Конструктивний розрахунок

Активну довжину трубок теплообмінника визначаємо за фор­мулою:

де d_сер – середній діаметр труби, м:

м.

Тоді:

м.

Для зменшення довжини теплообмінника робимо його дво­хо­довим n = 2 та приймаємо довжину трубок: l = 2,5 м.

Внутрішній діаметр корпуса теплообмінника визначаємо кон­структивно після розміщення трубок у поперечному перерізі корпуса. У нашому випадку розміщення трубок вибираємо за сто­ронами рівностороннього трикутника. Крок вибираємо за спів­відношенням:

відповідно м.

Приймаємо кінцеве стандартне значення t = 26 мм.

Розрахунок патрубків

Патрубки розраховуємо з урахуванням витрат і допустимих швидкостей.

Діаметр патрубка для подачі пари:

м,

де  ρ_пари – густина пари, кг/м³; при  ºС ρ_пари =1,023 кг/м³ [25, с. 289, табл. 37];

w_г.п – швидкість руху пари, м/с; w_г.п = 20…40 м/с. Приймаємо w_г.п = 35 м/с.

Приймаємо мм [25, с. 303, табл. 53].

Діаметр патрубка для виведення конденсату:

де  ρ_конд – густина конденсату, кг/м³; при ºС; ρ_конд = = 955 кг/м³ [25, с. 273, табл. 4];

w_конд – швидкість руху конденсату пари в трубці, м/с. Прий­маємо w_конд = 0,5 м/с:

м.

Приймаємо мм [25, с. 303, табл. 53].

Розраховуємо патрубки для відведення та підведення про­дук­ту.

Враховуємо, що швидкість продукту в патрубку в 2–3 рази вища, ніж у трубках теплообмінника:

м.

Приймаємо мм [25,с. 303, табл. 53].

Гідравлічний розрахунок

Опір гідравлічного тракту апарата визначається умовами руху теплоносіїв і конструкцією апарата.

Повний опір гідравлічного апарата розраховується за фор­му­лою:

Па,

де Δр_тертя – втрата тиску води по довжині труби, Па;

Δр_{місц.опори} – втрата тиску води в місцевих опорах, Па.

Втрата тиску води по довжині труби:

Па,

де  λ – коефіцієнт опору тертя. Оскільки 4 500 < Re < 100 000, то для визначення коефіцієнта опору тертя використовуємо формулу Блазіуса:

Тоді Па,

де

Відповідно до конструкції спроектованого теплообмінника не­обхідно врахувати втрати тиску в місцевих опорах.

Суму коефіцієнтів місцевих опорів складають [22, с. 38]:

• на вході в трубки

• на виході з трубки:

• при раптовому розширенні потоку:

• при повороті потоку між ходами:

• при раптовому звуженні потоку:

Втрати тиску за рахунок місцевих опорів:

Па.

Загальний гідравлічний опір теплообмінника:

Па.

Розрахунок потужності на валу насоса

За сумарною втратою тиску визначаємо потужність на валу насоса, необхідну для переміщення теплоносія через апарат, Вт:

де η_н – ККД насоса, для відцентрових насосів, η_н = 0,77…0,88.

Приймаємо η_н = 0,8, тоді: Вт.

Додаток В

Приклад розрахунку теплообмінника типу «труба в трубі»

Провести розрахунок теплообмінника типу «труба в трубі» для нагрівання кг/с томатного соку з вмістом сухих речовин % від температури  ºС до температури ºС. Гріючий агент – суха насичена водяна пара тиском МПа.

Теплофізичні характеристики томатного соку

Густина томат-продуктів, що містять В = 5 % сухих речовин, при температурі t визначається за формулою:

кг/м³,

де В – вміст сухих речовин, % мас.,

t – середня температура томатного соку, °С.

При середній температурі  ºС гу­с­тина соку становить:

кг/м³.

Коефіцієнт динамічної в’язкості томат-продуктів (у Па·с) при температурі t визначається за формулою:

де В – вміст сухих речовин, % мас.,

t – середня температура томат-продукту.

При середній температурі ºС:

Па·с.

Теплоємність томат-продуктів при В = 5 % сухих речовин ви­значається за формулою:

де W – вміст води в продукті, W = 95 % ;

с_с – теплоємність сухих речовин, для томат-продуктів с_с= 3,77…3,91 кДж/(кг·К) при В = 5 % сухих речовин. Прий­маємо: кДж/(кг·К).

Тоді:

Дж/(кг·К).

Теплопровідність томат-продуктів [у Вт/(м·К)] визначається за формулою:

,

де В – вміст сухих речовин, % мас.,

t – середня температура томат-продукту, °С.

При середній температурі продукту :

Вт/(м·К).