5.5. Изоляционный расчет

Цель расчета – определение оптимальной толщины слоя изоляционного материала. По Правилам противопожарной безопасности температура наружной поверхности корпуса не должна превышать значения t₂ = 40⁰C. По нормам БЖД температура воздуха в цехе в среднем должна составлять t_в=22⁰С.

Толщина слоя тепловой изоляции должна быть такой, чтобы потери тепла, происходящие в результате конвекции и лучеиспускания, были минимальными и не превышали 5% от тепла, поступающего с греющим паром, что соответствует технико-экономическим требованиям, предъявляемым к тепловому оборудованию. Расчеты показывают, что в большинстве случаев теплопотери существенно менее 5% от поступившего тепла.

В качестве изоляционного материала выбираем либо совелит, либо асбозурит или другие материалы, имеющие относительно низкие значения коэффициентов теплопроводности λ₂. Наружная поверхность изоляции будет покрашена масляной краской светлых тонов слое толщиной δ₃ = 1 мм с λ₃ = 0,2333 Вт/м*град.

2.5.1. Критерий Грасгофа

C_n=== 256,3*10⁹

где β – коэффициент температурного расширения воздуха

∆t – средний температурный напор между поверхностью изолированного аппарата и воздухом : ∆t= t₂ – t_в

v= 15.1 * 10^-6м²/с кинематический коэффициент вязкости воздуха при t_в=22⁰С.

По таблице физических свойств воздуха при t_в=22⁰Снаходим Pn=0.722

2.5.2. Если произведение (Gr * Pr) > 1*10⁹ , то имеет место турбулентный режим движения воздуха. Поэтому используем критериальное уравнение Нуссельта вида

Nu=0.154*(299*10⁹)^0.33=847,3

2.5.3. Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

a_к=== 4,8 Вт/м²_*град

5.5.4. Рассчитываем коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием (a_л) от наружной поверхности выпарного аппарата.

a_n=C*β= 4,27*1.128= 9,62 Вт/м²_*град

5.5.5. Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи:

a_n=a_н+a_n=4.8 + 4.48 = 9.62 Вт/м²_*град

5.5.6. Средняя разность температур греющего пара и воздуха в цехе

=85-22=63

5.5.7.Удельные потери теплоты в окружающую среду(q)

=9,62*18=173,2

5.5.8.Коэффициент теплоотдачи от пара к воздуху(К)

==2.48Вт/м²*град

5.5.9.Рассчитываем толщину слоя изоляции

=0,098*()=0,024=25м

5.6.Расчёт теплопотерь

5.6.1.Определяем изолированную суммарную боковую поверхность выпарного аппарата(Fбок)

=2*3,14*2*3,5+2*3,14*1,25*1,44+0,5*3,14*3*0,946=12,56+7,85+4,45=24,8

5.6.2.Определяем потери теплоты с изолированной поверхности пастеризатора

=173,2*24,8=429,59

5.6.3.Коэффициент теплоотдачи от неизолированной поверхности

=9,74+0,07*18=11Вт

5.6.4.Определяем потери теплоты с неизолированной поверхности пастеризатора

=11*0,785(1,375²*0,08²)*18= 295Вт

5.6.5.Суммарные потери теплоты со всей поверхности теплообменника

=4295,9+295=4590

5.6.6.Относительные потери теплоты составляют

=4590/689,1*10³=0,006=0,6

5.7. Расчёт барометрического конденсатора

Конденсатор является необходимым элементом оборудования выпарных установок, особенно работающих под вакуумом. В пищевой промышленности не требуется получения для технических нужд чистого конденсата, поэтому применяют конденсаторы смешения, которые проще и дешевле поверхностных конденсаторов.

Конденсаторы смешения бывают двух типов: мокрые и сухие. В первых смесь охлаждающей воды, конденсата и неконденсирующихся газов отсасывается мокро-воздушным насосом. В сухих конденсаторах воздух отсасывается отдельным вакуум-насосом. Наибольшее распространение имеют сухие конденсаторы.

В зависимости от взаимного направления потоков пара и воды различают конденсаторы противоточные и прямоточные. Первые более рациональны, так как в них получают конденсационную воду более высокой температуры, меньший объём отсасываемых газов с температурой, близкой к начальной температуре охлаждающей воды, что снижает расход мощности на привод вакуум-насоса.

Наибольшее распространение имеют противоточные конденсаторы смешения с барометрической трубы(барометрические конденсаторы).

Тепловой расчёт барометрического конденсатора состоит в определении расхода охлаждающей воды и необходимого числа тарелок для конденсации вторичного пара ,поступающего из выпарного аппарата.

5.7.1.Составляем уравнение теплового баланса и преобразуем его

где - средняя теплоемкость воды,неизмененная в широком диапазоне температур(=10 - 15°С. = 4.19кДж/кг·град.

W·i + ·=·

W·(I -)=··(

5.7.2.Определяем расход охлаждающей воды:

=0,42*=2,684с

5.7.3.Внутренний диаметр конденсатора:

==0,384м

5.7.4.Определяем расстояние между каждой парой тарелок в мм:

=+50=242

5.7.5.Определяем число полок (тарелок) (n)

==5.2м

5.7.6.Определяем диаметр барометрической трубы:

==0,080мм

5.7.7.Определяем высоту водяного столба(Н1),соответствующую данному разрежению:

==4,1м

5.7.8. Определяем режим движения воды в трубе:

==118518

5.7.9. Коэффициент гидравлического трения для гладких труб:

==0.017

5.7.10. Потери напора в барометрической трубе:

=*(2.5+0.017*)=0.055м

Принимаем конструктивный запас высоты барометрической трубы (НЗ)

5.7.11. Определяем полную высоту барометрической трубы:

=4,1+0,055+0,5=4,65м

5.7.12. Диаметр штуцера для воды( dв)

=135мм

5.7.13.Диаметр парового штуцера (dп)

=0.544м

5.7.14. Количество воздуха, отсасываемого вакуум-насосом из конденсатора, определяем по эмпирической формуле ()

=0,001*[0.025*(0.69+8,59)+10*0.069]=0.009=0.001кг/с (3,6кг/ч)

5.7.15. Температура отсасываемого воздуха:

=15+4+0,1*(72-15)=24,7⁰С

5.7.16.Абсолютное давление в конденсаторе:

=760-289=471мм.рт.ст=471*133,3=62784Па=6278кг/м²

5.7.17. Парциальное давление пара при температуре воздуха находим по таблице №1 Приложения

5.7.18. Парциальное давление воздуха:

5.7.19. Определяем объемный расход откачиваемого воздуха:

=5,4м³/ч=0,0015м³/с

5.7.20. Диаметр воздушного штуцера:

где w =5-10 м/c – скорость откачки воздуха;

5.7.21. Мощность, потребляемая вакуум-насосом:

где m=1,25 – показатель политропы

=0,75 – механический КПД вакуум-насоса

=