (4.36):

ºС

Коефіцієнт тепловіддачі від стінки до киплячого розчину розраховуємо за формулою (4.37):

Вт/(м^2.К).

Перевіримо достовірність першого наближення по рівності питомих теплових навантажень:

Вт/м²;

Вт/м²;

q'≠q''.

Для другого наближення приймаємо Δt₁=1,9 ºС.

Нехтуючи зміною фізичних властивостей конденсату при зміні температури на 0,1 ºС, розраховуємо α₁ по співвідношенню:

(Вт/(м^2.К);

ºС;

ºС;

Вт/(м^2.К);

Вт/м²;

Вт/м²;

Як бачимо q'≈q''. Розходження між тепловими навантаженнями не перевищує 3%, тому розрахунок коефіцієнтів та на цьому завершуємо.

Коефіцієнт теплопередачі для третього корпусу розраховуємо за формулою (4.30):

Вт/(м^2.К)