?ст - толщина стенки трубки, м.
; (10)
c* - коэффициент, учитывающий влияние на ?1 расположение трубок в пространстве;
b - коэффициент физических параметров конденсата;
r – теплота парообразования, кДж/кг;
L – длина контакта пара и трубки (определяющий линейный размер для парового потока), м;
tп – температура греющего пара, 0С;
tст –температура стенки, 0С.
; (11)
где Nu – критерий Нуссельта, характеризующий интенсивность теплоотдачи (в данном случае, на границе стенка трубки – поток нагреваемого жидкого продукта). Для развитого турбулентного режима:
; (12)
Для ламинарного режима:
; (13)
Определив ?1 и ?2, затем рассчитав К, вычисляют площадь теплопередачи F:
; (14)
Затем рассчитывают точное число ходов в аппарате zФ:
; (14*)
Конструктивный расчёт.
Целью является определение точного общего числа трубок (no) в теплообменнике конструктивных размеров аппарата: диаметров корпуса внутреннего (Dв) и наружного (Dн), толщину стенки корпуса (?), диаметр патрубков для потоков, входящих и выходящих из теплообменника (dп).
no = nx· zф ; (15)
D = 1,15 · ?· dн · vnф ; (16)
где ? – коэффициент размещения трубок, ? = 1,25 – 1,45;%
dн – наружный диаметр трубки, м.
Диаметры всех патрубков находятся из уравнения постоянства расхода:
; (17)
3.5 Изоляционный расчёт.
Целью расчёта является определение толщины слоя изоляционного материала (?из). Теплообмен между изолированным аппаратом и воздухом в цехе происходит в результате конвекции и лучеиспускания, интенсивность которых рассчитывают.
Конвективный теплообмен характеризуется критериальным уравнением Нуссельта:
; (18)
где Gr – критерий Грасгофа для потоков воздуха, характеризующий подъёмную силу при конвекции;
; (19)
? – коэффициент температурного расширения воздуха, 1/К;
? - кинематический коэффициент вязкости, м2 / с;
l - определяющий линейный размер аппарата, м;
?t – температурный напор, 0С.
Pr - критерий Прандтля для воздуха (рассчитывается или определяется по таблице свойств воздуха).
Рассчитав значение Nu, определяют коэффициент теплоотдачи от аппарата за счёт конвекции ?к:
; (20)
Далее рассчитывают коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием ?л:
?к = сл · ?л ; (21)
сл - действительная константа лучеиспускания;
?л – температурный коэффициент при лучеиспускании (излучении).
Затем определяют суммарный коэффициент теплоотдачи ?:
? = ?к + ?к ; (22)
Рассчитывают удельный тепловой поток (потери теплоты) в окружающую среду q в Вт/ м2:
q = ? · (tн - tв); (23)
tн – температура наружной поверхности изолированного теплообменника, 0С;
tв – температура окружающего воздуха в цехе, 0С.
Определяют среднюю разность температур между греющим паром и окружающим воздухом. ?t*:
?t* = tгр. п. - tв ; (24)
Определяют коэффициент теплопередачи от греющего пара к окружающему воздуху в производственном помещении К (Вт/м2· град):
; (25)
Окончательно рассчитывают толщину слоя изоляционного материала :
; (26)
3.6. Расчёт теплопотерь.
Целью является определение потерь тепла от изолированной поверхности аппарата, которые не должны превышать 5% от тепла, поступившего теплообменник с греющим теплоносителем.
Определяют теплопотери со всей поверхности аппарата Qпот. в кВт:
Qпот. = Qиз +. Qнеиз. ; (27)
Qпот. – полные тепловые потери, кВт;
Qиз. - тепловые потери от изолированной поверхности, кВт;
Qнеиз. - тепловые потери от неизолированной поверхности, кВт;
Qиз = q · Fиз; (28)
Fиз – площадь изолированной поверхности теплообменника, м2.
Qнеиз. = ? · (tн - tв) · Fнеиз ; (29)
Fнеиз – площадь неизолированной поверхности, м2.
Вычисляют потери тепла ?Q в кВт и проверяют условие по допустимым потерям:
; (30)
Если условие не выполняется, то расчёт толщины изоляционного слоя производят повторно.
3.7. Расчёт вспомогательного оборудования.
Рассчитывают трубопроводы для подачи и отвода жидкого продукта и подбирают насос центробежного типа. В данном расчёте используют уравнения гидравлики: уравнение неразрывности, уравнение Бернулли, преобразованное в форму уравнения простого трубопровода и другие зависимости. Выбор насоса осуществляют по справочному пособию.
3.8. Экономический расчёт
Цель данного расчёта – определение различных стоимостей. Определяют стоимости производственной площади, электроэнергии, греющего пара, изоляционного материала, эксплуатации и другие.
Вопросы для самопроверки.
1. Методы расчёта теплообменных аппаратов. Какие основные величины задаются и определяются при проектном расчёте поверхностных теплообменников и какой порядок расчёта применяется при проектном тепловом расчёте подогревателей?
2. Гидродинамический расчёт.
3. Геометрический расчёт.
4. Тепловой расчёт.
5. Конструктивный расчёт.
6 Изоляционный расчёт.
7.Расчёт теплопотерь
8 Расчёт вспомогательного оборудования.
9.Экономический расчёт.
10. Оптимальная компоновка поверхности нагрева в теплообменных аппаратах. Сущность и методика проверочных расчётов теплообменников.
Рекомендуемая литература.
1. , , и др. Процессы и аппараты пищевых производств. М., «Агропромиздат», 1985г.
2. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., «Химия»,1971г.
Лекция 8. Тепловые процессы Выпаривание. Материальный и тепловой балансы выпарного аппарата.
План лекции:
1. Физические основ выпаривания.
2. Материальный баланс
3. Тепловой баланс.
1. Физические основ выпаривания.
Выпаривание - процесс удаления воды из растворов при кипении с целью их концентрирования. Из раствора удаляется часть растворителя (воды) в виде вторичного пара, а растворённые вещества остаются в неизменном количестве.
Выпаривание относится к классу тепловых процессов
Выпаривание исключительно широко используется в пищевой промышленности. Выпаривание может выступать в качестве целевого конечного процесса, либо в качестве промежуточного процесса с дальнейшим процессом сушки полученного концентрированного продукта. В первом случае, к примеру, получают молоко, сливки, сиропы, костные, желатиновые бульоны. Во втором случае производят сахар, соль, глюкозу, соки, медпрепараты и другие продукты
Выпаривание производят в однокорпусных и многокорпусных выпарных установках. Основой таких установок являются выпарные аппараты различных конструкций. Многокорпусные выпарные установки (МВУ) применяются главным образом в силу значительных технико-экономических преимуществ по сравнению с однокорпусными (ОВУ).
Выпаривание происходит при кипении раствора. Кипение – процесс парообразования во всём объёме раствора. Физическое условие кипения - равенство давления паров растворителя (р1) и давления газовой среды над раствором (р2).
р1 = р2 ; (1)
Движущая сила процесса выпаривания:
?t = tгр. п. – tкип; (2)
.
?t – средняя разность температур между греющим паром и кипящим раствором, 0С;
tгр. п. – температура греющего пара, определяемая в зависимости от давления водяного насыщенного пара по таблицам, 0С;
tкип - температура кипения жидкого продукта (раствора) при заданном давлении в надрастворном пространстве, 0С.
Температура кипения жидкого продукта в общем случае зависит от его физической природы, концентрации в нём сухих веществ и от внешнего давления. Для раствора неизменного состава и заданной концентрации сухих веществ температура кипения определяется только внешним давлением р2. Причём, с понижением внешнего давления р2 понижается температура кипения tкип. Эта закономерность используется при выпаривании жидких термолабильных продуктов, таких как молоко, сливки, соки и других.
При выпаривании происходит увеличение концентрации сухих веществ и связанное с этим изменение физических свойств жидкого продукта.
Для выпаривания применяют испарители технологического назначения, называемые выпарными аппаратами.
Рассмотрим процесс в одиночном выпарном аппарате непрерывного действия. На схеме введём следующие обозначения:
D - массовый расход греющего пара, (кг/с);
D’ - массовый расход конденсата греющего пара, (кг/с);
Sн - массовый расход начального раствора, (кг/с), Sк - массовый расход конечного раствора, (кг/с),
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 |
