Розрахунок теплової ізоляції.

Теплова ізоляція – один із основних факторів, які необхідні для безпечної, продуктивної та економічно вигідної роботи теплообмінника.

Для розрахунку теплової ізоляції приймаємо наступні значення:

t_і = 40ºС – температура на поверхні ізоляції;

t_п = 20ºС – температура повітря;

t_а = 78ºС – температура в апараті.

λ = 0,047 – коефіцієнт теплопровідності для теплової ізоляції.

Знаходимо сумарний коефіцієнт тепловіддачі від стінки до повітря:

α = 9,76 + 0,07 ( t_і – t_п )

α = 9,76 + 0,07 ( 40 – 20 ) = 11,16 Вт/м²·К

Товщина теплової ізоляції:

δ = (λ · ( t_а – t_і )) / (α · ( t_і – t_п ))

δ = (0,047 · (78 – 40)) / (11,16 · (40 – 20 )) = 0,01 м

Техніко - економічні показники роботи апарата.

Визначаємо амортизаційні витрати

К_а = F · С_F · а,

де F – площа теплообміну;

С_F – вартість 1 м² поверхні теплообміну апарата, яка складає 1000грн/м²;

а – річна частина амортизаційних відрахувань, яка становить 15%.

К_а = 17,6 · 1000 · 0,15 = 2640 грн/рік

Визначаємо експлуатаційні витрати

К_е = N · С_е · τ,

де N – потужність електродвигуна насоса;

С_е – вартість 1 кВт·год електроенергії, яка становить 0,4грн/(кВт·год);

τ – кількість годин роботи теплообмінника за рік, яка складає 4160год.

К_е = 0,417 · 0,4 · 4160 = 693,89 грн/рік

Отже, сумарні затрати складають

К_∑ = К_а + К_е

К_∑ = 2640 + 693,89 = 3333,89 грн/рік

Розрахунок оптимального режиму і конструкції апарата

Для побудови графіка оптимізації і вибору оптимальної швидкості руху продукту були проведені розрахунки амортизаційних, експлуатаційних та сумарних витрат при різних швидкостях руху продукту:

w₁ = 0,5 м/с ; w₂ = 2,0 м/с

При w₁ = 0,5 м/

d_в = √(4· 2) / (3,14 · 986,4 · 0,5) = 0,07 м

Re = (0,5 · 0,07 · 986,4) / 0,92 · 10^-3 = 37526

Pr = (4174 · 0,92·10^-3) / 607·10^-3 = 6,3

(D_в / d_з)^0,45 = (0,075 / 0,052)^0,45 = 1,18

Nu = 0,023 · 37526^0,8 · 6,3^0,4 ·1,18 = 258,7

α₂ = (258,7 · 607·10^-3) / 0,07 = 2243 Вт/(м² · К)

К = 1 / (1/5926 + 0,002/17,5 + 1/2243) = 1372 Вт/ (м²·К)

F = 533100 / (1372 · 14,8) = 26,3 м²

l = (26,3/3,54) · √(0,5·986,4)/2 = 96,67 м

n = 96,67 / 7 = 14

∑ξ = 1 + 1 · 15 + 1 = 17

λ = 0,11 · ( 0,06/0,07)^0,25 = 0,1

Δр = ( 0,1 · (116,67/0,07) + 17 ) · (0,5² · 986,4)/2 = 22646Па

N = ( 0,0019 · 22646) / 0,8 = 53,8 Вт

К_а = 26,3 · 1000 · 0,15 = 3945 грн/рік

К_е = 0,053 · 0,4 · 4160 = 88,19 грн/рік

К_∑ = К_а + К_е = 3945 + 88,19 = 4033,19 грн/рік

При w₂ = 2 м/с

d_в = √(4· 2) / (3,14 · 986,4 · 2) = 0,036 м

Re = (2 · 0,036 · 986,4) / 0,92 · 10^-3 = 77196

Pr = (4174 · 0,92·10^-3) / 607·10^-3 = 6,3

(D_в / d_з)^0,45 = (0,075 / 0,052)^0,45 = 1,18

Nu = 0,023 · 77196^0,8 · 6,3^0,4 ·1,18 = 460,7

α₂ = (460,7 · 607·10^-3) / 0,036 = 7767,9 Вт/(м² · К)

К = 1 / (1/5926 + 0,002/17,5 + 1/7767,9) = 2428,5 Вт/ (м²·К)

F = 533100 / (2428,5 · 14,8) = 26,3 м²

l = (26,3/3,54) · √(2·986,4)/2 = 131,3 м

n = 131,3 / 7 = 18

∑ξ = 1 + 1 · 17 + 1 = 19

λ = 0,11 · ( 0,06/0,036)^0,25 = 0,125

Δр = ( 0,125 · (131,3/0,036) + 19 ) · (2² · 986,4)/2 = 938855 Па

N = ( 0,0019 · 938855) / 0,8 = 2229 Вт

К_а = 26,3 · 1000 · 0,15 = 2220 грн/рік

К_е = 2,22 · 0,4 · 4160 = 3710 грн/рік

К_∑ = К_а + К_е = 2220 + 3710 = 5930 грн/рік