Определение площади поверхности нагрева подогревателей

Главная Справочники 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 Q – теплота, подводимая в подогреватель, Вт; k – 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) )] = (t2 - t1) / ln [((T - t1) / (T - t2) )] (12.3)

где Т – температура греющего пара, °С; t1 – 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 (t1 - 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)) * (t2 - t1) (12.5)

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

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

Сокращая обе части неравенства на t2 - t1 , 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 * 105 * pd2n) (12.9)

где p – 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 * 105 * p (d12n1 + d22n2 + .... dn2nn)) (12.10)

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

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 Q – теплота, подводимая в подогреватель, Вт; k – 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) )] = (t2 - t1) / ln [((T - t1) / (T - t2) )] (12.3) где Т – температура греющего пара, °С; t1 – 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 (t1 - 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)) * (t2 - t1) (12.5) Поскольку количество теплоты, передаваемой через поверхность теплообмена подогревателя, должно быть равно количеству теплоты, требующемуся для нагрева данной жидкости, то: (Fk(t2 - t1)) / ln [((T - t1) / (T - t2) )] = (1000Gmc / (24 * 60 * 3600)) * (t2 - t1) (12.6) Сокращая обе части неравенства на t2 - t1 , 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 * 105 * pd2n) (12.9) где p – 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 * 105 * p (d12n1 + d22n2 + .... dn2nn)) (12.10) где d – внутренний диаметр трубок каждого подогревателя, м; nn– число трубок в каждом ходе подогревателя

Возврат к списку