Тепловий розрахунок

Теплове навантаження апарата:

Вт = 662,49 кВт.

Витрати пари знаходимо з рівняння теплового балансу:

де  h″ – ентальпія сухої насиченої пари при заданому тиску р, h″ = 2 719,0 кДж/кг [28, с. 293, табл. 38];

h_пл – ентальпія плівки конденсату, кДж/кг;

h′ – ентальпія конденсату, h′ = 540,9 кДж/кг [28, с. 292, табл. 38];

∆h – величина зменшення ентальпії конденсату, звичайно ∆h = 10... 20 кДж/кг, приймаємо ∆h = 15 кДж/кг;

η – коефіцієнт втрати тепла, η = 0,985. Тоді

кг/с.

Швидкість руху продукту по каналах теплообмінника не є заданою. Звичайно вона вибирається в межах 0,5–1,0 м/с. Прий­маємо приблизну швидкість руху продукту w_пр. = 0,5 м/с, тоді площа перерізу каналу дорівнює:

де V – об’ємна витрата продукту, м³/с:

м³/с,

де v_пит – питомий об’єм продукту, м³/кг:

м³/кг.

Тоді м².

Ефективна ширина стрічки:

м,

де δ – ширина каналу, м. Приймаємо δ = 0,012 м.

Приймаємо ширину стрічки b =1,3 м. Дійсна площа стано­ви­тиме f = 0,0156 м².

Дійсна швидкість руху бурякового соку:

Тоді

м/с.

Дійсна швидкість руху пари:

м/с,

де ρ_п = 1,4422 кг/м³ – густина пари при заданому тиску р = 0,26 МПа [28, с. 291, табл. 37].

Визначаємо еквівалентний діаметр спіралі теплообмінника:

Прийнявши ширину каналу δ = 0,012 м, отримуємо значення еквівалентного діаметра:

м.

За уточненою швидкістю знаходимо значення критерію Рейнольдса, який характеризує режим руху продукту в каналах:

Re > 10⁴, що говорить про розвинутий турбулентний рух продукту і це задовольняє розрахунок.

Розрахунок коефіцієнта теплопередачі

Для проведення подальших розрахунків визначаємо при­бли­зну температуру стінки t_ст та температуру плівки конденсату t_{плів.конд}.

Приймаємо середню температуру стінки:

ºС;

тоді

ºС.

Визначаємо корисну різницю температур. Розрахунок ведемо для протитечії:

ºС,

ºС.

Оскільки то

ºС.

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі α₁ з боку гріючого теп­ло­носія за формулою:

де  r – питома теплота конденсації пари при заданому тиску, при р = 0,26 МПа r = 2 178 кДж/кг [28, с. 293, табл. 38];

ºС;

h – висота спіралі, h = b = 1,3 м;

А – розрахунковий коефіцієнт, що залежить від властивостей конденсату, при t_{плів. конд.} = 109 ºС А = 183 [5, с. 53, табл. ХІІІ-1]. Тоді:

Вт/(м²·К).

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі α₂ від спіралі до рідини. Оскільки Re > 10⁴, то використовуємо критеріальне рівняння:

де Pr – критерій Прандтля при середній температурі соку:

Pr_ст – критерій Прандтля при середній температурі стінки. Для визначення даного значення розраховуємо теплофізичні параметри соку при температурі стінки t_cт = 89,4 ºС:

мПа·с;

;

Тоді

Коефіцієнт тепловіддачі від стінки до продукту:

Вт/(м²·К).

Задаємося товщиною стінки спіралі теплообмінника. Прий­має­мо δ_ст = 0,002 м. Матеріал стінки – сталь марки ст 12Х18 Н10Т з коефіцієнтом теплопровідності Вт/(м²·К) [29, с. 215. табл. ХХІ].

Тоді коефіцієнт теплопередачі буде дорівнювати:

Вт/(м²·К).

Визначаємо поверхню нагріву теплообмінника за формулою:

м².

Визначаємо питомий тепловий потік:

Вт/м².

Знаючи питомий тепловий потік, визначаємо температури на стінках труби:

ºС;

ºС.

Визначаємо середню температуру стінки:

ºС.

Отримане значення середньої температури стінки відріз­ня­єть­ся від прийнятої на:

ºС,

що не відповідає допустимій при розрахунку різниці в 2...3 ºС. Тому розрахунок необхідно повторити.

Приймаємо середню температуру стінки:

ºС;

тоді ºС.

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі α₁ з боку гріючого теп­ло­носія за формулою:

де  r – питома теплота конденсації пари при заданому тиску, при р = 0,26 МПа r = 2 178 кДж/кг [28, с. 293, табл. 38];

ºС;

h – висота спіралі; h = b = 1,3 м;

А – розрахунковий коефіцієнт, що залежить від властивостей конденсату, при t_{плів.конд} = 116,9 ºС А = 186,7 [5, с. 53, табл. ХІІІ-1].

Тоді:

Вт/(м²·К).

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі α₂ від спіралі до рідини. Оскільки Re > 10⁴, то використовуємо критеріальне рівняння:

де Pr – критерій Прандтля при середній температурі соку:

Pr_ст – визначаємо при температурі стінки t_cт = 105 ºС.

мПа·с;

Тоді

Коефіцієнт тепловіддачі від стінки до продукту:

Вт/(м²·К).

Тоді коефіцієнт теплопередачі:

Вт/(м²·К).

Визначаємо поверхню нагріву теплообмінника за формулою:

м².

Визначаємо питомий тепловий потік:

Вт/м².

Знаючи питомий тепловий потік, визначаємо температури на стінках труби:

ºС;

ºС.

Визначаємо середню температуру стінки:

ºС.

Отримане значення середньої температури стінки відріз­ня­єть­ся від прийнятої на:

ºС,

що відповідає допустимій при розрахунку різниці в 2...3 ºС. Тому розрахунок вважаємо правильним.