Курсовая работа: Расчёт многокорпусной выпарной установки

Выберем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора Na₂ SO₄ в интервале изменения концентраций от 6 до 30 % [5]. В этих условиях химически стойкой является сталь марки Х17. Скорость коррозии её менее 0,1 мм/год, коэффициент теплопроводности λ_ст = 25,1 Вт/(м∙К).

1.6 Расчёт коэффициентов теплопередачи

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

(17)

где α₁ , α₂ – коэффициенты теплоотдачи от конденсирующегося пара кстенке 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. Получим:

(м² ∙К)/Вт

Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к стенке α₁ равен:

(18)

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 Na₂ SO₄ при средней температуре плёнки сведём в таблицу 2.

Теплопроводность была рассчитана по формуле [7]:

(19)

где М – молекулярная масса Na₂ SO₄ , равная 142 г/моль; с_р – удельная теплоёмкость, Дж/(кг∙К).

Таблица 2Физические свойства конденсата при средней температуре плёнки

Параметр	Корпус
	1	2	3
Теплота конденсации греющего пара r, кДж/кг	2137,5	2173	2224,4
Плотность конденсата при средней температуре плёнки ρж , кг/м3	924	935	950
Теплопроводность конденсата при средней температуре плёнки λж , Вт/(м∙К)	0,685	0,686	0,685
Вязкость конденсата при средней температуре плёнки μж , Па∙с	0,193 ∙ 10-3	0,212 ∙ 10-3	0,253 ∙ 10-3

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

Вт/(м² ∙К)

Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение:

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.

Распределение температур в процессе теплопередачи от пара через стенку к кипящему раствору показано на рисунке 2.

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

град

Тогда:

град

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

(20)

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.