4.6.6. Расчет тепломассообменного оборудования

В настоящее время широкое применение во многих отраслях промышленности находят комбинированные агрегаты, в которых осуществляется несколько технологических процессов: гидромеханических и тепловых; механических и тепломассообменных и т.д. Тепломассообменные процессы и оборудование традиционно являются ведущими в таких отраслях пищевой промышленности, как молочная, хлебопекарная, макаронная, спиртовая, масложировая и др. Применяемое тепломассообменное оборудование весьма разнообразно по конструктивному исполнению, назначению, производительности и другим показателям. Несмотря на отмеченное разнообразие должны выполняться общие требования: высокая производительность, экономичность, обеспечение заданных технологических условий процесса и высокого качества готового продукта, простота и компактность, надежность в работе и удобство монтажа, соответствование требованиям охраны труда и Гостехнадзора.

В основе всех проектных расчетов теплообменных аппаратов лежат основополагающие уравнения материального и теплового балансов. При этом рассчитывают площадь поверхности теплообмена, конструктивные размеры, проводят прочностные расчеты основных узлов и деталей и т.д.

Различают два вида расчетов теплообменных аппаратов: 1) конструктивный и 2) проверочный. В первом случае определяются условия, обеспечивающие оптимальный режим работы аппарата, а во втором - возможность использования готовых аппаратов для заданного процесса.

Конструктивные параметры аппарата зависят, прежде всего, от способа передачи тепла. Тепловой расчет любого аппарата основан на совместном решении уравнений теплового баланса и основного уравнения теплопередачи.

Примеры расчета расхода теплоносителей, определение поверхности теплопередачи, расчет основных конструктивных размеров теплообменных аппаратов приведены в некоторых литературных источниках 20-24.

Составной частью расчета теплообменного аппарата, агрегата с совмещенным процессом теплообмена является гидравлический расчет, который ставит своей целью определить потери давления на преодоление трения рабочих потоков теплоносителей и хладогентов о стенки машин, аппаратов либо агрегатов и в местных сопротивлениях: в трубопроводах, запорно-распределительной арматуре и т.д. Примеры таких гидравлических расчетов приведены в специальной литературе 21-24.

Расчет основных конструктивных размеров теплообменных аппаратов, размеры сечений трубопроводов, патрубков, штуцеров и каналов для прохода теплоносителей и хладагентов рассмотрен в специальной литературе 21-24. Расчет теплообменных аппаратов специального назначения, агрегатов совмещенного теплообмена выполняется либо аналогично простейшим случаям теплообмена 21-24, либо по рекомендациям, приведенным в специальной литературе [7-17], в зависимости от условий проведения технологического процесса, условий эксплуатации оборудования и т.д.

Конструктивный расчет корпусов, крышек, днищ и других элементов теплообменного оборудования сводится главным образом к определению толщины стенок соответствующих элементов или, наоборот, к проверке на прочность принятой толщины стенок элементов теплообменной аппаратуры [20, 22, 25, 26].

Перспективно проведение оптимизированных расчетов теплообменной аппаратуры. Сущность этих подходов состоит в комплексной оценке основных характеристик теплообменной аппаратуры: поверхности теплообмена, количества передаваемого тепла, гидравлического сопротивления проходу теплоносителей и хладогентов: массы аппаратов и их стоимости и др. Такие подходы позволяют подобрать наиболее экономичный вариант 22.

Расчет типовых массообменных аппаратов изложен в ряде литературных источников [2, 21-24], а также в специальной литературе [8-14, 34, 35]. Необходимость расчета массообменных и совмещенных тепломассообменных процессов и аппаратов возникает при проектировании различных сушилок, печей, ректификационных установок, дистилляционных аппаратов, кристаллизаторов и т.д. Эти расчеты изложены в специальной литературе 9-14, 16, 18, 34, 35 .