Практичне заняття № 6. Розрахунок калориферів і вентиляційної системи

Мета: визначення основних критеріїв вибору калориферів та вентиляторів залежно від конструкційних особливостей сушарки.

 

Ефективна робота сушильно-зволожувальної машини значною мірою залежить від правильного розрахунку та підбору теплообмінного обладнання - калориферів і конденсатовідвідників.

Конвективний потік агента сушіння після проходження шару лубоволокнистого матеріалу сильно забруднюється різними відходами (пил, обривки стебел, волокна і т. ін.), що призводить до забивання живого перерізу калорифера. Тому в промисловості застосовуються гладкотрубні калорифери з шаховим або коридорним розташуванням трубок (рис. 6.1)

Рис. 6.1. Схеми розташування труб в калорифері:

а - шахове по ходу повітря; б - коридорне

Живий переріз калорифера м²:

, (6.1)

де і - кількість трубок у ряду, нормальному до потоку повітря.

Теоретичний розрахунок калорифера будується на використанні формули Д. А. Литвинова:

N_u=C₁·C₂·R_с, (6.2)

де N_u - тепловий критерій Нусельта, що характеризує коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні трубок калорифера до повітря;

R_c - критерій Рейнольдса, що характеризує гідродинамічні умови теплообміну;

С₁ - коефіцієнт, що залежить від розташування трубок в калорифері (таблиця 2);

С₂-коефіцієнт величина якого залежить від значення відношення S₁/d.

Пpи S₁/d=l,2...3; C₂=l+0,lS₁/d, пpи S₁/d>3; C₂=l,3=const.

 

Таблиця 6.1

Значення С, і п

 

Показник	1-й ряд	2-й ряд	3-й ряд і наступні
С, при розташуванні труб: коридорному шаховому п при розташуванні труб: коридорному шаховому	0,15 0,15     0,6 0,6	0,138 0,20     0,65 0,6	0,138 0,255     0,65 0,6

 

З деяким допуском коефіцієнт теплопередачі одного ряду трубок калорифера визначиться з вираження, Вт/м²К

(6.3)

де α - коефіцієнт тепловіддачі від стінки трубки калорифера до повітря, Вт/м²К;

λ - коефіцієнт теплопровідності повітря, Вт/мК;

ν - коефіцієнт кінематичної в'язкості повітря м²/с;

ω - швидкість руху агента сушіння в живому перерізі калорифера, м/с;

d - зовнішній діаметр трубок, м.

 

Середнє значення коефіцієнта теплопередачі для всього калорифера можна визначити за формулами:

при коридорному розташуванні трубок:

(6.4)

при шаховому

(6.5)

де m - кількість рядів по ходу агента сушiння.

 

Призначення конденсатовідвідників полягає в тому, щоб забезпечити вільний вихід конденсату, не випускаючи з теплообмінника (калорифера) пару. Підбір конденсатовідвідників з відкритим поплавком проводять за формулою інж. Строганова (додатки 4,5):

(6.6)

де G_K –розрахункова витрата конденсату, кг/год.;

d -діаметр проходу клапана конденсатовідвідника, мм;

Р₁ - наднормальний тиск перед конденсатовідвідником, бар;

Р₂ - наднормальний тиск за конденсатовідвідником, бар.

Тиск перед конденсатовідвідником приймають на 5% нижчим, ніж тиск при вході в калорифери.

Тиск за конденсатовідвідником при вільному зливі конденсату до збірного резервуару приймають рівним нулю; якщо конденсаційна магістраль прокладена з підйомом до збірного бака, в конденсатопроводі буде протитиск і Р, буде дорівнювати фактичній висоті стовпа конденсату плюс гідравлічний опір конденсатопроводів.

Розрахункову висоту конденсату при підборі конденсатовідвідника приймають таким чином: при тиску пари перед калориферами понад 2,0 атм. (200 кПа) - почетверена максимальна витрата конденсату; при тиску до 2,0 атм. (200 кПа) - подвоєна максимальна витрата конденсату.

Теплопродуктивність калорифера може бути визначена, Вт:

Q_K=G_K ·Δ_i ·3,6 (6.7)

де Δ_i - різниця ентальпій сухої насиченої пари та киплячої води, кДж/кг.

 

Приклад розв'язання задач

 

Розрахувати потужність, споживану калорифером сушарки з споживаною кількістю повітря W=3000 кг/год, що працює в зимовийперіод t₀=0°C, φ=80%, t₁=80°C.

t₀=0°C Q = Z(I₁-I₂)

φ=80%, на І-ддіаграмізнаходимо:

t₁=80°C І₁=87,6кДж/кгсух. пов.

Q-? І₂=7,6 кДж/кг сух. пов.

Q = 3000(87,6 - 7,6) = 240 тис. кДж/кг сух. пов.

ПИТАННЯ ДЛЯ ОПИТУВАННЯ

 

1. Які елементи відносять до теплового та циркуляційного обладнання сушарок?

2. Що таке калорифер?

3. Які бувають калорифери у залежності від виду теплоносія?

4. Яким рівнянням пов’язані теплопродуктивність калорифера та його поверхня підігріву?

5. Охарактеризувати коефіцієнт опіру гладко трубного калориферу.

6. Яку роль виконують у калориферах конденсатовідвідники?

7. Назвіть найбільш розповсюджені калорифери.

8. Від чого залежить ефективність роботи сушарок?

9. Чому дорівнює живий переріз калорифера?

10. Які параметри важливі при підборі конденсатовідвідників?

 

 

ІНДИВІДУАЛЬНІ ЗАВДАННЯ

 

З адача 1. Визначити середнє значення коефіцієнта теплопередачі К_сер, гладкотрубного калорифера з шаховим розташуванням труб, який забезпечує нагрівання повітря від параметрів t₀=18 ^оC; φ₀,=40% до t₁= 95°С і теплопродуктивність Q_K=280000 ккал/год (165,2 МДж/год). Теплоносій - пара, яка надходить під тиском P_над=4,0 атм (400 кПа). Швидкість повітряного потоку перед конденсатором V_сер=4,0 м/с. Конструктивні розміри: S₁=42 мм; S₂=42 мм; d_зов=30 мм; 1_тр=1,35 м; m=8; і_1-го =32; і_2-го=31 і т. ін.

Задача 2. Визначити теплопродуктивність калориферної установки з коридорним розташуванням труб, якщо швидкість повітряного потоку в живому перерізі v_ж.п. = 18 м/с, а температура на вході t₀ = 18 ^оC. Температура повітря на виході з калорифера повинна бути t₁=75°C, a відносна вологість φ₁=5%. Конструктивні розміри калорифера: і=24; S₁=52 мм; 1=1,5 м; d_зов=30мм; m=15.

Задача 3. Розрахувати поверхню нагріву калорифера за такими даними: розміри калориферних дошок - В = 0,92 м і Н = 0,35 м; довжина та зовнішній діаметр трубок - 1=0,97 м і d_зов=30 мм; кількість трубок в ряду і=32, кількість рядів m=8.

Задача 4. Визначити кількість рядів калорифера, якщо конструктивні розміри його: d_зов=30 мм; 1_тр=1350 мм; і=32. Теплопродуктивність калорифера Q_K=220000 ккал/год (255,2 кВт), теплоносій - пара під тиском Р_над=4,0 атм (400 кПа), а агент сушіння нагрівається від t₀ = 18°C до t₁=75⁰C (К_сер = 120Вт/м²К).

Задача 5. Підрахувати теплопродуктивність калорифера, якщо відомо: d_зов=30 мм; 1=0,96 м; і=31; n=256; В=1,0 м; Н=0,350 м. Пара надходить в калорифер під тиском Р_над=3,0 атм (300 кПа), а агент сушіння нагрівається від t₀=16°C до t₁=70°C (К₁=96 Вт/м²К, К₂= 120 Вт/м² К і К₃=180Вт/м²К).

Задача 6. Підібрати конденсатовідвідник, якщо теплопродуктивність калориферної установки Q_K=320000 ккал/год (371,2 кВт), а тиск пари перед нею Р=4,5 кгс/см² (450 кПа). Протитиск за установкою Р₂=0,8 кгс/см² (80 кПа) (сума втрат на тертя та гідравлячні опори).

Задача 7. Визначити теплопродуктивність калорифера та підібрати конденсатовідвідник для такого режиму роботи системи: калорифер нагріває об'єм повітря в розмірі 20000 м³/год від t₀=6°C до t₁=60°C, тиск пари Р=1,8 кгс/см²(180 кПа), а протитиск за конденсатовідвідником Р₂=0,2 кгс/см² (20 кПа).

Задача 8. Визначити теплопродуктивність калорифера, якщо теплоносій - пара надходить під тиском Р=2,5 кгс/см² (250 кПа), а тиск за конденсатовідвідником типу 45ч4бр №2 - Р₂ =0,4 кгс/см² (40 кПа).

Задача 9. Підібрати конденсатовідвідник, якщо теплопродуктивність калорифера Q_K=240000 ккал/год (278,2 кВт) і тиск пари в трубопроводі над ним Р=3,0 кгс/см² (300 кПа).

Задача 10. Визначити теплопродуктивність калорифера і підібрати конденсатовідвідник для такого режиму роботи системи: нагрівання повітря здійснюється від t₀=20°C до t₁=85°C з психрометричною різницею Δt=55°C і в об'ємі 35000 м³ /год. Тиск пари перед калорифером Р=3 кгс/см^:(300кПа)