Расчет теплообменной установки

       - по длине аппарата:

       q_дл = K t_ср,                                                                                             (19)

       интенсивность теплопотерь определяется в определенных единицах измерения q_дл = [ккал/(м²ч)] = [кДж/(м²ч)] = [Дж/(м²с)],

       где К – коэффициент теплопередачи (для всех стен аппарата), К ≈ 0,7

       q_дл = 0,7 =60,9 4190/3600=70,8808 [Дж/(м²с)],

       - с торцов аппарата:

       q´_т = K t´_ср                                                                                             (20)

       q´_т = [ккал/(м²ч)] = [кДж/(м²ч)] = [Дж/(м²·с)]

       q´_т = 0,7 150=105 4190/3600=122,208 [Дж/(м²с)]

       q´´_т = K t´´_ср                                                                                          (21)

       q´´_т = [ккал/(м²ч)] = [кДж/(м²ч)] = [Дж/(м²·с)]

       q´´_т = 0,7 45=31,5 4190/3600=36,6625 [Дж/(м²с)]

4. теплопотери в окружающую среду:

       q_ос = (q_в f_в + q_пот f_пот + q_пол f_пол) , [Дж/кг],                          (22)

       где q_в, q_пот, q_пол – это интенсивности теплопотерь в окружающую среду, рассчитываемые отдельно для вертикальных стен аппарата, потолка и пола;

       f_в, f_пот, f_пол – поверхности вертикальных стен, потолка и пола, определяемые, исходя из геометрических размеров аппарата;

       f_в = Н D – для цилиндрических аппаратов, [м²];                              (23)

       f_в = Н Н_ш – для теплообменных процессов с плоской поверхностью нагрева, [м²],                                                                                                       (24)

       где Н – высота, [м]; Н_ш – ширина, [м]; D - диаметр аппарата, [м]

       f_в = 0,33 0,3=0,099 [м²];

       f_пот = πR² – для цилиндрических аппаратов, [м²]                                (25)

       где R – радиус аппарата.

       f_пот = l Н_ш – для теплообменных процессов с плоской поверхностью нагрева,  [м²],                                                                                                      (26)

       где l –длина, Н_ш – ширина

       f_пот = 3,14 =0,07065 [м²],

       В данном расчете соблюдается следующее  равенство f_пол = f_{пот ,} [м²], причем интенсивность теплопотерь в окружающую среду определяется также в определенных единицах измерения последовательно:

       q_в = q_дл =[ккал/(м²ч)] = [кДж/(м²ч)] = [Дж/(м²ч)];

       q_пот = q´_т  = [ккал/(м²ч)] = [кДж/(м²ч)] = [Дж/(м²ч)];

       q_пол = q´´_т = [ккал/(м²ч)] = [кДж/(м²ч)] = [Дж/(м²с)];

       W – масса влаги, [кг/ч]

       q_ос = (70,88080,099+122,2080,07065+36,66250,07065) =

       =25174,4411[Дж/кг] 

       

2. Теплопотери на нагрев материала:

        = , [Дж/кг],                                                       (27)

       где с´_м – теплоемкость сырого материала, определяется следующим образом:

       с´_м = с_м + (1 – с_м) · , [Дж/(кг·град)],                                                 (28)

       где с_м = с_п  – теплоемкость продукта, определяется по формуле:

       с_п = 41,87 · [0,3 + (100 – а)], [Дж/(кг·град)],                                          (29)

       где а – начальная влажность продукта Х_н , %;

       с_п = 41,87 · [0,3 + (100 – 71)]=1226,771  [Дж/(кг·град)],

       с´_м = 1226,771+ (1 – 1226,771) [Дж/(кг·град)],

       с´´_м = с_м  + (1 – с_м) · ,                                                                        (30)

где с^// _м – теплоемкость продукта после тепловой обработки, Дж/(кг·град)

       с´´_м = 1226,771+ (1 – 1226,771) [Дж/(кг·град)].

       ν – средняя температура материала, подвергаемого температурной обработке, определяется следующим образом:

       ν = , °С;                                                                                          (31)

       ν = [°С];

       Х_к – конечная влажность продукта, %;

       G₂ = G_к – масса продукта после тепловой обработки, кг/ч;

       G₁ = G_н – первоначальная закладка продукта, кг/ч.

        

3. Сумма теплопотерь на 1 кг испаренной влаги:

       Σq = + q_ос, [Дж/кг]                                                                             (32)

       Σq = + 25174,4411=84964,7041[Дж/кг] 

       Расчет  калорифера

       На  первом этапе определяем плотность  воздуха, проходящего через калорифер:

       ρ = ρ₀ · , кг/м³,                                                                                 (33)

       где ρ₀ – стандартное значение плотности воздуха при нормальных условиях, [кг/м³]:

       ρ₀ = ,                                                                                                (34)

       где М_возд – молекулярная масса воздуха, г/моль

       ρ₀ =

       Т₀ – температура воздуха при нормальных условиях, 273 К

       Т – температура окружающего воздуха, К: Т = t₀ + 273

       Т = 20 + 273=293К

       р₀  – парциальное давление воздуха при нормальных условиях; 760 мм рт.ст.

       р – парциальное давление окружающего  воздуха,  735 мм рт. ст.

       ρ = 1,2946 , кг/м³,

       Далее рассчитываем потери тепла в окружающую среду через калорифер:

       Q_п = F_бок (t_ст – t₀) α, Дж/с,                                                                (35)

       где F_бок – боковая поверхность барабана калорифера, м²;

       t_ст – температура стенки барабана калорифера с внешней стороны,

t_ст = t₄ , °С

       t₀ – температура окружающей среды, °С;

       α – κоэффициент теплоотдачи от стенки барабана калорифера в окружающую среду,

       Поэтапно  потери тепла определяются следующим  образом:

1. Определить и охарактеризовать режим движения окружающего воздуха относительно наружной поверхности барабана калорифера (по критерию Рейнольдса):

       Re = ,                                                                                       (36)

       где l – высота аппарата, l = H , м

       ρ_в – плотность воздуха при температуре 20 град, ρ_в = ρ₀ , кг/м³;

       где ρ₀ – стандартное значение плотности воздуха при нормальных условиях, кг/м³, определяется по формуле (34) , Т₀ – температура воздуха при нормальных условиях, 273 К; Т – температура окружающего воздуха,К:

       Т = t₀ + 273;

       ρ_в кг/м³;

       μ – βязкость воздуха при температуре  t₀ , , определяется по номограмме (приложение 3)

       µ = 0,01810^-3 ;

       ω_в – относительная скорость движения воздуха:

       ω_в = , м/с,                                                                                  (37)

       где d_нар – наружный диаметр калорифера, м;

       n – число барабанов калорифера, n = 1.

         [м/с],

        

2. Коэффициент теплоотдачи от стенки барабана калорифера в окружающую среду за счет вынужденной конвекции:

       α_к = ,  ,                                                                             (38)

       где Nu – коэффициент Нуссельта, Nu = 0,018 · Re^0,8 · ε_i ,

       Nu = 0,018 ^0,8 ₌2,78922,

       где ε_i – коэффициент геометрических размеров, ε_i = ;

       ε_i;

       λ – теплопроводность воздуха, λ = 0,0261 ;

       l = H – высота аппарата, [м]

         ,

3. Коэффициент теплоотдачи излучением:

       α_л = , ,                                                      (39)

       где ε – степень черноты для  поверхности барабана калорифера,

       ε = 0,95;

       с₀ – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела,

       с₀ = 5,7 ;

       Т_ст – температура стенки  аппарата, Т_ст = t₂ + 273, К;

       Т_ст = 65 + 273=338 К;

       Т₀ – температура окружающего воздуха, Т₀ = t₀ + 273, К;

       Т₀ = 20 + 273=293 К;

       t_ст = t₂=65 °С, 

       

4. Коэффициент теплоотдачи от стенки барабана калорифера в окружающую среду:

       α = α_к + α_л,                                                                                 (40)

       α = + =7,0741

5. Необходимая толщина слоя изоляции с теплопроводностью изолирующего материала:

       λ₂ = λ_м = 0,076

       Поверх  изоляции толщиной δ₂ имеется кожух из листового железа. Толщина этого кожуха δ₃ = 1 мм = 1 10^-3 м,

       δ₁–стандартная толщина изоляции вместе с кожухом,

δ₁=12мм=0,012м.

       Температура внутренней и наружной сторон стенок барабана имеет значение t₁ и t₂: