6.2 Расчет теплоизоляции выпарного аппарата

Расчет теплоизоляции некоторых поверхностей сводится к определению толщины теплоизолирующего материала.

Теплоизоляция применяется с целью уменьшения теплопотерь через

стенки в окружающую среду, либо на оборот, для предотвращения проникновения тепла окружающей среды внутрь аппарата (например в холодильниках и установках глубокого охлаждения).

С этой целью на стенках корпуса аппарата закрепляют слой термоизоляционного материала, имеющий высокое термическое сопротивление. Обычно термоизоляционными материалами считаются материалы с коэффициентом теплопроводности при t = 50…100 ⁰С менее 0,838 кДж/(м²·⁰С).

Известно, что коэффициент теплопроводности материалов значительно зависит от степени пористости и их влажности кроме того, при выборе материала термоизоляции имеет большое значение механическая и термическая стойкость, не гигроскопичность, срок службы, удобство монтажа и экономическая целесообразность.

Некоторые изоляционные материалы используют в их естественном состоянии, например асбест, слюду, дерево и т.д. Но зачастую термоизоляцию применяют полученную в результате специальной смеси разных материалов, например: шлаковую и стеклянную вату.

Широкое применение получили так называемые воздушные прослойки, создаваемых в ограждающих конструкциях (рубашках). В узких воздушных прослойках 70…80% тепла передается путем лучеиспускания, поэтому для эффективного уменьшения такого теплообмена в воздушных прослойках устанавливают экраны (тонкие перегородки). Обычно в качестве экранов применяют алюминиевую фольгу.

Также воздушные прослойки могут засыпаться сухим мелкозернистым материалом, выполняющим роль экранов и преграждающие конвекцию. Теплозащитные свойства воздушных прослоек резко уменьшается в следствии проникновения в перегородку воздуха или других газов из окружающей среды через не плотности щели и трещины, так как при этом значительно увеличивается конвективный теплообмен. Иногда, с целью уменьшения теплообмена в прослойках создают вакуум.

Процесс выпаривания протекает при довольно высокой температуре, поэтому, для уменьшения тепло потерь в процессе аппарат покрывают слоем теплоизоляции. Расчет проводим для верхней средней и нижней частей аппарата.

Так как материалом стенки корпуса аппарата является сталь, имеющая высокий (по сравнению с теплоизоляцией) коэффициент теплопроводности 42 Вт/(м·К), то принимаем t¹_ст = t²_ст (так как толщина стенки невелика).

Температуру внутренней части корпуса принимаем равной температуре рабочей среды.

В качестве теплоизоляции λ_из = 0,151 Вт/(м·К).

Температура кипения растворов = 153 ⁰С.

Температура наружной поверхности, t²_из = 40 ⁰С.

Толщину слоя теплоизоляции определяем по формуле:

δ = (t¹_из- t²_из), (6.1)

где q- тепловой поток, Вт/(м·К).

q = α · (t²_из – t_вн), (6.2)

t_вн = 25 ⁰С – температура внешнего окружающего воздуха;

α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м·К).

α = 1,16[8,4 + 0,06 (t²_из – t_в )], (6.3)

α = 1,16[8,4 + 0,06 (40-25)]· 4,19 = 45,2 Вт/ (м·К),

q = 45,2 · (40-25) = 678 Вт/ (м·К).

Определяем толщину слоя теплоизоляции:

- для сепаратора выпарного аппарата.

δ^в = 0,151/678· (153-40) = 0,025 м.

Принимаем толщину слоя теплоизоляции для сепаратора выпарного аппарата равной δ = 25 мм.