2.4. Расчет толщины изоляции.

Толщина тепловой изоляции d

и определяется из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду ([5]:4.2):

, (2.31)

где: a

В - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/(м2К);

ст1 = 102.3 оС - температура изоляции со стороны аппарата, принимается равной температуре греющего пара ([5]:стр. 177);

ст2 = 40 оС - температура изоляции со стороны окружающей среды, принимается в диапазоне 35 .. 45 оС для аппаратов, работающих в помещении ([5]:стр. 177);

В = 25 оС - температура окружающей среды;

и = 0.09 Вт/(м К) - коэффициент теплопроводности материала изоляции (принимается совелит - 85% магнезии + 15% асбеста).

Коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду определяется по эмпирической формуле:

Вт/(м2К). (2.32)

Толщина изоляции определяется по формуле: м. (2.33)

2.5. Гидравлический расчет.

Для данного проекта гидравлический расчет сводится к определению максимального гидравлического сопротивления в контуре циркуляции выпариваемого раствора.

Гидравлическое сопротивление трубного пространства определяется по формуле:

Па, (2.34)

где: u - скорость жидкости в трубном пространстве, м/с;

r - плотность жидкости, кг/м3;

В - внутренний диаметр трубного пространства, м.

l- коэффициент трения, определяется в зависимости от значения критерия Рейнольдса (при Re = 3000 ... 10000 l

= 0.3164/Re0.25, при Re < 2320 l

= 64/Re);

S

x - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Значение критерия Рейнольдса определяется по формуле:

, (2.35)

где: n - кинематическая вязкость жидкости, м2/с.

Так как данный выпарной аппарат периодического действия, то такие параметры как скорость жидкости, ее кинематическая вязкость и плотность будут изменяться по мере увеличения концентрации сахарного раствора.

Дальнейший расчет производится для раствора с максимальной концентрацией (50%), т.е. на конечной стадии процесса выпаривания.

При этом плотность раствора будет составлять r = 1205 кг/м3, кинематическая вязкость - n = м2/с ([3]: Таблица 4).

Скорость движения раствора по мере прохождения различных участков аппарата будет изменяться в зависимости от площади поперечного сечения потока (диаметра труб), поэтому общее гидравлическое сопротивление будет определяться как сумма сопротивлений на участках с различной скоростью движения раствора.

Цикл циркуляции раствора можно разбить на участки по скорости движения раствора:

1. циркуляционная труба с поворотным коленом;

2. нижняя часть греющей камеры;

3. трубные решетки с греющими трубами;

4. верхняя часть греющей камеры;

5. верхнее поворотное колено;

6. сепаратор.

Так как аналитическое определение скорости движения раствора представляет собой довольно сложную задачу, для данного расчета принимается скорость движения раствора в циркуляционной трубе u

1 = 0.5 м/с, при этом объемный расход составит:

л/с (2.36)

Исходя из постоянства расхода определяются скорости движения на остальных участках аппарата, кроме 3, 4 и 5, т.к. на этих участках образуется парожидкостная смесь (пена) и скорость ее движения резко увеличивается, однако для упрощения гидравлического расчета условно принимается, что увеличение скорости будет компенсировано уменьшением плотности и кинематической вязкости раствора. Поэтому расчет на этих участках производится также, как и на других, т.е. для жидкости.

м/с (2.37)

2.5.1. Расчет гидравлического сопротивления на участке 1 (циркуляционная труба с поворотным коленом):

Скорость раствора u = 0.3 м/с, внутренний диаметр d = 392 мм, средний радиус поворота колена R = 500 мм, длинна участка L = 6.13 м.

Местные потери складываются из потерь на повороте 90о и потерь на расширении потока:

Па.

2.5.2. Расчет гидравлического сопротивления на участке 2 (нижняя часть греющей камеры):

Скорость раствора u = 0.03 м/с, внутренний диаметр d = 1110 мм, длинна участка L = 0.78 м, Re = 28194, l = 0.024

Местные потери складываются из потерь на вход в трубную решетку S

x = 1.0.

Па.

2.5.3. Расчет гидравлического сопротивления на участке 3 (трубные решетки с греющими трубами):

Площадь сечения трубного пространства F = 0.273 м2, условный диаметр трубного пространства d

тр = 590 мм, скорость раствора u = 0.13 м/с, внутренний диаметр одной трубы d = 40 мм, длинна участка L = 5 м, Re = 3601, l = 0.04

Местные потери складываются из потерь на выход из трубной решетки S

x = 1.0.

Па.

2.5.4. Расчет гидравлического сопротивления на участке 4 (верхняя часть греющей камеры):

Скорость раствора u = 0.03 м/с, внутренний диаметр d = 1110 мм, длинна участка L

= 0.52 м, Re = 28194, l = 0.024.

Местные потери складываются из потерь на постепенное сужение канала S

x = 0.5.

Па.

2.5.5. Расчет гидравлического сопротивления на участке 5 (верхнее поворотное колено):

Скорость раствора u = 0.3 м/с, внутренний диаметр d = 392 мм, средний радиус поворота колена R = 500 мм, длинна участка L = 1.48 м, Re = 79800, l = 0.019.

Местные потери складываются из потерь на повороте 90о и потерь на расширении потока S

x = 0.7. Па.

2.5.6. Расчет гидравлического сопротивления на участке 5 (верхнее поворотное колено):

Скорость раствора u = 0.013 м/с, внутренний диаметр d = 1830 мм, длинна участка L

= 1.7 м, Re =17102, l = 0.027.

Местные потери складываются из потерь на постепенное сужение потока S

x = 0.5. Па.

Суммарное гидравлическое сопротивление определяется как сумма всех сопротивлений на участках аппарата D

p = 111.3 Па.