Определение площади поверхности нагрева подогревателей

Различают проектные и поверочные расчеты и теплообменных аппаратов. При проектных расчетах исходя из теплового расчета после предварительного выбора конструкции теплообменника определяют общую площадь поверхности нагрева.

Проектный расчет выполняют в следующей последовательности: определяют температурный режим процесса, тепловую нагрузку теплообменного аппарата и коэффициент теплопередачи, среднюю разность температур и средние температуры рабочих сред.

Поверочный расчет заключается в определении параметров теплоносителя, обеспечивающих работу данного подогревателя а расчетном режиме.

Научно обоснованная методика расчета пароконтактных подогревателей до настоящего времени отсутствует, но существует хорошо разработанная методика теплового расчета рекуперативных подогревателей.

Расчетная площадь поверхности теплообмена (м2):

F = Q / (kΔtср    (12.1)

где  – теплота, подводимая в подогреватель, Вт;   – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К);  Δtср – среднелогарифмическая разность температур, °С.

 

Коэффициент теплопередачи и среднелогарифмическая разность температур – основные величины, характеризующие эффективность работы теплообменного аппарата. При работе аппарата с увеличением  коэффициента теплопередачи k интенсифицируется процесс теплообмена.

Установлено, что во всех подогревателях сахарных растворов наблюдается установившийся турбулентный режим движения (Re>10000), растворы характеризуются значением Re>1, подогреватели – отношением длины трубок к их диаметру L/d>50, поэтому для определения коэффициента теплоотдачи от стенки к раствору во всех подогревателях используют критериальное уравнение:

Nu = 0,209Re0,8Pr0,43     (12.2)

Теоретически определено, что разность температур между греющим паром и нагреваемой жидкостью изменяется вдоль поверхности теплообмена по логарифмическому закону:

Δtср = ((T - t1) - (T - t2)) / ln [((T - t1) / (T - t2) )] = (t- t1) / ln [((T - t1) / (T - t2) )]     (12.3)

где Т – температура греющего пара, °С; t – начальная температура нагреваемой жидкости, °С; t2  – конечная температура нагреваемой жидкости, °С.

 

При площади поверхности нагрева подогревателя F (м2) и коэффициенте теплопередачи k - Вт/(м2·К) теплота Q (Вт), которая может быть передана за 1 ч через поверхность нагрева,

Q = FkΔtср = (Fk (t- t2 ) / ln [((T - t1) / (T - t2) )])     (12.4)

Если известна суточная производительность завода по свекле G (т/сут), количество нагреваемой жидкости m (к массе свеклы) и удельная теплоемкость с [Дж/(кг·К)], то теплота (Вт), необходимая для нагревания продукта от t1 до t2,

Q = (1000Gmc / (24 * 60 * 3600)) * (t- t1)     (12.5)

Поскольку количество теплоты, передаваемой через поверхность теплообмена подогревателя, должно быть равно количеству теплоты, требующемуся для нагрева данной жидкости, то:

(Fk(t- t1)) / ln [((T - t1) / (T - t2) )] = (1000Gmc / (24 * 60 * 3600)) * (t- t1)     (12.6)

Сокращая обе части неравенства на  t- t, получим:

Fk ln [((T - t1) / (T - t2) )] = 1000Gmc / (24 * 60 * 3600)     (12.7)

С учетом потерь теплоты, которые обычно составляют 3% общего ее расхода, требуемая площадь поверхности нагрева теплообменника (м2):

F = (1,03 * 1000Gmc ln [((T - t1) / (T - t2) )]) / (24 * 60 * 3600k)     (12.8)

Значение k находится из таблиц. Оно зависит от скорости движения сока в трубках подогревателя среднелогафмической разности температур, концентрации и свойств данного продукта (критерия Прандтля).

Скорость движения продукта в трубках подогревателя принимают равной для сока 1,5…1,9 м/с, для сиропа 0,3…0,5 м/с. Фактическая скорость продукта (м/с):

v = (10Gm) / (68 * 10* pd2n)     (12.9)

где  – плотность продукта, т/м3; d – внутренний диаметр трубки, м; n – число трубок в одном ходе подогревателя.

При параллельном включении нескольких подогревателей скорость продукта (м/с):

v = Gm / (68 * 10* p (d12n1 + d22n+ .... dn2nn))     (12.10)

где d – внутренний диаметр трубок каждого подогревателя, м;  nn– число трубок в каждом ходе подогревателя

ООО "Фарсал". Промышленное оборудование.

+7-988-570-61-11

info@farsal.ru

2018 год.