Выбор конструкционного материала

Материал подбирается су четом стойкости в среде кипящего заданного раствора в интервале заданного изменения концентраций [2].

7 Расчёт коэффициентов теплопередачи

Коэффициент теплопередачи для первого корпуса К определяют по уравнению аддитивности термических сопротивлений:

(48)

где α₁, α₂ – коэффициенты теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке и от кипящего раствора к стенке соответственно, Вт/(м²×К); δ – толщина стенки, м; λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м×К).

Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки δ_ст/λ_ст и накипи δ_н/λ_н. Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем.

Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к стенке α₁ равен:

(49)

где r₁ – теплота конденсации греющего пара, Дж/кг; ρ_ж1, λ_ж1, μ_ж1 – соответственно плотность (кг/м³), теплопроводность [Вт/(м∙К)], вязкость (Па∙с) конденсата при средней температуре плёнки t_пл = t_г1 – Δt₁/2, где Δt₁ – разность температур конденсации пара и стенки, град.

Физические свойства конденсата заданного раствора при средней температуре плёнки сведём в таблицу 3.

Теплопроводность рассчитывается по формуле [4]:

(50)

где М – молекулярная масса раствора,142 г/моль; с_р – удельная теплоёмкость, Дж/(кг∙К).

Таблица 3 Физические свойства конденсата при средней температуре плёнки

Параметр	Корпус
Теплота конденсации греющего пара r, кДж/кг
Плотность конденсата при средней температуре плёнки ρж, кг/м3
Теплопроводность конденсата при средней температуре плёнки λж, Вт/(м∙К)
Вязкость конденсата при средней температуре плёнки μж, Па∙с

 

Расчёт α₁ ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем Δt₁ = 2,0 град.

Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение:

(51)

где q – удельная тепловая нагрузка, Вт/м²; Δt_ст – перепад температур на стенке, град; Δt₂ – разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, град.

, град (52)

Коэффициент теплопередачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубах при условии естественной циркуляции раствора [6] равен:

(53)

где ρ_ж, ρ_П, ρ₀ – соответственно плотность жидкости, пара и пара при абсолютном давлении р = 1 ат., кг/м³; σ – поверхностное натяжение, Н/м; μ – вязкость раствора, Па∙с.

Физические свойства раствора в условиях кипения сводят в таблицу 4.

 

 

Таблица 4 Физические свойства кипящих растворов и их паров:

Параметр	Корпус
Теплопроводность раствора λ, Вт/(м∙К)
Плотность раствора ρ, кг/м3
Теплоёмкость раствора с, Дж/(кг∙К)
Вязкость раствора μ, Па∙с
Поверхностное натяжение σ, Н/м
Теплота парообразования rв, Дж/кг
Плотность пара ρп, кг/м3

 

Необходимо проверить правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

Вт/м² (54)

Вт/м² (55)

Если q^’ ≠ q^”. Расчет приближения следует повторить. Если расхождение между тепловыми нагрузками q^’ ≈ q^”не превышает 3%, на этом расчёт коэффициентов α₁ и α₂ заканчивают. Расчеты повторяют для всех корпусов.

Для расчёта в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой (рисунок 1) и определяем Δt₁.

Рисунок 2. График зависимости удельной тепловой нагрузки q от разности температур Δt₁.