7.2. Конструктивний розрахунок

Розрахуємо внутрішній діаметр внутрішньої труби:

де dв – внутрішній діаметр внутрішньої труби, м;

ρ₁ – густина поживного середовища, кг/м3;

ω₁ – швидкість поживного середовища, м/с

Розрахуємо загальну довжину труби :

де L – загальна довжина труби, м.

Визначимо кількість елементів теплообмінника:

l – довжина труби одного змійовика, м;

приймемо, що l = 6 м

Кількість секцій в апараті по горизонталі: n = 5

Кількість елементів по вертикалі в кожній секції:

Кількість «калачів» у кожній секції:

n_к. = n_с. – 1 = 5 – 1 = 4 шт.

Загальна кількість «калачів» у n секції :

n_к.заг. = n_к. · n = 4 · 6 = 24 шт.

Загальна кількість «калачів», що з’єднують секції:

n_к. = n – 1 = 5 – 1 = 4 шт.

Відстань між осями елементів у секціях:

h₁ = 2 · D_з

D_з = D_в + 2 · δ_cт.

D_з = 0,1086 + 2 · 2,5 · 10^-3 = 0,1136м

h₁ = 2 · 0,1136 = 0,2272м

Довжина потоку продукту в одному «калачі» :

l_к = 0,5 · π · h₁

l_к = 0,5 · 3,14 · 0,2272 = 0,3567 м

Загальна довжина шляху руху потоку продукту від входу до виходу з апарата :

L’₂ = (n’_к.заг. + n_к.) · l_к. + L

L’₂ = (24 + 4) · 0,3567 + 138 = 148

Конструктивна загальна довжина шляху руху продукту від входу до виходу з апарата :

L₂ = 1,03 · L’₂

L₂ = 1,03 · 148 = 152,44

Кількість патрубків, що з’єднують елементи однієї секції :

m = n_c – 1 = 5 - 1 = 4

Кількість патрубків, що з’єднують секції :

m_n = n – 1 = 5 – 1 = 4

Довжина одного з’єднувального патрубка :

l_n = D_з = 0,1136 м

Загальна довжина з’єднувальних патрубків в апараті :

L_n = (m · n) · l_n + m_n · l_n =l_n · (m · n +m_n)

L_n = 0,1136 · (4 · 5 +4) = 2,73

Загальна довжина шляху руху потоку води від входу до виходу з апарата:

L’₁ = L + L_n = 138 + 2,73 = 140,73 м

Конструктивна загальна довжина шляху руху потоку води від входу до виходу з апарата :

L₁ = 1,03 · L’₁ = 1,03 · 140,73 = 144,95 м

7.3. Гідравлічний розрахунок

Коефіціент гідравлічного тертя для продукту:

λ₁ = 0,316 / Re₁^0,25

λ₁ = 0,316 / 93801,01^0,25 = 0,0181

Коефіцієнти місцевих опорів для потоку продукту :

• на вході в апарат ξ _2вх. = 0,5;

• на виході з апарата ξ _2вих. = 1,0;

• повороту через «калач» ξ _2к. = 1,5.

Сума коефіцієнтів місцевих опорів для потоку продукту :

∑ ξ ₁ = ∑ ξ _к.+ ξ _2вх. + ξ _2вих. = (n_к.заг. · ξ _к.) + ξ _2вх. + ξ _2вих.

∑ ξ ₁ = (24 · 1,5) + 0,5 + 1,0 = 37,5

Сумарні втрати напору потоку продукту від входу до виходу :

Витрати енергії на переміщення продукту від входу до виходу з апарата з урахуванням загального ККД живильного трубопроводу та приводу насоса :

Коефіціент гідравлічного тертя для потоку води :

λ₂ = 0,316 / Re₂^0,25

λ₂ = 0,316 / 49899,08^0,25 = 0,316 / 14,9 = 0,021

Коефіціенти місцевих опорів для потоку води :

• на вході в апарат ξ _1вх. = 1,5;

• на виході з апарата ξ _2вих. = 1,0;

• на вході в міжтрубний простір під кутом 90° до напрямку руху потоку ξ _1вх. = 1,5;

• на виході їз міжтрубного простору під кутом 90° ξ _1вих. = 1,0.

Сума коефіцієнтів місцевих опорів для потоку води :

∑ξ ₂ = ∑ξ_1вх.+ ∑ξ_2вих. + ξ_1вх. + ξ_1вих. = -[(n_тр. - 1)(n - 1)]·(ξ_1вх. + ξ_1вих.) + +ξ_1вх. + ξ_1вих.

∑ ξ ₂ = [(23 - 1) · (5-1)] · 2,5 + 2,5 = 41,22

Сумарні втрати напору потоку води від входу до виходу з апарата :

Витрати енергії на переміщення води в між трубному просторі апарата з урахуванням загального ККД живильного трубопроводу та приводу та приводу насоса :

При швидкостях: ω₁ = 0,8 м/с; ω₂ = 0,3 м/с