Определение коэффициента теплоотдачи от пара к горизонтальной стенке аппарата

(2.14)

где: l _конд – теплопроводность конденсата, кДж/(кг·К);

r _конд – плотность конденсата, кг/м³;

m _конд – динамическая вязкость конденсата, Па·с;

r _нас – скрытая теплота парообразования, кДж/ кг.

 

 

Рис. 2.1. Фрагмент расчета коэффициента теплоотдачи от пара к

горизонтальной стенке трубы в системе MathCAD

2.7.
Расчет коэффициента теплоотдачи от стенки аппарата к продукту

(2.15)

где: l _пр – теплопроводность продукта, Вт/(м·К);

Pr _пр – критерий Прандтля;

Nu – критерий Нуссельта.

2.8. Определение коэффициента теплопередачи (Вт/(м²К))

(2.16)

где: j - коэффициент, учитывающий влияние накипи на поверхности трубок, для теплообменных аппаратов принимается в пределах от 0,8 до 0,9.

 

 

2.9. Определение поверхности теплообмена (м²)

 

(2.17)

 

Площадь поверхности теплообмена определяется из основного уравнения теплопередачи:

где: t - время теплового процесса (1 час).

 

 

3. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ АППАРАТА

 

Целью конструктивного расчета трубчатых теплообменных аппаратов является определение габаритных размеров числа труб, способа размещения труб в трубной решетке и диаметров патрубков для ввода пара и отвода конденсата.

 

3.1. Определение сечения (м² ) одного хода по продукту.

(3.1)

 

3.2. Определение числа труб в одном ходу.

 

(3.2)

где: S_1тр – площадь сечения одной трубы, м²

 

3.3. Определение длины пути продукта.

(3.3)

где: L - длина пути продукта, м;

d_ср – средний расчетный диаметр труб, м;

(3.4)

 

3.4. Определение числа ходов.

 

(3.5)

где: l_тр – длина одной трубы аппарата, принимаем равной 1 м;

 

3.5. Определение общего числа труб в аппарате.

(3.6)

 

3.6. Разбивка труб в коллекторе.

 

Располагаем трубы внутри аппарата по квадрату.

 

Рис. 3.1 Схема размещения труб в трубном коллекторе

 

3.7. Определение диаметра аппарата (без теплоизоляции).

 

(3.7)

где: n – число труб по диагонали аппарата;

t – шаг труб (расстояние между центрами труб), м

t = (1,2 - 1,3)*d_нар

 

(3.8)

 

3.8. Определение расхода пара (кг/ч).

 

(3.9)

 

где: h - тепловой кпд аппарата, принимаем 0,9;

с_конд – теплоемкость конденсата, кДж / (кг·К);

i_нас – удельная энтальпия пара, кДж/ кг.

 

3.9. Определение диаметра патрубка, подводящего пар.

 

(3.10)

 

где: u_пара принимаем скорость движения пара 30 м/с.

V_нас – удельный объем пара, м³/кг.

 

По ГОСТу принимаем диаметр патрубка равным 0,08 м

 

 

3.10. Определение диаметра патрубка (м) для конденсата

 

(3.11)

 

где: u_конд - скорость движения конденсата, принимается равным от 1 до 2 м/с.

По ГОСТу диаметр патрубка для отвода конденсата принимаем равным 0,009 м.

 

4. РАСЧЕТ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ АППАРАТА

 

Целью теплоизоляции трубчатого аппарата является определение толщины теплоизоляционного слоя, обеспечивающего допустимые потери теплоты и условия безопасной работы теплообменного аппарата.

 

4.1. Определение коэффициента теплоотдачи от наружной поверхности аппарата к окружающей среде.

(4.1)

где: t_из- температура наружной поверхности теплоизоляции, принимается равной 40°С.

 

4.2. Определение средней разности между воздухом и паром.

 

Для определения средней разности температур строится график теплообмена в соответствии с рисунком 4.1.

		t, час

 

 

Рис. 4.1. График теплообмена между наружным воздухом и паром.

 

(4.2)

где: t_возд - температура воздуха в помещении цеха принимаем 20°С.

4.3. Определение удельных потерь теплоты в окружающую среду

(4.3)

4.4. Определение коэффициента теплопередачи.

(4.4)

4.5. Определение толщины теплоизоляционного слоя.

(4.5)

где: l_из – теплопроводность теплоизоляционного материала, Вт/(м·К);

l_из = 0,08 Вт / (м·К). В качестве теплоизоляции используется минеральная вата. Сверху минеральную вату покрывают металлическими листами из нержавеющей стали, толщиной 1 мм.

 

4.6. Определение температуры стенки в точке соприкосновения внутренней поверхности аппарата с теплоизоляцией.

 

(4.6)

Так как температура стенки в точке соприкосновения ниже температуры возгорания теплоизоляционного материала, то минеральную вату рекомендуется использовать в качестве теплоизоляции в теплообменном аппарате.

 

 

5. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АППАРАТА

 

Целью гидродинамического расчета является определение общих потерь аппарата и подбор центробежного насоса.

 

5.1. Определение статического напора.

 

Па (5.1)

где: h – высота столба жидкости (высота от насоса до патрубка аппарата), принимаем равным 1 метру.

 

(5.2)

 

5.2. Определение скоростного напора.

 

(5.3)

 

5.3. Определение путевых потерь.

 

(5.4)

 

где: Н_тр – потери на трение, Па;

Н_м – местные потери;

l_тр – коэффициент гидравлического сопротивления, формула Блазиуса – для турбулентного и переходного режимов движения продукта.

 

(5.5)

 

где: К_м – коэффициент местного сопротивления. Значения коэффициентов местного сопротивления определяются из приложения и оформляются в соответствии с таблицей 5.1.

 

5.1. Коэффициенты местного сопротивления аппарата

 

Вид сопротивления	Количество	Кн	åКм
Вход в аппарат Выход из аппарата Поворот на 180°	nобщ – 1=8	2,5	1,0 1,0
Итого åКм

 

5.4. Определение общего напора.

 

(5.6)

 

5.5. Подбор насоса

 

По общему напору и производительности аппарата, из приложения Ж. подбираем насос и записываем характеристики насоса в соответствие с таблицей 5.2.

 

5.2. Характеристика центробежного насоса

 

Наименование	Единицы измерения	Значение
Марка Производительность Напор Мощность двигателя Абсолютное давление на входе Частота вращения рабочего колеса	- м^3/ час м. вод. ст кВт кгс/см^2   об/мин	Г2 – ОПВ 8,0 22,9 3,0 не > 0,5

 

6. ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ТЕПЛООБЕННОГО АППАРАТА

 

Целью проверочного расчета теплообменного аппарата является оценка его пригодности по производительности.

 

6.1. Определение потребной разности температур.

 

(6.1)

где: j - коэффициент, учитывающий влияние накипи, принимаем 0,9.

a_1ф – принимается расчетному значению (см. пункт 2.6.)

 

6.2. Определение меры пригодности аппарата.

 

(6.2)

 

Отношение заданной разности температур к потребной, меньше единицы (а < 1, на 5%), следовательно, теплообменный аппарат не обеспечивает запроектированную производительность, в этом случае следует применять теплоноситель (пар) с повышенным потенциалом.

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(справочное)

Таблица А.1. Соотношение единиц системы СИ

с внесистемными единицами [1]

 

Измерения	Размерности, встречающиеся в справочниках	Коэффициент пересчета и размерность по СИ
Давление     Теплота, работа Тепловой поток Коэффициент теплопередачи, теплоотдачи Теплопроводность   Динамическая вязкость   Кинематическая вязкость   Теплоемкость Плотность   Удельный объем Угловая скорость	кгс/см^2 (ат) кгс/м^2 (мм вод. ст.) кгс/мм^2 мм рт. ст.   ккал ккал / ч     ккал/(м^20С ч) ккал/(м ^0С ч)   кгс с/м^2 дин·с/см^2(пуаз)   м^2/с     ккал/(кг·С) кг/м^3   м^3/кг об/мин	9,8·10^4 Н/м^2 (Па) 9,8 Н/м^2 (Па) 9,8·10^6 Н/м^2 (Па) 133 Н/м^2 (Па)   4,187 кДж 1,163 Вт     1,163 Вт/(м^2·К) 1,163 вт/(м·К)   9,8 Н·с/м^2 (Па·с) 0,1 Н·с/м^2 (Па·с)   1,0 Н·с/м^2 (Па·с)     4,19 кДж/ (кг·К) 1,0 кг/м^3 1,0 м ^3/кг 0,1046 рад/с

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(справочное)