Конструктивні розрахунки

Конструктивні розрахунки передбачають обчислення діамет­ра і довжини теплообмінних труб, відстані між ними, основних розмірів робочої частини апарата та інших робочих елементів.

Активну довжину внутрішньої труби теплообмінника знахо­димо за формулою:

;

де – середній діаметр труби, м.

м.

Тоді:

м.

Для зменшення габаритних розмірів теплообмінника робимо його шестиходовим:

м,

де п – кількість ходів.

Використовуючи рекомендовані довжини труб, приймаємо довжину одного ходу – 4,5 м.

Перераховуємо довжину L і площу поверхні теплообміну.

м.

м², що перевищує розра­хун­­­­кову площу на 20 %.

Внутрішній діаметр зовнішньої труби розраховуємо за фор­мулою:

,

де  – густина пари при °С кг/м³ [25, с. 293, табл. 37];

w_г.п – швидкість руху пари, м/с, рекомендується м/с; приймаємо: м/с;

D – витрата пари; кг/с;

d_з – зовнішній діаметр внутрішньої труби; м.

Тоді

м.

Приймаємо найближче значення відповідно до рекомендацій [25]. Оптимальним варіантом є: труба сталева водогазопровід­на – мм.

Тоді дійсна швидкість пари:

м/с,

що прийнятно.

Розрахунок патрубків

Патрубки розраховуємо з урахуванням продуктивності та до­пустимих швидкостей.

Діаметр патрубка для подачі пари. Приймаємо швидкість руху пари у патрубку – м/с.

Тоді м;

Приймаємо стандартне значення [25, с. 303, табл. 53].

Діаметр патрубка для виведення конденсату:

,

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

– швидкість руху конденсату в патрубку, м/с; приймаємо м/с.

Приймаємо з метою уніфікації патрубків .

Гідравлічний розрахунок

Втрата тиску в гідравлічному тракті апарата розраховуємо за формулою:

Па;

де – втрата тиску по довжині труби, Па;

– втрата тиску в місцевих опорах, Па.

За формулою Дарси:

,

де λ – коефіцієнт опору тертя; при Re = 1 770<2 320 λ визна­ча­ється за формулою:

;

L₀ – довжина руху рідини в теплообміннику, м;

,

де l =4,5 м – довжина труби в одному ході;

n = 6 – кількість ходів.

м;

м – внутрішній діаметр труби;

ρ₂ = 102,82 кг/м³ – густина томат-продукту при середній тем­пе­­ратурі 50 ºС;

w =1 м/с – швидкість руху продукту в трубі.

Па.

Втрата тиску в місцевих опорах визначається за формулою Дарси-Вейсбаха:

,

де – сума коефіцієнтів місцевих опорів, які обумовлюються поворотом потоку в калачах теплообмінника; [22, с. 38]; =5 (5 – кількість калачів).

Па.

Втрата тиску в гідравлічному тракті апарата:

Па.

Доцільно це значення збільшити приблизно на 10 %, врахо­вуючи втрати тиску рідиною при подоланні сил тертя в калачах.

Отже,

Па.

Розрахунок потужності на валу насоса для перекачування томат-продукту крізь апарат

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

,

де – ККД насоса, для відцентрових насосів ; приймаємо . Тоді

Вт.

Додаток Г

Приклад розрахунку спірального теплообмінника

Розрахувати та спроектувати спіральний теплообмінник для нагрівання бурякового соку з вмістом сухих речовин В = 12 % від початкової температури t_поч. = 40 ºС до кінцевої t_кін. = 60 ºС. Продуктивність апарата – G = 8 кг/с. Гарячий теплоносій – суха насичена пара тиском р = 0,26 МПа.

Розрахунок теплофізичних властивостей бурякового соку

Теплофізичні параметри розраховуємо для середньої тем­пе­ратури бурякового соку, що дорівнює:

ºС.

При середній температурі соку його теплофізичні властивості становлять:

1. густина соку при 20 ºС, ρ₂₀ (кг/м³):

де В – вміст сухих речовин, %. Тоді:

кг/м³.

При температурі t = 50 ºС, ρ_пр (кг/м³):

кг/м³;

2. динамічна в’язкість при 20 ºС, μ₂₀ (мПа·с):

мПа·с,

а при температурі t = 50 ºС:

мПа·с;

3. теплоємність бурякового соку розраховуємо за формулою:

де  с_с – теплоємність сухих речовин, Дж/(кг·К), для буряка с_с = 3,35...3,90 кДж/(кг·К), приймаємо с_с = 3,8 кДж/(кг·К);

W – вміст води у продуктах, %, що дорівнює:

%.

Тоді

Дж/(кг·К);

4. теплопровідність бурякового соку при 20 ºС, λ₂₀ [Вт/(м·К)] становить:

Вт/(м·К),

а при температурі t = 50 ºС:

Вт/(м·К).

Температура гріючої пари при тиску р = 0,26 МПа дорівнює t_г.п = 128,73 ºС [28, с. 293, табл. 38].