5. Определение режима движения продукта по трубам

Режим течения жидкости характеризуется критерием Рейнольдса. В прямых гладких трубах при Re < 2300 наблюдается ламинарный режим, движения, при Re > 10000 – устойчивый турбулентный,

при 2300 < Re < 10000 – переходный.

(2.10)

где: _пр – кинетическая вязкость продукта, м² / с.

Скорость движения молока принимаем равным 1 м/с, критерий Рейнольдса при этом равен 40769, т.е. Re > 10000, следовательно, режим движения молока по трубам турбулентный.

Внутренний диаметр трубы определяют из уравнения неразрывности струи.

(2.11)

По рассчитанному внутреннему диаметру труб из приложения Д подбираем стандартный наружный диаметр, толщину стенок трубы и определяем внутренний, стандартный диаметр:

d_вн* = d_нар – 2а_ст (2.12)

где: а_ст – толщина стенки трубы, мм.

d_нар= 0,053 + 20,003 = 0,059 мм

Принимаем наружный диаметр по ГОСТу равным 0,06 мм., внутренний фактический диаметр равен:

d_вн* = 0,06 – 0,006 = 0,054мм

Определяется фактическая скорость движения продукта по трубам:

(2.13)

5. Определение коэффициента теплоотдачи от пара к горизонтальной стенке аппарата

(2.14)

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

 _конд – плотность конденсата, кг/м³;

 _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

5. Расчет коэффициента теплоотдачи от стенки аппарата к продукту

(2.15)

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

Pr _пр – критерий Прандтля;

Nu – критерий Нуссельта.

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

(2.16)

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

9. Определение поверхности теплообмена (м²)

(2.17)

Площадь поверхности теплообмена определяется из основного уравнения теплопередачи:

где:  - 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:  - 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: _пара принимаем скорость движения пара 30 м/с.

V_нас – удельный объем пара, м³/кг.

По ГОСТу принимаем диаметр патрубка равным 0,08 м

10. Определение диаметра патрубка (м) для конденсата

(3.11)

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

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