Расчет коэффициентов теплопередачи

Выбор конструкционного материала

Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора КОН в интервале изменения концентраций от 5 до 40 % [7]. В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х17. Скорость коррозии ее не менее 0,1 мм/год, коэффициент теплопроводности λ_ст= 25,1 .

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

.

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

().

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке α₁ находится по уравнению (3.16):

где r ₁ —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 пленки t _пл= t _г1-Δ t ₁/2, где Δ t ₁— разность температур конденса­ции пара и стенки, град.

Расчет α₁, ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем разность температур конденса­ции пара и стенки Δ₁ =2,0 ^оС. Тогда

Из уравнения (3.22) находится перепад температур на стенке:

Δ t _ст= α₁ Δ∑δ/λ=10500^оС.

И разность температур конденсации пара и стенки со стороны раствора и его температурой кипения Δ:

Δ₂= Δ t ₁- Δ t _ст - Δ₁=13,13-6,03-2=5,1 ^оС.

Распределение температур в процессе теплопередачи от пара через стенку к кипя­щему раствору показано на рис. 4.4.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору α₂, для пузырькового кипе­ния в вертикальных кипятильных трубках при условии естественной циркуляции рас­твора находиться по уравнению (3.17):

Физические свойства кипящих растворов КОН и их паров из табл.4.2 приведены (табл. П1, П2, П27-П30):

Таблица 4.2

Параметр	Корпус
Теплопроводность раствора λ, Вт/	0,61	0,62	0,69
Плотность раствора ρ, кг/м^3
Теплоемкость раствора с, Дж/
Вязкость раствора μ,	0,1	0,29	0,7
Поверхностное натяжение σ, Н/м	0,058	0,066	0,099
Теплота парообразования r в, Дж/кг	2068	2148	2372
Плотность пара ρн, кг/м^3	3,75	2,0	0,098

Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

= α₁ Δ₁=10500= 21000 Вт/м²;

= α₂ Δ₂=7355= 37510 Вт/м².

Как видим, .

Для второго приближения примем Δ₁ = 3,0 ^оС.

Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры на 1,0 ^оС, рассчитаем α₁ по соотношению:

Вт/(м²·К)

Получим:

^оС;

Δ t ₂=13,13-3-8,18=1,95 ^оС;

Вт/(м²·К);

=9500= 28500 Вт/м²; =8834= 17220 Вт/м².

Очевидно, что .

Рис. 4.4. Распределение температур в процессе теплопередачи от пара к кипящему раствору через многослойную стенку: 1 - пар; 2 - конденсат; 3 – стенка; 4 – накипь; 5 – кипящий раствор

Рис. 4.5. Зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур Δ

Для расчета в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур между паром и стенкой в первом корпусе (рис. 4.3) и определяем Δ₁=2,6 ^оС. Получим:

Вт/(м²·К);

^оС;

_кип =13,13-2,6-7,34=3,19 ^оС;

Вт/(м²·К);

=9833= 25570 Вт/м²; =8276= 2640Вт/м².

Как видим, .

Если расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3 %, расчет коэффициентов α₁ и α₂ на этом заканчивают. Находим К ₁, :

=1/(1/9833+2,87+1/8276)=1963.

Далее рассчитаем коэффициент теплопередачи для второго корпуса К ₂ , . Для этого найдем:

;

^оС;

_кип =19,56-4,1-10,16=5,3 ^оС;

= 8633= 35395 Вт/м²;

= 6848= 36294 Вт/м².

Как видим, . Определим К ₂:

.

Рассчитаем теперь коэффициент теплопередачи для третьего корпуса К ₃, найдем:

;

^оС;

Δ t ₂ = 53,17-16,0-26,3=10,87 ^оС;

=5722= 91550 Вт/м²; = 8317= 90410 Вт/м².

Как видим, . Найдем К ₃:

.

Дата добавления: 2014-01-07