процессы и аппараты химической технологии

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
КЕМЕРОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Кафедра процессы и аппараты пищевых производств
ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ
ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Методические указания
для выполнения курсовых работ для студентов всех форм
обучения специальности 240902 «Пищевая биотехнология»
КЕМЕРОВО 2007
Составитель:
Д.М. Бородулин, канд. техн. наук, доцент
Рекомендовано и утверждено на заседании кафедры процессы и
аппараты пищевых производств
Протокол № 6 от 30.08.07
Рекомендовано методической комиссией механического факультета
Протокол № ….от…
В методических указаниях представлены основы проектирования
аппаратов для проведения типовых процессов химической и пищевой
технологиях. Даны принципы выбора и расчета теплообменника типа
«труба в трубе», кожухотрубного конденсатора, барабанной сушилки,
выпарного аппарата. В данном указании даны все необходимые
справочные данные.
© КемТИПП, 2007
2
1. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКА ТИПА «ТРУБА В ТРУБЕ»
1.1. Тепловой расчет
Произвести расчет и выполнить чертежи теплообменника типа «труба в
трубе» для нагрева G2=8000 кг/ч=8000/3600=2,22 кг/с CaCl2 от температуры
t2н=20˚С до температуры
t2к=56˚С. Греющий агент – вода входит в
теплообменник с температурой t1н=98˚С.
Определяем температуру воды на выходе из теплообменника с учетом
прямоточной схемы движения теплоносителей. t1к- t2к=25˚С ÷ 30˚С, тогда t1к=
t2к+ 30=56+30=86˚С
Определим теплофизические свойства теплоносителей по средним
температурам из таблиц приложения 1.
Для горячего теплоносителя «Вода»:
tопр=
98 + 86
= 92 ˚С;
2
с1=4609 Дж/кг×К;
ρ1=963,92 кг/м3;
-6 2
ϑ 1=0,3198×10 м /с;
λ1= 0,6816 Вт/м×К.
Для холодного теплоносителя «CaCl2»:
tопр=
20 + 56
= 38 ˚С;
2
с2=2923 Дж/кг×К;
ρ2=1219 кг/м3;
-6 2
ϑ 2=1,234×10 м /с;
λ 2=0,604 Вт/м×К.
По формуле
теплообмена ∆tср ˚С:
Грасгоффа
определяем
∆tср =
движущую
∆t б − ∆t м
∆t .
2,3 lg б
∆t м
силу
процесса
(1)
где ∆tм= t2к- t1к=86-56=30˚С
∆tб= t2н- t1н=98-20=78˚С
3
t
t2Н
вода
t2К
∆tб
t1К
∆t м
CaCl
t1Н
F
Рис.1. Прямоточная схема движения теплоносителей
78 − 30
= 50,9 ˚C.
2,3 lg× 0,41
∆tср=
Из формулы теплового баланса определим тепловой поток от греющего
агента к охлаждающему Q, Вт:
Q= G1×C1×(t1k – t1н)= G2×C2×(t2k – t2н).
Q=2,22×2923×(56-20)=233606,16 Вт.
Расход горячей воды определяем по формуле:
Q
G1 =
.
с1 (t1Н − t1K )
G1=
(2)
233606,16
= 4,22 кг/с.
4609 × (98 − 86)
По таблице 1, в зависимости от вида теплообмена, выбираем
ориентировочный коэффициент теплоотдачи K=340 Вт/(м2×К).
Площадь поверхности теплообмена F, м2 определяем из основного
уравнения теплоотдачи:
Q = K×F×∆tср.
(3)
Пренебрегая тепловыми потерями находим:
4
F=
Q
233606.16
2
=
= 13,5 м .
K × ∆tСР 340 × 50,9
Таблица 1
Ориентировочные значения коэффициента теплопередачи К
Вид теплообмена
От газа к газу
От газа к жидкости
От конденсирующегося пара к газу
От жидкости к
для воды
жидкости:
для углеводородов и масел
к воде
От
конденсирующегося
к кипящей жидкости
водяного пара:
к органическим жидкостям
K, Вт/(м2×К)
вынужденное
свободное
движение
движение
10-40
4-12
10-60
6-20
10-60
6-12
800-1700
140-430
120-270
30-60
800-3500
300-1200
300-2500
120-340
60-170
Определяем рабочие параметры теплообменника из таблиц 1 и 2
приложения 2 при F=13,5 м2.
Произведем расчет трех вариантов:
№1 при F=12,88 м2
Количество труб –12
Длина трубы l = 6000 мм = 6 м
Основные размеры
Dнар=89 мм ; δст= 4мм;
Dвн= 89-2×4=81 мм;
dнар=57 мм; δст= 3,5мм;
dвн= 57-3,5×2=50 мм.
№2 при F=15,26 м2
Количество труб –5
Длина трубы l = 12000 мм=12 м
Основные размеры
Dнар=159 мм ; δст= 5мм;
Dвн= 159-2×5=149 мм;
dнар=108 мм; δст= 4мм;
dвн= 108-4×2=100 мм.
№3 при F=16,28 м2
Количество труб –18
Длина трубы l = 6000 мм=6 м
Основные размеры
5
Dнар=89 мм ; δст= 4мм;
Dвн= 89-2×4=81 мм;
dнар=57 мм; δст= 3,5мм;
dвн= 57-3,5×2=50 мм.
Вариант №1 F=12,88 м2
Воспользовавшись законом сплошности потока G=ρ×w×S, определяем
среднюю скорость обоих теплоносителей по формуле:
а) для холодного теплоносителя
W2 =
G2
,
ρ2 × S2
где S2 – живое сечение потока холодного теплоносителя S2=
(4)
π
4
×d2вн, м2.
S2=0,785×0.052=0,00196 м2.
W2=
2,22
= 0,929 м/с.
1219 × 0,00196
б) для горячего теплоносителя
W1 =
G1
,
ρ1 × S1
(5)
где S1 – живое сечение потока горячего теплоносителя
S1=
π
4
×(D2вн-dнар2) м2.
S1= 0,785× (0,0812-0,0572)=0,00259 м2.
W1=
4,22
= 1,6903 м/с
963,92 × 0,00259
Определяем критерий Рейнольдса по формуле:
а) для холодного теплоносителя
Re2=
W2 × d Э 2
ϑ2
,
(6)
где dЭ2 – эквивалентный диаметр, dЭ2= dвн=0,05 м.
6
Re2=
0,929 × 0,05
= 0,0376 × 106
−6
1,234 × 10
б) для горячего теплоносителя:
Re1=
W1 × d Э1
ϑ1
,
(7)
где dЭ2=Dвн – dн=0,081-0,057=0,024 м.
Re2=
1,6903 × 0,024
= 0,126851 × 106 =126851
−6
0,3198 × 10
Определяем Критерий Прандтля по формуле:
а) для холодного теплоносителя
Pr2=
с2 × ϑ2 × ρ 2
λ2
.
(8)
2923 × 1219 × 1,234 × 10−6
= 7,279 .
Pr2=
0,604
б) для горячего теплоносителя критерий Прандтля выбираем по таблице 2
приложения 1. Pr1 =2,09.
Далее выбираем одно из трех критериальных уравнений для определения
критерия Нуссельта, в зависимости от режима движения теплоносителей.
Для турбулентного режима движения теплоносителя (Re>10000):
Nu=0,021×Re0,8×Pr0,43×(Pr/Prст)0,25×εl,
(9)
где εl –
поправочный коэффициент учитывающий влияние на
коэффициент теплоотдачи, отношение длины трубы l к ее
диаметру d. Его значения приведены в таблице 2;
0,25
(Pr/Prст) – отношения критерия Прандтля к критерию Прандтля
при температуре стенки с достаточной точностью
можно принять равным 0,93.
Для переходного режима движения теплоносителя (2320<Re>10000):
7
Nu=0,008×Re0,9×Pr0,43.
(10)
Для ламинарного режима движения теплоносителя (2320>Re):
Nu=0,15×Re0,33×Pr0,43×Gr0,1×(Pr/Prст)0,25,
(11)
где Gr – критерий Грасгофа.
Gr =
g × l 3 × β × ∆t
ν2
,
(12)
где β – коэффициент объёмного расширения теплоносителя, К-1;
∆t – разность температур стенки и жидкости либо пара
(либо наоборот), К.
Таблица 2
Значения поправочного коэффициента εl
Re
4
10
204
504
105
106
10
1,23
1,18
1,13
1,1
1,05
20
1,13
1,1
1,08
1,06
1,03
Отношение l/d
30
1,07
1,05
1,04
1,03
1,02
40
1,03
1,02
1,02
1,02
1,01
50 и более
1
1
1
1
1
Итак, для холодного теплоносителя при Re> 10000 (режим движения
турбулентный) выбираем соответствующую формулу (9), с учетом того, что
l/d=6/0,057=105,3. l/d>50; следовательно εl=1.
Nu2=0,021×376000,8×7,2790,43×0,93×1=246,929
б) для горячего теплоносителя воспользуемся аналогичной формулой так
как Re> 10000 (режим движения турбулентный), с учетом l/d=6/0,081=74.
l/d>50; следовательно εl=1.
Nu1=0,023×1268510,8×2,090,43×0,93×1=381,113
8
Далее находим коэффициент теплоотдачи от внутренний стенки малой
трубы к холодному теплоносителю α Вт/(м2×К), по формуле:
α2 =
α2=
Nu2 × λ2
,
dЭ 2
(13)
246,929 × 0,604
2
= 2982,902 Вт/(м ×К).
0,05
Коэффициент теплоотдачи от горячей воды к нагруженной стенке малой
трубы определяем по формуле:
α1 =
α1=
Nu1 × λ1
.
d Э1
(14)
381,113 × 0,6816
2
= 10823,8 Вт/(м ×К).
0,024
Коэффициент теплоотдачи К Вт/(м2×К), определяем по формуле:
К=
1
,
δ СТ
1
+
+ r1 + r2 +
α 1 λСТ
α2
1
(15)
где δСТ – толщина стенки малой трубы, δСТ = 3,5 мм = 0,0035м;
λСТ – коэффициент теплопроводности материала стенки выбирается по
таблице 20 приложения 1, для стали λСТ=46,5 Вт/(м×К);
r1 – термическое сопротивление загрязнения малой трубы со стороны
холодного CaCl2;
r2 – термическое сопротивление загрязнения малой трубы со стороны
горячей воды;
r1 и r2 – выбираем из таблицы 3.
Для органической жидкости:
1
rзагр
=5800; rзагр=
1
2
= 0,000172 (м ×К)/Вт;
5800
r2=0,000172 (м2×К)/Вт.
Для горячей воды: (хорошего качества):
9
1
rзагр
=5800; r1=0,000172 (м2×К)/Вт.
Таблица 3
Тепловая проводимость загрязнений стенок 1/rз
1/rз, Вт/(м2×К)
1400-1860
1860-2900
2900-5800
11600
2800
2900
1160
5800
5800
11600
Теплоносители
загрязненная
среднего качества
хорошего качества
дистиллированная
Вода:
Воздух
Нефтепродукты, масла, пары хладоагентов
Нефтепродукты сырые
Органические жидкости, рассолы, жидкие хладоагенты
Водяной пар, содержащий масла
Пары органических жидкостей
Тогда.
К=
1
1
1
0.0035
+
+ 0,000172 + 0,000172 +
2982,92
46,5
10823,6
= 1182,03
Вт/(м2×К).
Плотность теплового потока определяем по формуле:
q= K×∆tср= 1182,03×50,9=60165,32 Вт/м2.
(16)
Находим необходимую поверхность теплопередачи по формуле:
F=
Q
Q
=
м2.
K × ∆t СР q
(17)
F=233606,16/60108,09=3,9 м2.
Вариант №2 F=15,26 м2
Вариант №2 рассчитывается аналогично 1 варианту.
Полученные данные.
10
W1 = 0,529 м/с.
W2 = 0,231 м/с.
Re1 = 67800.
Re2 = 18700.
Pr1 = 2,09.
Pr2 = 7,27.
Nu1 = 230,90.
Nu2 = 141,22.
α1 = 3838,57 Вт/(м2×К).
α2 = 852,68 Вт/(м2×К).
К = 536,79 Вт/(м2×К).
q = 27322,65 Вт/м2.
Q = 233606,16 Вт.
F = 8,549 м2.
Вариант №3 F=16,28 м2
Вариант №3 рассчитывается аналогично 1 варианту.
Полученные данные.
W1 = 1,69 м/с.
W2 = 0,929 м/с.
Re1 = 126851.
Re2 = 37600.
Pr1 = 2,09.
Pr2 = 7,27.
Nu1 = 381,11.
Nu2 = 246,92.
α1 = 10823,8 Вт/(м2×К).
α2 = 2982,9 Вт/(м2×К).
К = 1182,03 Вт/(м2×К).
q = 60165,32 Вт/м2.
Q = 233606,16 Вт.
F = 3,9 м2.
Для дальнейшего расчета из трех вариантов выбираем 1 или 3 так как в
них F – наименьшая, а К – наибольший.
1В: F=3,9 м2; К=1182,03 Вт/(м2×К).
2В: F=16,28 м2;; К=536,79 Вт/(м2×К).
3В: F=3,9 м2; К=1182,03 Вт/(м2×К).
1.2. Расчет изоляции аппарата
Толщину изоляционного слоя δиз м, определяем по формуле:
11
δиз=λиз(
1
1
−
),
Kn αn
(18)
где λиз – коэффициент теплопроводности изоляционного материала,
принимаем из таблицы 20 приложения 1 для шлаковой ваты
λиз=0,07 Вт/(м×К);
Кn – коэффициент теплопередачи в окружающую среду, Вт/(м2×К).
Кn= α п
tиз − t воз
t гр − t воз ,
(19)
где αn – коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции к
окружающему воздуху, Вт/(м2×К). αn=9,3+0,06 tиз;
tиз – допустимая температура поверхности изоляции. tиз= 40÷60˚C;
tвоз – температура окружающей среды. tвоз= 15 ÷ 25˚C.
Тогда.
αn=9,3+0,06×60=12,9 Вт/(м2×К).
Кn= α п
t из − t воз
60 − 20
= 12,9 ×
= 12,9×0,513=6,61 Вт/(м2×К).
98 − 20
t гр − t воз
δиз=λиз(
1
1
1
1
−
−
)=0,07×(
)=0,00516 м = 5,16 мм;
Kn αn
6,61 12,9
Толщина изоляции теплообменного аппарата в нашем случае составляет
δиз=5,16 мм.
1.3. Определение размеров патрубков
Диаметры патрубков определяем из соотношения:
π × dn
4
2
=
G
G
d
0
,
785
=
=> п
.
ρ ×W
ρ ×W
(20)
Диаметр патрубка для горячего теплоносителя будет равен:
12
4,22
G1
=
=0,039 м = 39мм.
963,92 × 0,929
ρ1 × W1
d п = 0,785
Диаметр патрубка для холодного теплоносителя будет равен:
d п = 0,785
2,22
G2
=
=0,034 м = 34мм.
1219 × 1,6903
ρ 2 × W2
1.4. Гидравлический расчет
Для холодного теплоносителя
Мощность насоса N кВт, определяем по формуле:
N=
∆р2 × V2
,
1000 × η
(21)
где ∆р2 – потери напора в теплообменнике, Па;
V2 – объемный расход холодного теплоносителя, м3/с;
η – КПД насоса, η = 0,6 ÷ 0,8.
Гидравлическое сопротивление аппарата складывается из потерь
давления на преодоление сопротивления трения ∆ртр и на преодоление местных
сопротивлений ∆рмс.
⎛ l
⎞ W2 2 ρ 2
+ Σξ ⎟⎟ ×
∆p2 = ∆ртр + ∆рмс = ⎜⎜ λ
,
d
2
2
⎝
⎠
(22)
где λ – коэффициент гидравлического трения;
l и d – длина и диаметр трубы, м;
ζ – коэффициент местного сопротивления, принимается по таблице 4.
Коэффициент гидравлического трения при ламинарном движении
теплоносителя определяют по формуле:
λ=
64
.
Re
(23)
13
При турбулентном движении в гидравлически шероховатых трубах в зоне
гладкого трения (Re < 105) λ определяют по формуле:
Таблица 4
Коэффициенты местного сопротивления ζ
Вид местного сопротивления
Входная и выходная камера (удар и поворот)
Поворот на 1800 между ходами и секциями
Поворот на 1800 через колено
Вход в трубы или выход из них
Вход в межтрубное пространство под углом 900 к рабочему потоку
Выход из межтрубного пространства под углом 900 к рабочему потоку
Поворот на 900 в межтрубном пространстве
λ=
0,316
.
Re 0.25
ζ
1,5
2,5
2
1
1,5
1
1
(24)
При турбулентном движении в доквадратичной области сопротивления
∆
∆
(20 ⟨ Re⟨500 ) коэффициент λ зависит как от критерия Рейнольдса, так и от
d
d
шероховатости труб и определяется по формуле:
∆
d
λ = 0,11( +
68 0.25
) ,
Re
(25)
где ∆ – высота выступов шероховатостей, в расчетах можно принять
∆=0,2мм.
∆
В области квадратичного сопротивления (Re⟩500 ) коэффициент λ
d
определяется по формуле:
∆
d
λ = 0,11( ) 0.25 .
(26)
Итак, для холодного теплоносителя Re2 = 37600 следовательно,
коэффициент λ определяем по формуле:
14
0,316
0,316
=
= 0,0227 .
0.25
0 , 25
37600
Re 2
λ=
Тогда.
∆p2 = (0,0227
6
0,929 2 × 1219
+ 1,5 + 2 + 1,5 + 1 + 1) ×
=4939 Па.
0,05
2
N=
44939 × 0,0018
= 0,015 кВт.
1000 × 0,7
Из таблицы 5 по мощности выбираем центробежный насос Х2/25 с типом
электродвигателя АОЛ-12-2.
Таблица 5
Технические характеристики центробежных насосов
Марка
Х2/25
Х8/18
Q, м3/с
4,2×10
-4
2,4×10-3
Х8/30
2,4×10-3
Х20/18
5,5×10-3
Х20/13
5,5×10-3
Х20/53
5,5×10-3
Н, м ст.ж
n, с-1
ηн
25
11,3
14,8
18
17,7
24
30
10,5
13,8
18
18
25
31
34,4
44
53
50
-
48,3
0,4
48,3
0,5
48,3
0,6
48,3
0,55
48,3
0,6
Электродвигатель
тип
N, кВт
АОЛ-12-2
1,1
АО2-31-2
3
АО2-31-2
ВАО-31-2
АО2-32-2
4
АО2-32-2
ВАО-31-2
АО2-31-2
3
АО2-31-2
ВАО-31-2
АО2-41-2
5,5
АО2-41-2
ВАО-41-2
АО2-51-2
13
АО2-51-2
ВАО-51-2
ηдв
0,82
0,83
0,82
0,87
0,87
0,84
0,89
0,87
15
Для горячего теплоносителя
Для горячего теплоносителя число Re = 126851, которое попадает под
∆
0,0002
= 4,1) следовательно, коэффициент λ
условие (Re = 126851⟩ 500 = 500
d
0,024
определяется по формуле:
∆
d
λ = 0,11( ) 0.25 = 0,11(
0,0002 0, 25
)
= 0,033 .
0,024
(27)
Тогда.
⎛ l
⎞ W12 ρ1
∆p1 = ⎜⎜ λ + Σξ ⎟⎟ ×
.
2
⎝ d1
⎠
(28)
6
1,69 2 × 963,92
+ 1 + 1 + 1,5 + 1,5 + 1) ×
=19615 Па.
∆p1 = (0,033
0,024
2
Мощность насоса N кВт, определяем по формуле:
N=
N=
∆р1 × V1
.
1000 × η
(29)
19615 × 0,0043
= 0,12 кВт.
1000 × 0,7
Из таблицы 5 по мощности выбираем центробежный насос Х2/25 с типом
электродвигателя АОЛ-12-2.
В приложении 2 представлены основные, габаритные размеры и
техническая характеристика элементов теплообменника типа «труба в трубе», а
так же сборочные чертежи теплообменника.
16
2. РАСЧЕТ КОЖУХОТРУБНОГО КОНДЕНСАТОРА
2.1. Тепловой расчет
Произвести тепловой расчёт кожухотрубного конденсатора для
конденсации Д = 6000 кг/ч = 1,67 кг/с водяного пара. Охлаждающий агент –
вода, с начальной температурой t2Н = 16 0С, давление пара Р = 1,4 ат.
Примем температуру воды на выходе из конденсатора t2К = 44 0С.
Определим теплофизические свойства теплоносителей по средним
температурам из таблиц приложения 1.
Для горячего теплоносителя «Пар»:
При Р = 1,4 ат tп=108,7˚С;
r = 2238000 Дж/кг;
ρ1=953,1 кг/м3;
µ1=0,000263 Па×с;
λ1= 0,684 Вт/м×К.
Для холодного теплоносителя «Вода»:
tопр=
16 + 44
= 30 ˚С;
2
ρ2=995,7 кг/м3;
с2 = 4174 Дж/(кг×К);
λ 2=0,618 Вт/м×К;
µ2 =0,0008015 Па×с;
Pr2 = с2 µ2/ λ2 = 5,42.
Тепловая нагрузка аппарата Q Вт, при конденсации насыщенных паров
рассчитывается по формуле:
Q = Д×r,
(1)
где Д – расход пара кг/с,
r – удельная теплота конденсации Дж/кг;.
Q = 1,67 × 2238000 = 3737460 Вт.
Расход воды G2 кг/с, определяем по формуле:
17
G2 =
Q
,
c 2 ( t 2К − t 2Н )
(2)
где с2 – теплоёмкость воды Дж/(кг×К);,
t2Н и t2К – соответственно начальная и конечная температуры воды ˚С.
Подставим в формулу (2) исходные данные и полученное значение
тепловой нагрузки Q, получим:
G2 =
3737460
= 31,98 кг/с.
4174 ⋅ (44 − 16)
Среднюю разность температур определяем по формуле:
∆t СР =
∆t Б − ∆t М
∆t ,
2,3lg Б
∆t М
(3)
где ∆tБ = tK – t2H = 107,14 – 16 = 91,14 ˚С;
∆tМ = tK – t2K = 107,14 – 44 = 63,14 ˚С.
Подставляя полученные значения в формулу (3), получим:
∆t CP =
91,14 − 63,14
= 76,37 ˚С.
91,14
2,3lg
63,14
Ориентировочные значения коэффициента теплопередачи КОР для
вынужденного движения примем равным 1000 Вт/(м2×К) (по табл. 1, 1 главы).
Ориентировочное значение поверхности теплообмена вычисляем по
следующей формуле:
FOP =
FOP =
Q
.
K OP × ∆t CP
(4)
3737460
= 48,94 м 2 .
1000 × 76,37
18
Для расчётов следует брать теплообменники с большей поверхностью
теплообмена, рассчитанной выше.
Задаваясь числом Рейнольдса Re2 = 15000, определим соотношение n/z
для конденсатора из труб диаметром dH = 25х2 мм. Соотношение вычисляем по
формуле:
4G 2
n
=
,
z πdµ 2 Re 2
(5)
где n – количество труб в конденсаторе;
z – число ходов в конденсаторе.
n
4 × 31,98
=
= 161,36 .
z 3,14 × 0,021 × 0,0008015 × 15000
Из таблицы 1 следует выбирать теплообменники, у которых соотношение
n/z приблизительно соответствует вычисленному и приблизительно равно
ориентировочному значению поверхности теплообмена Необходимо рассчитать
три варианта конденсатора, и выбрать один, у которого наблюдается
максимальный коэффициент теплопередачи при минимальном значении
поверхности теплообмена. Это повышает эффективность работы аппарата.
Вариант 1.
В соответствии с таблицей 1 принимаем конденсатор с диаметром кожуха
D = 600 мм, диаметром труб d = 20 х 2 мм, числом ходов z =6, числом труб n =
316, длиной труб L = 3 м.
Действительное число Рейнольдса Re2 определим из формулы (5):
Re 2 =
Re 2 =
4 ⋅G2 ⋅ z
.
πdnµ 2
(6)
4 × 31,98 × 6
= 60318,35 .
3,14 × 0,016 × 0,0008015 × 316
Коэффициент теплоотдачи α2 Вт/(м2×К), от стенки кипятильных трубок к
воде определяем по формуле, полученной из критериального уравнения для
турбулентного движения теплоносителя, принимая отношение (Pr/PrCT)0,25 = 1:
19
Таблица 1
2
20×2
25×2
20×2
25×2
20×2
273
325
25×2
400
20×2
25×2
600
20×2
25×2
800
20×2
25×2
1000
20×2
25×2
1200
20×2
Число
труб
Диаметры
и толщина
труб
1
159
Число
ходов
Диаметр
кожуха
Параметры кожухотрубных теплообменников и конденсаторов
3
1
1
1
1
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
4
6
1
2
4
6
1
2
4
6
1
2
4
6
1
2
4
6
1
2
4
6
1
2
4
6
4
19
13
61
37
100
90
62
56
181
166
111
100
389
370
334
316
257
240
206
196
717
690
638
618
465
442
404
384
1173
1138
1072
1044
747
718
666
642
1701
1658
1580
1544
Поверхность теплообмена при длине труб (м2)
1,0
1,5
2,0
3,0
4,0
6,0
9,0
5
1,0
1,0
4,0
3,0
-
6
2,0
1,5
6,0
4,5
9,5
8,5
7,5
6,5
-
7
2,5
2,0
7,5
6,0
12,5
11,0
10,0
9,0
23,0
21,0
17,0
16,0
49
47
42
40
40
38
32
31
90
87
80
78
73
69
63
60
-
8
3,5
3,0
11,5
9,0
19,0
17,0
14,5
13,0
34,0
31,0
26,0
24,0
73
70
63
60
61
57
49
46
135
130
120
116
109
104
95
90
221
214
202
197
176
169
157
151
-
9
25,0
22,5
19,5
17,5
46,0
42,0
35,0
31,0
98
93
84
79
81
75
65
61
180
173
160
155
146
139
127
121
295
286
269
262
235
226
209
202
427
417
397
388
10
68,0
63,0
52,0
17,0
147
139
126
119
121
113
97
91
270
260
240
233
219
208
190
181
442
429
404
393
352
338
314
302
641
625
595
582
11
91
405
390
361
349
329
3)2
285
271
663
643
606
590
528
507
471
454
961
937
893
873
20
1
2
25×2
3
1
4
1083
4
6
986
958
5
-
α2 =
α2 =
λ2
d
6
-
7
-
8
-
9
340
329
310
301
10
510
494
464
451
11
765
740
697
677
0,023 Re 02,8 Pr20,4 .
(7)
0,618
× 0,023 × (60318,35) 0,8 × (5,42) 0, 4 = 8881,01 Вт/(м2×К).
0,021
Коэффициент теплоотдачи α1 Вт/(м2×К), от конденсирующегося пара на
пучке вертикально расположенных труб, рассчитываем по формуле:
2
×d ×n
ρ
1
α1 = 3,78 × λ1 × 3
µ1 × Д .
(8)
Коэффициент теплоотдачи α1 Вт/(м2×К), от конденсирующегося пара на
пучке горизонтальных труб, рассчитываем по формуле:
2
×n× L
ρ
1
α1 = 2,02 × λ1 × 3
µ1 × Д .
(9)
Выбираем вертикальное расположение конденсатора следовательно α1,
рассчитываем по формуле (8):
2
953
,
1
× 0,02 × 316
α1 = 3,78 × 0,684 × 3
= 6090 Вт/(м2×К).
0,000263 × 1,67
Сумма термических сопротивлений стенки труб и загрязнений со
стороны воды и пара определяем по формуле:
∑r =
δ CT
+r +r
λСТ З1 З2 ,
(9)
где δСТ – толщина стенки малой трубы, δСТ = 2 мм = 0,002м;
λСТ – коэффициент теплопроводности материала стенки выбирается
21
по таблице 20 приложения 1 для нержавеющей стали
λСТ=17 Вт/(м×К);
rЗ1, rЗ2 – термические сопротивления слоёв загрязнений с обеих сторон
стенки выбираем из таблицы 3, 1 главы.
∑r
CT
2 ⋅10 −3
1
1
=
+
+
= 0,001 (м2×К)/Вт.
17
1860 2900
Коэффициент теплопередачи К Вт/(м2×К), определяем по формуле:
К=
1
1
α1
+
1
α2
+ ∑ rCT
.
(10)
Подставив в формулу (10) вычисленные значения α1 и α2 получим:
К=
1
1
1
+
+ 0,001
6090,53 8881,01
= 783,22 Вт/(м2×К).
Требуемую поверхность теплообмена определяем по формуле (4):
FTP =
FTP =
Q
.
K × ∆t CP
(11)
3737460
= 62,48 м2.
783,22 × 76,37
Вариант 2.
По таблице 1 выберем конденсатор с D = 600 мм, d = 25х2 мм, z = 4, n =
206, F = 49 м2 , L = 3 м.
Расчёт производим аналогично первому варианту.
Полученные значения:
Re2 = 46998,31;
α2 = 7273,92 Вт/(м2×К);
α1 = 6588,77 Вт/(м2×К);
К= 761,46 Вт/(м2×К);
FТР = 64, 27 м2.
22
Вариант 3.
По таблице 1 выбираем конденсатор с D = 800 мм, d = 25х2 мм, z = 6,
n = 384, F = 90 м2, L = 3,0 м.
Расчёт производим аналогично первым двум вариантам.
Полученные значения:
Re2 = 37818,65;
α2 = 6113,18 Вт/(м2×К);
α1 = 7001,21 Вт/(м2×К);
К= 765,46 Вт/(м2×К);
FТР = 63,93 м2.
Чтобы выбрать самый эффективный теплообменник, сопоставим
значения требуемых поверхностей к соответствующим им значениям
коэффициентов теплопередачи:
783,22 ↔ 62,48
1)
761,46 ↔ 64,27
2)
765,46 ↔ 63,93
3)
Таким образом, выбираем первый вариант, т. к. коэффициент
теплопередачи имеет наибольшее значение, при наименьшем значении
требуемой поверхности теплопередачи.
Следовательно, для дальнейших расчётов принимаем конденсатор с
характеристиками: D = 600 мм, d = 20х2 мм, z = 6, n = 316, F = 60 м2, L = 3 м.
2.2. Расчет изоляции аппарата
Толщину изоляционного слоя δиз м, определяем по формуле:
δиз=λиз(
1
1
−
),
Kn αn
(12)
где λиз – коэффициент теплопроводности изоляционного материала,
принимаем из таблицы 20 приложения 1 для асбеста
λИЗ=0,116 Вт/(м×К);
Кn – коэффициент теплопередачи в окружающую среду, Вт/(м2×К).
Кn= α п
tиз − t воз
,
t гп − t воз
(13)
где αn – коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции к
окружающему воздуху, Вт/(м2×К). αn=9,3+0,06 tиз;
23
tиз – допустимая температура поверхности изоляции. tиз= 40÷60˚C;
tвоз – температура окружающей среды. tвоз= 15 ÷ 25˚C;
tгп – температура пара, tгп = 108,7 0С.
Тогда.
αn=9,3+0,06×60=12,9 Вт/(м2×К).
К п = 12,9 ×
60 − 20
= 5,92 Вт/(м2×К).
108,7 − 20
1 ⎞
⎛ 1
−
⎟ = 0,011м = 11 мм.
⎝ 5,92 12,9 ⎠
δ ИЗ = 0,116 × ⎜
Толщина изоляции теплообменного аппарата в нашем случае составляет
δиз=11 мм.
2.3. Гидравлический расчет
Гидравлический расчет производится для жидкости, находящейся в
трубном пространстве.
Мощность насоса N кВт, определяем по формуле:
N=
∆р × V
,
1000 ×η
(14)
где ∆р – потери напора в теплообменнике, Па;
V – объемный расход холодного теплоносителя, м3/с;
η – КПД насоса, η = 0,6 ÷ 0,8.
Гидравлическое сопротивление аппарата складывается из потерь
давления на преодоление сопротивления трения ∆ртр и на преодоление местных
сопротивлений ∆рмс.
⎛ l
⎞ W2 2 ρ 2
+ Σξ ⎟⎟ ×
,
∆p = ∆ртр + ∆рмс = ⎜⎜ λ
d
2
⎝ вн
⎠
(15)
где λ – коэффициент гидравлического трения;
24
l и dвн – длина и внутренний диаметр трубы, м;
ζ – коэффициент местного сопротивления, принимается по таблице 4,
главы 1;
W2 – скорость жидкости в трубах, м/с.
W2 =
G2
n
ρ 2 × S тр ×
z
=
31,98
= 3,03 м/с.
3,14 × 0,016 2 316
995,7 ×
×
4
6
Коэффициент гидравлического трения при ламинарном движении
теплоносителя определяют по формуле:
λ=
64
.
Re
(16)
При турбулентном движении в гидравлически шероховатых трубах в зоне
гладкого трения (Re < 105) λ определяют по формуле:
λ=
0,316
.
Re 0.25
(17)
При турбулентном движении в доквадратичной области сопротивления
∆
∆
(20 ⟨ Re⟨500 ) коэффициент λ зависит как от критерия Рейнольдса, так и от
d
d
шероховатости труб и определяется по формуле:
∆
d
λ = 0,11( +
68 0.25
) ,
Re
(18)
где ∆ – высота выступов шероховатостей, в расчетах можно принять
∆=0,2мм.
∆
В области квадратичного сопротивления (Re⟩500 ) коэффициент λ
d
определяется по формуле:
∆
d
λ = 0,11( ) 0.25 .
(19)
Итак, для холодного теплоносителя Re = 60318,35 следовательно,
коэффициент λ определяем по формуле:
25
λ=
0,316
0,316
=
= 0,0201 .
0.25
0 , 25
60318
,
35
Re 2
Тогда.
∆p = (0,0201
3
3,032 × 995,7
+ 1,5 + 1 + 1,5 + 1) ×
=40080 Па.
0,016
2
N=
40080 × 0,032
= 1,83 кВт.
1000 × 0,7
Из таблицы 5 по мощности выбираем центробежный насос Х8/18 с типом
электродвигателя ВАО-31-2.
В приложении 3 представлены основные, габаритные размеры и
техническая характеристика элементов кожухотрубного конденсатора, а так же
сборочные чертежи.
3. РАСЧЕТ БАРАБАННОЙ СУШИЛКИ
3.1. Технологический расчет установки
Произвести расчет и выполнить чертежи воздушной барабанной сушилки
для высушивания пшеницы Gн= 6200 кг/ч=1,72 кг/с по влажному материалу.
Материал поступает в сушилку с температурой tн = 29° C и влажностью ωн = 22
%. Продукт выходит с конечной влажностью ωк = 12 %. Аппарат установлен в
городе Ереван. Расчет произвести раздельно для летних и зимних условий.
В начале расчета определяем по таблице 23 приложения 1 параметры
воздуха города Еревана для лета и зимы.
Январь:
- средняя температура воздуха t0 = -5,8°C;
- относительная влажность воздуха ϕ0 = 89%.
Июль:
- средняя температура воздуха t0 = 25°C;
- относительная влажность воздуха ϕ0 = 50%.
Определяем влагу W кг/c, удаляемой в процессе сушки по формуле:
26
W = Gн
W = 1,72
ωн − ωк
100 − ωк
.
(1)
22 − 12
= 0,2 кг/с.
100 − 12
На I-d диаграмме (рис.1) строим теоретический процесс сушки для
зимних условий. По значениям температуры t0 и начальной относительной
влажности ϕ0 определяем положение точки А соответствующей состоянию
воздуха при его входе в подогреватель. Процесс подогрева воздуха в
подогревателе изобразится линией АВ при х1=х0, так как его влагосодержание
остается постоянным. Точка В соответствует состоянию воздуха при выходе
его из подогревателя, находится на линии х0=Сonst и t1= Сonst (таблица 24
приложения 1, t1= 1200С). Теоретический процесс сушки изобразится линией
ВС', которая параллельна линии постоянной энтальпии, т.е. I=Const (I1=I2).
Точка C' характеризует воздух при выходе его из сушильной камеры и
находится на пересечении линий I=Const и t2= Сonst, температуру t2 берем из
таблицы 24 приложения 1, t2= 550С.
По I-d диаграмме находим недостающие параметры воздуха.
Точка А:
-влагосодержание d0 = 0,0025 кг/кг;
-энтальпия I0 = 2 кДж;
Точка В:
-влагосодержание d1 = 0,0025 кг/кг;
-энтальпия I1 = 128 кДж;
Точка С′:
-влагосодержание d′2 =0,0 27 кг/кг;
-энтальпия I′2 = 128 кДж.
Аналогично на I-d диаграмме (рис.2) строим теоретический процесс
сушки для летних условий и определяем недостающие параметры воздуха.
Точка А:
-влагосодержание d0 = 0,011 кг/кг;
-энтальпия I0 = 53 кДж;
Точка В:
-влагосодержание d1 = 0,011 кг/кг;
-энтальпия I1 = 150 кДж;
Точка С′:
-влагосодержание d′2 = 0,036 кг/кг;
-энтальпия I′2 = 150 кДж.
27
Рис. 1. Построение теоретического и действительного процесса сушки
для зимних условий.
28
Рис. 2. Построение теоретического и действительного процесса сушки
для летних условий.
29
Далее определяем удельные тепловые потери на нагрев материала qm
Дж/кг, по формуле:
qm =
G к c(t к − t н )
,
W
(2)
где Gк – количество высушенного материала, кг/с;
с – удельная теплоемкость высушенного материала, Дж/(кг⋅°К);
tк – максимальная температура нагрева материала, °С.
Gк = Gн
с = сВ
где
ωк
100
100 − ω н
.
100 − ω к
+ сСМ
100 − ωк
.
100
(3)
(4)
св – удельная теплоемкость воды, св = 4180 Дж/(кг⋅°К);
ссм – удельная теплоемкость абсолютно сухого материала,
ссм = 1650 Дж/(кг⋅°К).
Тогда.
С = 4180
12
100 − 12
+ 1650
= 501,6 + 1452 = 1953,6 Дж/(кг⋅°К).
100
100
Gк = 1,72
qm =
100 − 22
= 1,53 кг/с.
100 − 12
1,53 ⋅ 1953,6(50 − 29)
= 313845,84 Дж/кг.
0,2
Удельные тепловые потери в окружающую среду qпот Дж/кг, находим по
формуле.
Для зимних условий:
qпот = (0,04÷0,06)qт,
(5)
где qт –удельный расход тепла в теоретической сушилке, Дж/кг.
30
qm =
qm =
I1 − I 0
.
d 2′ − d 0
(6)
130000− 2000
= 5224489,8 Дж.
0,027 − 0,0025
qпот=(0,04÷0,06)5224489,8=208979,59÷313469,39 Дж.
Принимаем qпот = 209937,16 Дж.
Для летних условий:
qT =
150000 − 53000
= 3880000 Дж.
0,036 − 0,011
qпот=(0,04÷0,06)3880000=155200÷232800 Дж.
Принимаем qпот = 156937,16 Дж.
Далее построим действительный процесс сушки на I-d диаграмме для
зимних условий.
Положение линии ВС (рис.1), изображающей процесс сушки в реальной
сушильной установке определяется уравнением:
∆= tнсв – (qм+qпот),
(7)
где ∆ – внутренний баланс сушильной камеры, Дж/кг.
При этом линия реального процесса сушки, начинаясь из точки В, будет
проходить выше линии I=Const при ∆ > 0 или ниже нее при ∆ < 0.
∆=29⋅4180 – (313845,84+209937,16)= – 402563 Дж/кг.
Через произвольную точку е на линии ВС проводим линию еF
параллельно оси х и линию еЕ параллельно оси I. Линию еF измеряем в мм (еF
= 30 мм). Длину отрезка еЕ определяем по формуле:
еЕ = еF
∆
,
m
(8)
31
MI
⋅1000 ;
Mx
МI – число единиц энтальпии на 1 мм диаграммы, Дж/кг;
Мх – число единиц влагосодержания в 1 мм диаграммы, Дг/кг.
где m – отношение масштабов диаграммы, m =
m=
1111,11
⋅ 1000 = 3086416,67 .
0,36
Тогда.
еЕ = −30
402563
= −3,91 мм.
3086416,67
Так как ∆ < 0 отрезок еЕ откладываем вниз от точки е. Через точки В и Е
проводим линию характеризующую реальный процесс сушки, до пересечения с
линией температурой на выходе из сушильной камеры t2.
Аналогично построим действительный процесс сушки на I-d диаграмме
для летних условий, воспользовавшись рисунком 2.
∆=29⋅4180 – (313845,84+156937,16)= – 349563 Дж/кг.
m=
1111,11
⋅ 1000 = 3086416,67 .
0,36
При еF = 25 мм получим:
еЕ = −25
349563
= −2,83 мм.
3086416,67
Далее определяем расход воздуха и тепла.
Для зимних условий.
Удельный расход воздуха l кг/кг, определяем по формуле:
l=
1
,
d2 − d0
(9)
где d2 – влагосодержание воздуха на выходе из сушильной камеры
(точка С, рис.1), d2 = 0,024 г/кг.
32
l=
1
= 46,51 кг/кг.
0,024 − 0,0025
Полный расход воздуха L кг/с, определяем по формуле:
L = l×W.
(10)
L = 46,51×0,2 = 9,3 кг/с
Удельный расход тепла q Дж/кг, определяем по формуле:
q = l(I2 – I0) + qм + qпот – св×tн,
где I2 – энтальпия воздуха на выходе из сушильной камеры
(точка С, рис.1), I2=119 кДж.
(11)
q = 46.51(119000 – 2000)+313845,84+209937,16 – 4180×29 =5844233 Дж/кг
Полный расход тепла Q, Вт определяем по формуле:
Q = q×W.
(12)
Q = 5844233×0,2 = 1168846,6 Вт.
Аналогично определяем полный расход воздуха и тепла по формулам (912) для летних условий.
Параметры воздуха на выходе из сушильной камеры (точка С, рис.2), d2 =
0,033 г/кг и I2=1143 кДж.
l=
1
= 45,45 кг/кг.
33 − 11
L = 45,45×0,2=9,09 кг/с.
q = 45,45(143000–53000)+313845,84+156937,16 – 4180⋅29=4440063 Дж/кг
Q = 4440063×0,2 = 888012,6 Вт.
Далее определим основные размеры барабана.
Для зимних условий.
Диаметр барабана Дб м, определяем по формуле:
Дб =
4Vc
,
πWв
(13)
33
где Vc – секундный объем воздуха на выходе из сушилки, м3/с;
Wв – допустимая скорость воздуха на выходе из сушилки,
Wв=2,5 м/с (таблица 24 приложения 1).
Vc = LV0.
(14)
где V0 – удельный объем воздуха на выходе из сушилки,
V0 = 0,988 м3/кг (таблица 25 приложения 1).
Vc = 9,3×0,988=9,19 м3/с.
4 × 9,19
= 2,16 м.
3,14 × 2,5
Дб =
Для окончательного выбора диаметра барабана рекомендуется
пользоваться следующими нормалями Дб = 1; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2; 2,2; 2,4; 2,8.
Принимаем Дб = 2,2 м.
Длину барабана Lб м, определяем по формуле:
Lб =
Vб
,
F
(15)
где Vб – объем барабана, м3;
F – площадь сечения барабана, м2.
Vб =
3600 × W
,
A
(16)
где А – напряжение объема барабана по влаге, (таблица 24 приложения 1)
А = 20 кг/(м3×ч).
Vб =
3600 × 0,2
= 36 м3.
20
2
2
⎛D⎞
⎛ 2,2 ⎞
F = π ⎜ ⎟ = 3,14⎜
⎟ = 3,8 м2.
2
2
⎝ ⎠
⎝
⎠
34
Lб =
По нормалям отношение
36
= 9,47 м.
3,8
Lб
должно находится в пределах 3,5÷7,0.
Дб
Lб
9,47
=
= 4,30
2,2
Дб
Условие выполнено.
Уточняем скорость воздуха W'в м/с, по формуле:
Wв′ =
Vc
.
F
Скорость воздуха не должна превышать максимальную величину,
указанную в таблице 24 приложения 1. 2,0 < Wв′ <2,5.
Wв′ =
9,19
= 2,42 м/с.
3,8
Условие выполнено.
Для летних условий.
V0 = 0,977 м3/кг.
Vc = 9,09⋅0,977= 9,06 м3/с.
Дб =
4 × 9,06
= 2,15 м.
3,14 × 2,5
Vб =
3600 × 0,2
= 36 м3.
20
Принимаем Дб = 2,2 м.
2
⎛ 2,2 ⎞
F = 3,14⎜
⎟ = 3,8 м2.
⎝ 2 ⎠
Lб =
36
= 9,47 м.
3,8
35
Lб 9,47
=
= 4,30 .
Дб
2,2
Условие выполнено.
Wв =
9,06
= 2,38 м/с.
3,8
Условие выполнено.
Затем определяем продолжительность сушки τ с.
Для зимних условий.
τ=
Vб × ρ × β
,
Gcp
(17)
где ρ – средняя насыпная плотность материала, ρ = 750÷850 кг/м3
(таблица 24 приложения 1);
β – степень заполнения барабана, β = 0,15 (таблица 24 приложения 1);
Gср – средняя масса материала, проходящего через барабан, кг/с.
Gcp =
Gcp =
τ=
Gн + Gк
.
2
(18)
1,72 + 1,53
= 1,63 кг/с.
2
36 × 0,15(750 ÷ 850)
= 2484,66 ÷ 2815,95 с.
1,63
Принимаем τ = 2800 с.
Для зимних условий.
Gcp =
τ=
1,72 + 1,53
= 1,63 кг/с.
2
36 × 0,15(750 ÷ 850)
= 2484,66 ÷ 2815,95 с.
1,63
Принимаем τ = 2800 с.
36
Далее определяем число оборотов барабана n об/мин.
Для зимних условий.
n=
60 × Lб
,
a × τ × Д б × tgα
(19)
где а – коэффициент, зависящий от диаметра и конструкции барабана,
а = 0,4;
α – угол наклона барабана, α = 3 град (таблица 24 приложения 1).
Таблица 1
Значения коэффициента а от Дб
Дб
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
2,8
а 0,66 0,60
0,55
0,50
0,46
0,43
0,40
0,38
0,34
n=
60× 9,47
= 4,61 об/мин.
0,4× 2,2× 2800× 0,05
Для летних условий.
n=
60 × 9,47
= 4,61 об/мин.
0,4 × 2,2 × 2800 × 0,05
3.2. Расчет циклона
Определяем основные размеры циклона по формулам:
ширина входного патрубка b=0,21×D м;
высота входного патрубка h=3,14b=0,66×D м;
диаметр циклона D=4,75×b м;
наружный диаметр выхлопной трубы D1=2,75×b=0,58×D м;
высота цилиндрической части h1=7,6×b=1,6×D м;
высота конической части h2=9,5b=2×D м.
Из формулы площади сечения входного патрубка выразим его
ширину b м.
37
f = 3,14b 2 =
VГ
ω BX
=> b =
VГ
,
ω ВХ ⋅ 3,14
(20)
где ωВХ – скорость газа во входном патрубке циклона, принимаем
ωВХ = 15÷20 м/с;
VГ – действительный секундный объем газа, поступающий в циклон
при заданной температуре, м3/с.
VГ =
VГ =
VС (t K + 273)
.
3600 × 273
(21)
9,19(55 + 273)
= 0,0031 м3/с.
3600 × 273
b=
0,0031
= 0,007 м.
20 × 3,14
Тогда:
D = 4,75×0,007 = 0,033 м;
h = 3,14×0,007 = 0,022 м;
D1 = 2,75×0,007 = 0,019 м;
h1 = 7,6×0,007 = 0,053 м;
h2 = 9,5×0,007 = 0,067 м.
Затем определяем теоретическую скорость осаждения частиц в циклоне
ω0 м/с, по формуле:
d 2 ( ρ1 − ρ 2 )ω Г2
ω0 =
,
9ν 2 ρ 2 D
(22)
где d – поперечный размер частицы, d = 0,5 мм = 5·10-4 м;
ρ1 – плотность улавливаемых частиц, ρ1 = 750 кг/м3
(таблица 24 приложения 1);
ρ2 – плотность газовой среды, ρ2 = 1,08 кг/м 3;
ωГ – окружная скорость газа в циклоне, ωг = 14÷20 м/с;
ν2 – кинематическая вязкость газа, ν ≈ 18,46 м2/с.
ρ 2 = 1,293
273
.
273 + t 2
(23)
38
0,0005 2 (750 − 1,08)14 2
ω0 =
= 0,0062 м/с.
9 ⋅ 18,46 ⋅ 1,08 ⋅ 0,033
Для проверки теоретической скорости осаждения частиц воспользуемся
следующим условием:
Re =
Re =
ωo d
≤ 0,2 .
ν2
(24)
0,0062 ⋅ 0,0005
= 1,67 ⋅ 10 −7 .
18,46
Условие выполнено т.к. 1,67·10-7 < 0,2.
Далее произведем уточненные расчеты основных размеров циклона.
Внутренний диаметр выхлопной трубы dТ м, определяем по формуле:
VГ
d T = 1.13
ωT
,
(25)
где ωТ – скорость газа в выхлопной трубе, ωТ = 7÷9 м/с.
d T = 1.13
0,0031
= 0,022 м.
8
Наружный диаметр выхлопной трубы D1 м, определяем по формуле:
D1 = dT + 2δ ,
(26)
где δ – толщина стенки выхлопной трубы, принимаем δ = 0,0015 м.
D1 = 0,022 + 2×0,0015 = 0,025 м.
Тогда диаметр циклона D м, будет равен:
D=
D1
1 − 10
ωО .
ωГ
(27)
39
D=
0,025
= 0,025 м.
0,0062
1 − 10
14
Высоту цилиндрической части циклона h1 м, определяем по формуле:
2V Г
.
( D − D1 )ω Г
2 × 0,0031
h1 =
= 0,055 м.
(0,033 − 0,025) ⋅ 14
h1 =
(28)
3.3. Расчет вентилятора
Фиктивную скорость воздуха в аппарате ω м/с, определяем по формуле:
ω=
4VC
(π ⋅ Д Б )
2
4 ⋅ 9,19
ω = 3,14
⋅ 2,2
2
.
(30)
= 2,42 м/с.
Далее определяем критерий Рейнольдса по формуле:
Re =
Re =
ω×d × ρ .
µ
(31)
2,42 × 0,0005 × 1,293
= 78 .
0,02 × 10 −3
Общий коэффициент сопротивления λ, определяем по формуле:
λ=
λ=
133
+ 2,34 .
Re
(32)
133
+ 2,34 = 4,04 .
78
Перепад давлений, обусловленный сушильной установкой ∆р Па,
определяем по формуле:
40
2
L
ω
∆р = (λ
+ ∑ξ) ×
,
ДБ
2g
(33)
где Σζ – сумма коэффициентов местных сопротивлений, Σζ=5÷15.
2,42 2
10
∆р = (78
+ 15) ×
= 110 Па.
2 × 9,8
2,2
Мощность, потребляемую вентилятором N кВт, определяем по формуле:
N=
VС × ∆p
,
3600 × 1000 ×η В ×η П
(34)
где ηВ – КПД вентилятора, ηВ = 0,5÷ 0,7;
ηП – КПД передачи, ηП = 0,95÷1.
N=
9,19 × 110
= 1,72 кВт.
1000 × 0,6 × 0,98
По таблице 2 выбираем центробежный вентилятор обеспечивающий
стабильную работу сушильной установки. В-Ц14-46-5К-02.
Таблица 2
Технические характеристики центробежных вентиляторов
Марка
Q, м3/с
n, с-1
В-Ц14-46-5К-02
В-Ц14-46-8К-02
В-Ц14-46-8К-02
3,67
5,28
7,78
24,1
16,15
16
Электродвигатель
тип
N, кВт
ηДВ
А02-61-4
13
0,88
А02-71-6
17
0,9
А02-72-6
22
0,9
В приложении 4 представлены габаритные размеры и различные чертежи
(общий вид) барабанных сушилок прямо- и противоточного действия.
41
4. РАСЧЕТ ВАКУУМ-ВЫПАРНОГО АППАРАТА
4.1. Технологический расчет
Рассчитать выпарной аппарат для выпаривания mн = 5500 кг/час = 1,53
кг/с CaCl2 от начальной концентрации вн=14% до конечной вк=21,5%.
Давление в аппарате Рвт.п. = 0,23 ат. Давление греющего пара в аппарате Рг.п.=
3,8 ат.
Определяем количество выпаренной воды W кг/с, по формуле:
W = mн (1 −
вн
)
вк .
(1)
14 ⎞
⎛
W = 1,53 × ⎜1 −
⎟ = 0,53 кг/с.
⎝ 21.5 ⎠
По таблицам 1 и 27 приложения 1, находим по давлению вторичного пара
и греющего пара их температуры: tгр = 63,14 0С, tвт = 141,79 0С.
Затем определяем температурные потери.
Физико-химическую депрессию определяем по формуле Тищенко:
∆=η⋅∆н:
(2)
где ∆н – нормальная депрессия, вычисленная при атмосферном
давлении, ∆н = 2,7 0С (таблица 21 приложения 1);
η – поправочный коэффициент, зависящий от давления вторичного
пара, η = 0,775 (таблица 22 приложения 1).
∆=0,775⋅2,7=2,09 0С.
Гидростатическую температурную депрессию ∆′, определяем
разность температур кипения воды в среднем сечении и на поверхности
∆′=t′-tгр ,
как
(3)
42
где t′ – температура кипения воды в среднем сечении трубок, 0С.
Для определения температуры кипения воды в среднем сечении трубок,
находим давление в среднем слое раствора Рср ат, по формуле:
Рср= Раб + ∆р,
(4)
где ∆р – гидростатическое давление в среднем слое раствора, ат.
∆р=9,81×10
-5
ρ ×l
2 ,
(5)
где ρ – плотность раствора в данном корпусе, ρ=1099,4 кг/м3 (таблицы
5-8 приложения 1);
l – длина трубок, м (принимаем в пределах 2÷4 м).
∆ р = 9 ,81 × 10
−5
×
1099 , 4 × 4
= 0 , 22
ат.
2
Тогда.
Рср= 0,23 + 0,22= 0,45 ат.
По таблице 27 приложения 1 для этого давления находим температуру
кипения воды t′ в среднем сечении трубок, t′=78,75 0С.
∆′ = 78,75 – 63,14 = 15,61 0С.
Полученные температурные потери складываются.
Σ∆=∆+∆′= 2,09 + 15,61 = 17,7 0С.
Температуру кипения раствора tкип 0С, определяем по формуле:
43
tкип= t + Σ∆.
(6)
tкип = 63,14 + 17,7 = 80,84 0С.
Определяем полезную разность температур ∆tполез 0С, по формуле:
∆tполез = tвт – tкип.
(7)
∆tполез =141,79 – 80,84 = 60,950С.
Далее произведем расчет коэффициентов теплоотдачи α.
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара к стенке αконд
Вт/(м
2
×К), рассчитываем по формуле:
α конд =
A1
(q × l )13 ,
(8)
где А1 – расчетный коэффициент, определяемый по температуре
греющего пара из графика (рисунок 1), А1= 3,67×105;
2
q – плотность теплового потока, Вт/м .
44
Рис. 1. Значение расчетного коэффициента А1.
Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору
αкип Вт/(м
2
×К) определяем по формуле:
αкип=А2×q0,6,
(9)
где А2 – расчетный коэффициент, зависящий от температуры кипения и
концентрации раствора.
Для сахарных растворов коэффициент А2 определяется по графику
рисунок 2, а для остальных – по графику рисунок 3.
Рис. 2. Значения коэффициента А2 для сахарных растворов.
45
Рис. 3 Значения расчетного коэффициента А2 для растворов солей.
Так как плотность теплового потока неизвестна, зададимся несколькими
2
значениями q (порядка 20000÷100000 Вт/м ), и вычислим αконд и αкип.
α
1
конд
=
3,67 × 105
(40000 × 4) 3
1
= 6759 Вт/(м2×К).
α 1кип = 9 ,8 × 40000 0 , 6 = 5655 Вт/(м2×К).
α
2
конд
=
3 , 67 × 10 5
( 65000 × 4 )
1
3
= 5774 Вт/(м2×К).
α 2 кип = 9,8 × 65000 0,6 = 7568
α
3
конд
=
3 , 67 × 10 5
( 75000 × 4 )
1
3
Вт/(м2×К).
= 5484 Вт/(м2×К).
46
α 3 кип = 9,8 × 75000 0, 6 = 8246
α
4
конд
=
3 , 67 × 10 5
( 85000 × 4 )
1
3
= 5260 Вт/(м2×К).
α 4 кип = 9,8 × 85000 0,6 = 8890
α
5
конд
=
3 , 67 × 10 5
(120000 × 4 )
1
3
Вт/(м2×К).
Вт/(м2×К).
= 4689 Вт/(м2×К).
α 5 кип = 9,8 ×1200000, 6 = 10932
Вт/(м2×К).
Далее рассчитаем коэффициент теплопередачи К Вт/(м2×К), по формуле:
К=
1
1
α конд
где Σr
–
+
∑r+α
1
,
(10)
кип
сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений
2
на ней, (м ×К)/Вт;
δст, δзагр – толщина металлической стенки трубки и слоя
загрязнений. (Принимаем δст=2мм, δзагр=0,5÷1,5мм);
λст, λзагр – коэффициенты теплопроводности металлической стенки и
слоя загрязнений, выбираются по таблице 20 приложения 1.
λст = 45 Вт/(м×К), λзагр = 2 Вт/(м×К).
47
∑r =
∑r =
К1 =
К2 =
К3 =
К4 =
К5 =
δ ст δ загр
+
λ ст λ загр .
(11)
0,002 0,0005
+
= 2,9 × 10 −4 Вт/(м×К).
45
2
1
1
1
+ 2,9 × 10 4 +
6759
5655
= 1627
1
1
1
+ 2,9 × 10 −4 +
7568
5774
1
1
1
+ 2,9 × 10−4 +
8246
5484
1
1
1
+ 2,9 × 10 −4 +
8890
5260
1
1
1
+ 2,9 × 10 −4 +
10932
4689
Вт/(м2×К).
= 1680
= 1684
= 1687
= 1681
Вт/(м2×К).
Вт/(м2×К).
Вт/(м2×К).
Вт/(м2×К).
Далее определяем температурный напор по формуле:
48
qi
∆t = i
K
i
.
(12)
Тогда,
Затем
строим
∆t1 =
40000
= 24,4
1627
0
∆t 2 =
65000
= 38,6
1680
0
∆t 3 =
75000
= 44,5
1684
0
∆t 4 =
85000
= 50,3
1687
0
∆t 5 =
120000
= 71,3
1681
нагрузочную
С.
С.
С.
С.
0
С.
характеристику,
представляющую
зависимость q i= f (∆t i ) рисунок 4.
49
Температурный напор
80
∆tполез
70
60
50
40
30
20
40000
60000
80000
100000
qф
120000
Плотность теплового потока
Рис. 4. Нагрузочная характеристика выпарной установки.
По известной величине полезной разности температур ∆tполез = 60,950С
находим фактическое значение удельного теплового потока qф = 105000 Вт/м
2
и определяем коэффициент теплопередачи по формуле:
К РАСЧ =
К РАСЧ =
qф
∆t полез .
(13)
105000
= 1723 Вт/(м2×К).
60,95
Далее определяем тепловую нагрузку аппарата Q Вт, по формуле:
Q=mн×с×(tк – tн)+W×r+Qпот,
где r –
(14)
теплота конденсации греющего пара, находим по давлению
вторичного пара по таблице 27 приложения 1, r =2350 кДж/кг;
50
Qпот – потери тепла в окружающую среду (принимаем 5 ÷ 8 % от
полезно затрачиваемого тепла: на испарение воды и на
нагревание раствора до температуры кипения);
с –
теплоёмкость раствора CaCl2, выбираем по таблице 15
приложения 1;
св – удельная теплоёмкость воды, св = 4,18 кДж/(кг×К);
сс –
удельная теплоёмкость растворенного вещества,
сс = 0,685 кДж/(кг×К);
В – концентрация раствора, %.
с = сс ×
с = 0,685 ×
В
100 − В
+ св ×
.
100
100
(15)
14
100 − 14
+ 4,18 ×
= 3,691 кДж/кг.
100
100
Следовательно, с учётом тепловых потерь в 5%.
Q = 1,05×[1,53×3691×(80,84–63,14) + 0,53×2350×103] = 1414×103 Вт.
Рассчитав тепловую нагрузку аппарата, определяем расход греющего
пара D кг/с, по формуле:
D=
D=
Q
.
r
(16)
1414000
= 0,6 кг/с.
2350000
51
Площадь поверхности нагрева F м2, определяем из основного уравнения
теплопередачи:
F=
F=
Q
.
К РАСЧ × ∆t полез
(17)
1414000
= 13,46 м2.
1723 × 60,95
4.2. Расчёт толщины тепловой изоляции
Толщину изоляционного слоя δиз м, определяем по формуле:
δиз=λиз(
1
1
−
),
Kn αn
(18)
где λиз – коэффициент теплопроводности изоляционного материала,
принимаем из таблицы 20 приложения 1 для шлаковой ваты
λиз=0,07 Вт/(м×К);
Кn – коэффициент теплопередачи в окружающую среду, Вт/(м2×К).
Кn= α п
tиз − t воз
t s − tвоз ,
(19)
где αn – коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции к
окружающему воздуху, Вт/(м2×К). αn=9,3+0,06 tиз;
tиз – допустимая температура поверхности изоляции. tиз= 40÷60˚C;
tвоз – температура окружающей среды. tвоз= 15 ÷ 25˚C.
ts – температура пара. ts = 141,79 ˚C.
Тогда.
αn=9,3+0,06×60=12,9 Вт/(м2×К).
52
Кn= 12,9 ×
60 − 20
= 12,9×0,513=5,54 Вт/(м2×К).
114,79 − 20
δиз=0,07×(
1
1
−
)=0,00744 м = 7,44 мм;
5,44 12,9
Толщина изоляции теплообменного аппарата в нашем случае составляет
δиз=7,44 мм.
В приложении 5 представлены типы, основные и габаритные размеры
элементов выпарных аппаратов, а так же их исполнения.
4.3. Ориентировочный расчет теплообменного аппарата для подогрева
исходного раствора перед подачей в выпарной аппарат
4.3.1. Определение средних температур теплоносителей
Рис. 5. Температурная схема
t’нач – начальная температура исходного раствора (по заданию); ∆tбол, ∆tмен – большая и меньшая
разность температур соответственно; °С; tнач – температура исходного раствора после подогревателя, °С
∆tб = tконд.гр.п – t’нач= 141,79–63,14 = 78,65 ˚C.
(20)
∆tм = tконд.гр.п – tнач= 141,79–105 = 36,79 ˚C.
(21)
Значение средней движущей силы рассчитаем по формуле:
53
∆t ср =
∆tср =
∆t б − ∆t м
ln(∆t б / ∆t м ) .
(22)
78,65 − 36,79
= 55 ˚C.
ln(78,65 / 36,79)
Среднюю температуру раствора определяем по формуле:
tср.р = tконд.гр.п – ∆tср = 141,79–55=86,79 ˚C.
(23)
4.3.2. Тепловой баланс подогревателя
Расход теплоты Q Вт, на подогрев исходного раствора от
температуры t’нач до температуры tнач найдем по формуле (24), приняв значение
теплоёмкости раствора при температуре tнач и концентрации хнач (таблица 15
приложения 1).
Q = G нач × с нач × (t кон − t нач ) .
(24)
Q = 1,53 × 3,691 × 10 3 × (105 − 63,14) = 236393 Вт.
Расход греющего пара Gгр.п. кг/с, находим по формуле:
G гр . п =
где
Q
,
r×χ
(25)
χ – степень сухости пара, χ = 0,95.
G гр . п =
236393
= 0 ,105 кг/с.
2350000 × 0 , 95
54
4.3.3. Ориентировочный расчет подогревателя
Зададимся ориентировочным коэффициентом теплопередачи Кор от
конденсирующегося пара к жидкости (таблица 1, глава 1) и рассчитываем
ориентировочную площадь теплообмена Fор м2, по формуле:
Fор =
Fор =
Q
.
K ор × ∆t полез
(26)
236393
= 3,87 м2.
1000 × 60,95
4.3.4. Расчёт гидравлического сопротивления подогревателя
Коэффициент трения λ рассчитываем по формуле:
−2
⎧⎪ ⎡ e ⎛ 6,81 ⎞ 0.9 ⎤ ⎫⎪
λ = 0,25 × ⎨lg ⎢ + ⎜
⎟ ⎥⎬ ,
⎪⎩ ⎢⎣ 3,7 ⎝ Re ⎠ ⎥⎦ ⎪⎭
где
(27)
е – относительная шероховатость труб, е = ∆/dэкв
е = 0,0002/0,025=0,008;
∆ – высота выступов шероховатостей (в расчётах можно принять
∆ = 0,2 мм);
Rе – критерий Рейнольдса, для обеспечения турбулентного режима
движения жидкости принимаем Rе = 15000÷30000.
⎧⎪ ⎡ 0,008 ⎛ 6,81 ⎞ 0.9 ⎤ ⎫⎪
+⎜
λ = 0,25 × ⎨lg ⎢
⎟ ⎥⎬
⎝ 15000 ⎠ ⎥⎦ ⎪⎭
⎪⎩ ⎢⎣ 3,7
−2
= 0,0399 .
Скорость в штуцерах ω ш м/с, определяем по формуле:
ωш =
Gнач
,
π × d ш2
×ρ
4
(28)
55
где d ш – диаметр штуцеров в распределительной камере (принимаем
по приложению 3 в зависимости от диаметра кожуха
подогревателя), d ш = 0,2 м;
ρ – плотность раствора в данном корпусе, ρ=1099,4 кг/м3 (таблицы
5-8 приложения 1).
ωш =
1,53
= 0,044
м/с.
3,14 × 0,2 2
× 1099,4
4
Гидравлическое сопротивление ∆ртр Па, в трубном пространстве
определяем по формуле:
2
l × z ωтр × ρ
∆pтр = λ ×
×
+ [2,5 × (z −1) + 2 × z] ×
dэкв
2
×
2
ω тр
×ρ
2
+ 3×
2
ω тр
×ρ
2
,
(29)
где z – число ходов по трубам, z =1 (приложение 3);
ωтр – скорость движения раствора в трубном
пространстве подогревателя.
ω тр =
Re× µ
ρ × d экв ,
(30)
где µ – вязкость раствора, µ=0,8 мПа×с (приложение 1 таблица 19).
ωтр
15000 × 0,8 × 10 −3
=
= 0,44 м/с.
1099,4 × 0,025
Тогда:
3 ×1 0,442 ×1099,4
∆pтр = 0,0399×
×
+ [2,5 × (1 −1) + 2 ×1] ×
0,025
2
56
0,44 2 × 1099,4
0,44 2 × 1099,4
×
+ 3×
= 1211,5 Па.
2
2
4.4. Расчёт холодильника упаренного раствора
4.4.1. Определение средних температур теплоносителей
Рис. 6. Температурная схема движения теплоносителей при противотоке
tкон ,t’кон – температура упаренного раствора до и после холодильника, °С;
tнач.в,tкон.в – температура охлаждающей воды до и после холодильника, °С;
Конечную температуру воды и упаренного раствора выбираем
самостоятельно, причём t’кон следует принять из интервала 40 ÷ 30 °С.
По формулам (20-22) определяем: ∆tб, ∆tм, ∆tср, °С.
∆tб = tкон – tкон. в = 63,14 – 12 = 51,14 ˚C.
∆tм = t’кон – tнач. в = 40 – 6 = 34 ˚C.
∆tср =
51,14 − 34
= 42,85 ˚C.
ln(51,14 / 34)
Среднюю температуру воды tвод.ср.°С, находим по формуле:
tвод.ср= (tнач.в+tкон.в)/2 = (6+12)/2 = 9 °С.
(31)
57
Среднюю температуру раствора tср.р °С, определяем по формуле:
tср.р= tвод.ср+∆tср = 9 + 42,85 = 51,85 °С.
(32)
4.4.2. Тепловой баланс холодильника
Количество теплоты Q Вт, которое необходимо отвести от раствора для
его охлаждения, определяем по формуле:
Q = Gкон×скон×(tкон – t’кон),
где
(33)
Gкон – расход упаренного раствора, кг/с;
скон – удельная теплоёмкость раствора, (приложение 1,
таблица 13), скон = 1,45 кДж/(кг‚К).
Расход упаренного раствора Gкон кг/с, определяем по формуле:
Gкон =
Gкон =
Gнач × в нач
,
в кон
(34)
1,53 × 14
= 0,99 кг/с.
21,5
Тогда:
Q = 0,99×1,45×103×(63,14 – 40) = 33590 Вт.
Так как вся отводимая от раствора теплота передаётся охлаждающей
воде, то её расход можно находим по формуле:
Gвод =
где
Q
свод × (tкон.в − tнач.в ) ,
(35)
свод – теплоемкость воды, находим при температуре tвод.ср
свод =4,19 кДж/(кг‚К) (приложение 1 таблица2).
Gвод =
33590
= 1,33 Вт.
4190× (12 − 6)
58
4.4.3. Ориентировочный расчёт холодильника
Зададимся ориентировочным коэффициентом теплопередачи Кор от
конденсирующегося пара к жидкости (таблица 1, глава 1) и рассчитаем
ориентировочную площадь теплообмена Fор м2, по формуле:
Fор =
Fор =
Q
.
K ор × ∆t полез
(36)
33590
= 0,55 м2.
1000 × 60,95
4.5. Расчёт барометрического конденсатора
4.5.1. Расход охлаждающей воды
Расход охлаждающей воды Gв кг/с, определяем по формуле:
Gв = W
где
iп − iк
c(t к − t н ) ,
(37)
iп – энтальпия паров в барометрическом конденсаторе,
iп =2614 кДж/кг при Рвт.п = 0,23 ат (приложение 1, таблица 27);
iк – энтальпия конденсата, iк = 264,3 кДж/кг при Рвт.п = 0,23 ат
(приложение 1, таблица 27);
tн – начальная температура охлаждающей воды, °С (принимаем в
диапазоне 4 ÷ 8°С);
tк – конечная температура смеси охлаждающей воды
и конденсата, °С (принимаем в диапазоне 50 ÷ 65°С);
с – теплоемкость воды, с = 4,18 кДЖ/(кг×К) при tср.в. = 30°С.
(2614 − 264,3) × 103
Gв = 0,53 ×
= 5,95 кг/с.
4180 × (55 − 5)
59
4.5.2. Диаметр барометрического конденсатора
Диаметр барометрического конденсатора dб.к. м, определяем из уравнения
расхода:
d б .к . =
где
4 ×W
ρ × π ×υ ,
(38)
ρ – плотность паров, ρ = 0,1491 кг/м3 (приложение 1, таблица 27);
υ – скорость паров, при остаточном давлении в конденсаторе
порядка 104 Па скорость паров υ = 15 ÷ 25 м/с.
d б .к . =
4 × 0 ,53
= 0 , 47 м.
0 ,1491 × 3,14 × 20
Принимаем dб.к. = 0,5 м.
4.5.3. Высота барометрической трубы
Скорость воды в барометрической трубе рассчитаем по формуле:
υв =
4 × (Gв + W )
ρ × π × d б2.т. ,
(39)
где ρв –
плотность воды, ρв = 985 кг/м3 при температуре tк
(приложение 1, таблица 2);
d б.m. – диаметр барометрической трубы, d б.m = 0,15 м,
при dб.к. = 0,5 ÷ 0,8 м.
υв =
4 × (5,95 + 0,53)
= 0,33 м/с.
985 × 3,14 × 0,152
Высоту барометрической трубы Н б.т. м, определяем по формуле:
Нб.т. υв2
В
+ (1 + ∑ξ + λтр
) + 0,5 ,
Нб.т. =
ρв g
dб.т. 2g
(40)
60
где
В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па;
Σξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений;
λ тр – коэффициент трения в барометрической трубе.
Вакуум в барометрическом конденсаторе В Па, определяем по формуле:
В = Ратм – Рср,
(41)
В = 9,8×104 – 2,15×104 =7,65×104 Па.
Сумма коэффициентов местных сопротивлений Σξ, рассчитываем по
формуле:
∑ξ = ξ
вх
+ ξ вых ,
(42)
где ξвх – коэффициент местного сопротивления на входе в трубу,
ξвх = 0,4 ÷ 0,6;
ξвых – коэффициент местного сопротивления на входе из трубы,
ξвых = 0,9 ÷ 1,1.
∑ξ = 0,5 + 1 = 1,5
Коэффициент трения λтр зависит от режима движения жидкости, в
барометрической трубе, который определяем по формуле:
Re =
υ в × d б .т.
νв
,
(43)
где νв – коэффициент динамической вязкости воды, νв = 0,556×10 -6 м2/с,
при температуре tk (приложение 1, таблица 2).
Re =
0,33 × 0,15
= 89000 .
−6
0,556 × 10
Коэффициент трения λтр рассчитаем по формуле:
61
λ = 0,11(
∆
d б .т .
+
68 0.25
) ,
Re
(44)
где ∆ – высота выступов шероховатостей, в расчетах можно принять
∆=0,2мм.
λ = 0,11(
0,0002
68 0.25
+
) = 0,023 .
0,15
89000
Тогда:
Нб.т.
7,65×104
0,332
+ (1 +1,5 + 0,023×
)×
+ 0,5 .
Нб.т. =
985× 9,81
0,15 2 × 9,81
Из этой формулы выражаем Н б.т. Н б.т = 8,25 м.
62
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.
Айнштейн А.Г. Общий курс процессов и аппаратов химической
технологии: Книги 1 и 2. – М.: Высшая школа, 2003. – 1757с.
2. Кавецкий Г.Д., Коралев А.В. Процессы и аппараты пищевых производств:
Учебник. – М.: Агропромиздат, 1991. – 432с.
3. Дытнерский Ю. И. Основные процессы и аппараты химической технологии:
Пособие по проектированию. – М.:Химия, 1991. – 496с.
Стабников В.Н. Проектирование процессов и аппаратов пищевых
4.
производств: Пособие по проектированию. – Киев, 1982. – 199с.
63
Приложение 1
Таблица 1
Насыщенный пар вода на линии насыщения (по давлениям)
Р
1,00
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2,0
2,1
2,2
2,3
2,4
2,5
2,6
2,7
2,8
2,9
3,0
3,1
3,2
3,3
3,4
3,5
3,6
3,7
3,8
3,9
4,0
4,1
4,2
4,3
4,4
4,5
4,6
t
99,64
102,32
104,81
107,14
109,33
111,38
113,32
115,17
116,94
118,62
120,23
121,78
123,27
124,74
126,09
127,43
128,73
129,98
131,20
132,39
133,54
134,66
135,75
135,82
137,86
138,89
139,87
140,84
141,79
142,71
143,62
144,51
145,39
146,25
147,09
147,92
148,73
i′
417,4
428,9
439,4
449,2
458,5
467,22
475,4
483,2
490,7
497,9
504,8
511,4
517,8
524,0
529,8
535,4
540,9
546,2
551,4
551,5
561,4
566,3
571,1
575,7
580,2
584,5
588,7
592,8
596,8
600,8
604,7
608,5
612,3
616,1
619,8
623,4
626,9
i′′
2675
2679
2683
2667
2690
2698
2695
2699
2702
2704
2707
2709
2711
2713
2715
2717
2719
2721
2722
2724
2725
2727
2728
2730
2731
2732
2734
2735
2736
2737
2738
2740
2741
2742
2743
2744
2755
r
2258
2250
2244
2238
2232
2226
2221
2216
2211
2206
2202
2198
2193
2189
2185
2182
2178
2175
2171
2167
2164
2161
2157
2154
2151
2148
2145
2142
2139
2136
2133
2131
2129
2126
2123
2121
2118
64
Р
4,7
4,8
4,9
5,0
5,2
5,4
5,6
5,8
6,0
6,2
6,4
6,6
6,8
7,0
7,2
7,4
7,6
7,8
8,0
8,2
8,4
8,6
8,8
9,0
9,2
9,4
9,6
9,8
10,0
10,5
11,0
11,5
12,0
12,5
13,0
13,5
14,0
14,5
15,0
15,5
16,0
t
149,53
150,31
151,98
151,84
153,32
154,76
156,16
157,52
158,84
160,12
161,32
162,59
163,39
164,96
166,10
167,21
168,30
169,37
170,42
171,44
172,44
173,43
174,40
175,35
176,29
177,21
178,12
179,01
179,88
182,00
184,05
186,04
187,95
190,57
191,00
193,34
195,04
196,68
198,28
199,84
201,36
i′
630,3
633,7
636,9
640,1
646,5
625,7
658,8
664,7
670,5
667,0
681,5
686,9
692,1
697,2
702,2
707,1
711,8
716,4
720,9
725,4
729,8
734,2
738,6
742,8
746,9
750,9
754,8
758,8
762,7
772,1
781,1
789,8
798,3
806,5
814,5
872,2
830,0
837,4
844,6
851,5
858,3
i′′
2746
2747
2748
2749
2750
2752
2754
2755
2757
2758
2760
2761
2762
2764
2765
2766
2767
2768
2769
2770
2771
2772
2773
2774
2775
2776
2777
2778
2778
2779
2781
2783
2785
2786
2787
2789
2790
2790
2792
2793
2793
r
2118
2116
2113
2111
2109
2104
2099
2095
2090
2086
2082
2078
2074
2070
2067
2063
2059
2055
2052
2048
2045
2041
2038
2034
2031
2028
2025
2022
2019
2015
2007
2000
1993
1987
1980
1973
1965
1954
1947
1941
1935
65
Р
16,5
17,0
17,5
18,0
18,5
19,0
19,5
20,0
Здесь:
t
202,85
204,30
205,72
207,10
208,45
209,78
211,09
212,37
i′
865,0
871,6
878,1
884,4
890,6
896,6
902,6
908,6
i′′
2794
2795
2796
2796
2797
2798
2799
2799
r
1929
1923
1918
1912
1907
1901
1896
1891
Р – абсолютное давление, бар;
t – температура, 0С;
i′ - энтальпия кипящей воды,. кДж/кг;
i′′ - энтальпия сухого насыщенного пара, кДж/кг;
r – скрытая теплота парообразования, кДж/кг.
Таблица 2
Физические свойства воды на линии насыщения
T
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
Р
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1,43
1,99
2,69
3,61
4,75
6,17
7,91
10,03
12,55
15,52
ρ
999,9
999,7
998,2
995,7
992,2
988,1
983,2
977,8
971,8
965,3
958,4
951,0
943,1
934,8
926,1
917,0
907,4
897,8
886,9
878,0
863,0
с⋅10-3
4,21
4,19
4,19
4,18
4,18
4,18
4,18
4,19
4,20
4,21
4,22
4,23
4,25
4,27
4,29
4,32
4,35
4,38
4,42
4,46
4,51
λ⋅10-2
55,0
57,5
60,0
61,8
63,5
64,7
66,0
66,7
67,5
68,0
68,2
68,5
68,5
68,5
68,5
68,5
67,4
67,9
67,5
67,0
66,3
а⋅107
1,32
1,37
1,43
1,49
1,53
1,57
1,61
1,63
1,66
1,68
1,69
1,70
1,71
1,72
1,73
1,73
1,73
1,73
1,73
1,72
1,72
ν⋅106
1,789
1,306
1,006
0,805
0,659
0,556
0,478
0,415
0,365
0,326
0,295
0,272
0,225
0,233
0,217
0,203
0,191
0,181
0,173
0,165
0,158
β⋅104
0,63
0,70
1,82
3,21
3,87
4,49
5,11
5,70
6,32
6,95
7,52
8,08
8,64
9,19
9,72
10,3
10,7
11,3
11,9
12,6
13,3
σ⋅103
75,5
74,1
72,6
71,2
69,6
68,6
66,1
64,3
62,6
60,70
58,8
56,9
54,8
52,9
50,7
48,8
46,6
44,3
42,3
40,0
37,6
Рr
13,67
9,52
7,02
5,42
4,31
3,54
2,98
2,55
2,21
1,95
1,75
1,60
1,47
1,36
1,26
1,17
1,10
1,05
1,00
0,96
0,93
66
t – температура, 0С;
c – удельная теплоемкость, Дж/кг×К;
а – коэффициент температуропроводности, м2/с
β - коэффициент объемного расширения, К-1;
σ - коэффициент поверхностного натяжения, Н/м
Р – давление, бар;
ρ - плотность, кг/м3;
λ - коэффициент теплопроводности, Вт/м×К
ν - кинематическая вязкость, м2/с;
Рr – критерий Прандтля.
Таблица 3
Плотность водных растворов этилового спирта при 200С в
зависимости от концентрации
Содержание
спирта, %
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
ρ20, кг/м3
989,3
981,9
975,1
968,6
961,7
953,8
944,9
935,2
922,5
911,4
Содержание
спирта
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
ρ20, кг/м3
902,5
891,1
879,4
867,6
855,6
843,3
831,0
818,0
804,2
789,3
Плотность растворов спирта при температуре t0C определяется по формуле:
ρt=ρ20-0.66(t-20), кг/м3
67
Таблица 4
Плотность водных растворов сахара при 200С в зависимости от концентрации
%
ρ кг/м3
%
ρ кг/м3
%
ρ кг/м3
%
ρ кг/м3
1
1004
19
1079
37
1163
54
1254
2
1008
20
1083
38
1163
55
1260
3
1012
21
1087
39
1174
56
1266
4
1016
22
1092
40
1179
57
1271
5
1020
23
1097
41
1184
58
1277
6
1024
24
1101
42
1189
59
1283
7
1028
25
1105
43
1194
60
1289
8
1034
26
1110
44
1199
61
1295
9
1036
27
1115
45
1205
62
1301
10
1040
28
1120
46
1210
63
1307
11
1044
29
1124
47
1215
64
1313
12
1048
30
1129
48
1221
65
1319
13
1053
31
1134
49
1226
66
1325
14
1057
32
1139
50
1232
67
1331
15
1061
33
1144
51
1237
68
1337
16
1065
34
1149
52
1243
69
1343
17
1070
35
1153
53
1249
70
1350
18
1074
36
1158
Плотность раствора сахара при температуре t0C определяется по формуле:
ρt=ρ20-(0,4-0,0025⋅В)⋅(t-20), кг/м3
В – концентрация раствора, %
68
Таблица 5
Плотность водных растворов глицерина, кг/м3
t0C
Концентрация, % масс
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
20
1026
1050
1074
1100
1127
1154
1181
1208
1235
1261
30
1021
1045
1068
1094
1121
1148
1175
1202
1228
1255
40
1016
1040
1063
1088
1115
1141
1168
1296
1222
1248
50
1011
1034
1057
1083
1109
1135
1162
1189
1215
1242
60
1005
1029
1052
1077
1103
1129
1155
1183
1208
1235
70
1000
1024
1046
1071
1096
1122
1149
1176
1202
1229
80
994
1018
1040
1065
1090
1116
1142
1169
1195
1222
90
988
1013
1035
1059
1084
1110
1136
1162
1189
1216
100
983
1007
1029
1053
1078
1104
1130
1156
1183
1209
Таблица 6
Плотность, коэффициент теплопроводности, теплоемкость и кинематическая
вязкость растительных масел.
0
t, C
Подсолнечное
Хлопковое
λ,
с⋅10-3,
ν⋅106,
Вт/м×К Дж/кг×К м2/с
0,168
1,93
ρ,
кг/м3
914
λ,
с⋅10-3,
Вт/м×К Дж/кг×К
0,168
2,0
ν⋅106,
м2/с
75,1
20
ρ,
кг/м3
921
30
914
0,167
1,96
41,3
907
0,167
2,03
48,6
40
907
0,164
1,99
29,3
900
0,164
2,06
39,4
50
900
0,163
2,02
23,0
893
0,163
2,09
23,6
60
893
0,163
2,05
17,0
887
0,163
2,12
17,6
70
886
0,160
2,08
12,8
880
0,160
2,15
13,5
80
880
0,159
2,11
10,4
873
0,159
2,18
10,5
69
t, 0C
λ,
с⋅10-3,
ν⋅106,
Вт/м×К Дж/кг×К м2/с
0,157
2,14
8,3
λ,
с⋅10-3,
Вт/м×К Дж/кг×К
0,157
2,21
ρ,
кг/м3
867
ν⋅106,
м2/с
8,6
90
ρ,
кг/м3
873
100
866
0,156
2,17
6,7
860
0,156
2,24
6,9
110
859
0,155
2,20
5,6
853
0,155
2,27
5,8
Таблица 7
Плотности водных растворов соли NaCl в зависимости от концентрации и
температуры, ρ кг/м3.
Температура, 0С
%
0
10
20
25
30
40
50
60
80
100
120
140
999
1
1007 1007 1005 1004 1002
994
990
978
965
952
937
2
1015 1014 1012 1011 1009 1005 1001
996
985
971
956
941
4
1030 1029 1026 1025 1023 1019 1015 1010
998
985
971
955
6
1045 1044 1041 1039 1037 1033 1029 1024 1012
999
984
969
8
1061 1059 1055 1053 1051 1047 1043 1038 1026 1013
998
983
10
1076 1074 1070 1068 1066 1062 1067 1052 1040 1027 1013
998
12
1092 1089 1085 1083 1081 1076 1072 1066 1054 1042 1027 1012
14
1108 1104 1100 1098 1096 1091 1086 1081 1069 1056 1042 1027
16
1124 1120 1116 1114 1111 1106 1101 1096 1084 1071 1056 1041
18
1140 1136 1131 1129 1127 1122 1116 1111 1099 1086 1072 1056
20
1156 1152 1147 1145 1142 1137 1132 1126 1114 1101 1087 1071
22
1173 1168 1163 1161 1158 1153 1148 1142 1130 1117 1103 1086
24
1189 1185 1180 1177 1175 1169 1164 1158 1146 1133 1118 1102
26
1207 1202 1197 1194 1191 1186 1180 1174 1162 1149 1133 1118
28
1225 1219 1214 1211 1207 1203 1196 1190 1178 1165 1150 1134
70
1070
1070
1089
1108
1127
1147
1167
1187
1237
8
10
12
14
16
18
20
25
1395
1281
1228
1177
1157
1138
1119
1101
40
1286
1233
1181
1161
1142
1123
1104
1083
1065
1048
1031
1014
20
1337
1292
1237
1185
1165
1145
1126
1107
1086
1068
1050
1033
1016
10
35
30
1052
6
1088
1034
4
0
1017
-5
2
%
1392
1334
1276
1226
1175
1155
1136
1118
1099
1081
1064
1047
1030
1013
25
1389
1331
1276
1223
1173
1153
1134
1116
1097
1080
1062
1045
1028
1012
30
1382
1325
1270
1218
1168
1149
1130
1111
1093
1076
1058
1041
1024
1008
40
1376
1319
1265
1213
1163
1144
1125
1107
1089
1071
1054
1037
1020
1004
50
1370
1313
1259
1207
1158
1138
1120
1101
1084
1066
1049
1032
1015
999
60
1363
1307
1253
1202
1152
1133
1114
1096
1078
1061
1043
1027
1010
994
70
Температура, 0С
1357
1301
1247
1196
1147
1127
1109
1090
1073
1055
1038
1021
1004
988
80
1351
1295
1241
1190
1141
1121
1103
1084
1066
1049
1031
1014
998
981
90
1345
1289
1235
1184
1135
1116
1097
1079
1061
1043
1025
1008
991
974
100
1338
1283
1229
1178
1128
1109
1090
1072
1053
1036
1018
1001
984
967
110
1332
1277
1223
1173
1121
1102
1083
1064
1046
1028
1011
993
976
959
120
1325
1271
1216
1167
1115
1095
1076
1057
1039
1021
1003
985
968
951
130
995
977
960
942
140
1320
1265
1211
1161
1108
1088
1069
1050
1031
1013
Плотности водных растворов соли CaCl2 в зависимости от концентрации и температуры, ρ кг/м3.
71
1313
1259
1204
1155
1101
1081
1062
1043
1023
1005
987
969
952
933
150
Таблица 8
Таблица 9
Вязкость смесей этилового спирта с водой, спз (мПа×с)
Температура
Содержание спирта, %
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
3,311 5,319
6,94
7,14
6,59
5,75
4,762 3,690 2,732 1,773
5
2,577 4,065
5,29
5,59
5,26
4,63
3,906 3,125 2,309 1,623
10
2,178 3,165
4,05
4,39
4,18
3,77
3,268 2,710 2,710 1,466
15
1,792 2,618
3,26
3,53
3,44
3,14
2,770 2,309 1,802 1,332
20
1,538 2,183
2,71
2,91
2,87
2,67
2,370 2,008 1,610 1,200
25
1,323 1,815
2,18
2,35
2,40
2,24
2,037 1,748 1,424 1,096
30
1,160 1,553
1,87
2,02
2,02
1,95
1,767 1,531 1,279 1,003
35
1,006 1,332
1,53
1,72
1,72
1,66
1,329 1,355 1,147 0,914
40
0,907 1,160 1,568 1,482 1,499 1,447 1,344 1,203 1,035 0,834
45
0,812 1,015 1,189 1,239 1,294 1,271 1,189 1,081 0,939 0,764
50
0,734 0,907 1,050 1,132 1,155 1,127 1,062 0,968 0,848 0,702
55
0,665 0,814 0,929 0,998 1,020 0,997 0,943 0,867 0,764 0,644
60
0,609 0,736 0,834 0,834 0,913 0,902 0,856 0,798 0,704 0,592
65
0,554 0,666 0,752 0,802 0,818 0,806 0,766 0,711 0,641 0,551
70
0,514 0,608 0,683 0,727 0,740 0,729 0,695 0,650 0,589 0,504
75
0,476 0,559 0,624 0,663 0,672 0,663 0,636 0,600 0,546 0,471
80
0,430 0,505 0,567 0,601 0,612 0,604
-
-
-
-
72
16
18
20
30
40
50
60
62
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
84
Концентрация
1,24
1,37
1,51
2,44
4,47
10,3
34,0
49,5
71,5
93,0
139
161
374
670
1260
30
1,02
1,11
1,21
1,9
3,32
7,2
21,4
30,3
42,1
55,5
77,0
95,0
180
301
520
1030
2260
5450
40
0,84
0,91
0,93
1,5
2,56
5,02
14,3
19,6
26,5
31,1
41,3
51,0
97
151
249
470
929
2050
5160
50
0,70
0,77
0,82
1,22
2,02
3,2
9,84
13,2
17,5
21,8
26,5
31,0
50
86
133
288
423
866
1820
60
0,66
0,70
0,74
1,12
1,78
3,5
8,34
11,4
14,8
18,1
21,0
24,7
39,9
53,5
97,5
167
310
634
1070
65
0,63
0,65
0,69
1,02
1,62
3,0
7,17
9,3
12,0
15,0
17,6
19,9
32,1
53,4
78,0
131
220
414
858
70
80
0,57 0,52
0,60 0,55
0,64 0,59
0,92 0,81
1,46 1,32
2,8
2,38
6,20 5,32
8,3
6,9
10,6
8,9
12,7 10,5
14,45 12,35
17,1 13,5
28,6 21,8
49,2 37,5
67,5 52,0
113
78
190
125
251
222
681
434
75
0,51
0,52
0,55
0,77
1,22
2,18
4,75
6,1
7,3
9,0
10,4
11,5
85
Температура, 0С
0,50
0,52
0,53
0,71
1,10
1,92
4,10
5,2
6,4
7,7
8,8
9,8
90
0,48
0,49
0,50
0,67
1,04
1,76
3,72
4,6
5,2
6,4
7,5
8,4
95
Вязкость водных растворов сахара, спз=1мПа×с (µ)
0,46
0,46
0,47
0,62
0,96
1,56
3,18
4,0
4,9
5,8
6,6
7,5
100
0,44
0,45
0,46
0,56
0,82
1,32
2,52
3,155
3,8
110
0,42
0,44
0,45
0,51
0,72
1,10
1,90
2,40
3,0
120
73
0,41
0,43
0,44
0,47
0,64
0,97
1,45
1,85
2,25ы
130
Таблица 10
Таблица 11
Коэффициент теплопроводности растворов солей:
λ=λв⋅(1-В⋅α⋅10-5), Вт/(м×К)
λв – коэффициент теплопроводности воды при данной температуре, Вт/(м×К)
В – концентрация, %
Растворенное вещество
α
NaCl
248
CaCl2
309
Таблица 12
Коэффициент теплопроводности сахарных растворов:
λ=К⋅λв⋅(1-556⋅10-5⋅В), Вт/(м×К)
λв – коэффициент теплопроводности воды при данной температуре, Вт/(м×К)
В – концентрация, %
К
%
1,0
0
10
0,890
20
0,834
30
0,777
40
0,720
50
0,660
60
0,605
70
Таблица 13
Удельная теплоемкость растворов солей и щелочей:
С=Сс⋅
В
100
+Св ⋅
100 − В
,кДж/(кг×К)
100
Св – удельная теплоемкость воды, кДж/(кг×К);
В – концентрация раствора, %.
Удельная теплоемкость растворов сахара:
В
, кДж/(кг×К)
С=4,19-(2,52-0,0075⋅t) ⋅
100
t – температура, 0С;
В – концентрация, %.
Удельная теплоемкость сухих веществ.
Растворенное вещество
NaCl
CaCl2
С кДж/(кг×К)
0.87
0.685
74
Таблица 14
Динамический коэффициент вязкости растворов
Вещество
00С
Глицерин,
1210
100%
0
Глицерин, 50% 12
Укс. к-та,
100%
Укс. к-та, 50% 4,35
Этил.спирт,
1,78
100%
Этил.спирт,
3,69
80%
Этил.спирт,
5,75
60%
Этил.спирт,
7,14
40%
Этил.спирт,
5,32
20%
Динамический коэффициент вязкости, мПа (сП)
1000
100С 200С 300С 400С 500С 600С 800С
С
1200
С
3950
1480
600
3,30
180
102
35
13
5,2
8,5
6,05
4,25
3,5
2,6
2
1,2
0,73
0,45
-
1,22
1,04
0,9
0,79
0,7
0,56
0,46
0,37
3,03
2,21
1,7
1,35
1,11
0,92
0,65
0,5
0,4
1,46
1,19
1,0
0,82
0,70
0,59
0,43
0,32
0,24
2,71
2,01
1,53
1,2
0,97
0,79
0,57
0,52
0,43
3,77
2,67
1,93
1,45
1,13
0,9
0,6
0,45
0,34
4,39
2,91
2,02
1,48
1,13
0,89
0,6
0,44
0,34
3,17
2,18
1,55
1,16
0,91
0,74
0,51
0,38
0,3
Таблица 15
Коэффициент объемного расширения жидких веществ и водных
растворов в зависимости от температуры.
Кальций
хлористый,
25% р-р
Уксусная
кислота
Этиловый
спирт
Глицерин,
50%
Глицерин,
100%
β⋅103
-20 С
β⋅103
0С
β⋅103
20 С
β⋅103
40 С
β⋅103
60 С
β⋅103
80 С
β⋅103
100 С
β⋅103
120 С
0,35
0,35
0,39
0,43
0,46
0,49
0,51
0,55
-
1,05
1,07
1,11
1,14
1,18
1,23
1,3
1,03
1,05
1,08
1,13
1,22
1,33
1,44
1,87
-
-
0,53
-
-
-
-
-
-
-
0,53
-
-
-
-
-
75
Таблица 16
Коэффициенты теплопроводности некоторых жидкостей
λ, ккал/м⋅ч⋅0С
Вещество
Уксусная кта, 50%
Уксусная кта, 100%
Глицерин
б/водн
Глицерин,
50%
Спирт этил.,
20%
Спирт этил.,
40%
Спирт этил.,
60%
Спирт этил.,
80%
Спирт этил.,
100%
Температура, 0С
0
20
40
60
80
100
120
0,1
0,15
0,145
0,142
0,155
0,15
0,145
0,143
0,235
0,240
0,242
0,243
0,245
0,250
0,255
0,33
0,365
0,375
0,420
0,38
0,410
0,44
0,465
0,490
0,30
0,33
0,33
0,355
0,410
0,215
0,245
0,27
0,30
0,325
0,223
0,225
0,226
0,226
0,225
0,225
0,225
0,160
0,155
0,150
0,147
Пересчет в СИ: 1ккал/м⋅ч⋅0С=1,163 Вт/(м×К)
76
Таблица 17
Средняя удельная теплоемкость некоторых жидкостей,
С, кДж/(кг×К)
Жидкость
Спирт этил.,
100%
Спирт этил.,
80%
Спирт этил.,
60%
Спирт этил.,
40%
Спирт этил.,
20%
Уксусная кта, 100%
Уксусная кта, 50%
Глицерин,
50%
Глицерин,
100%
Температура, 0С
20
40
50
60
70
80
90
100
2,48
2,72
2,84
2,96
3,08
3,21
3,36
3,51
2,83
3,01
3,11
3,22
3,33
3,43
3,53
3,64
3,14
3,31
3,40
3,48
3,54
3,60
3,69
3,77
3,51
3,64
3,66
3,69
3,75
3,81
3,89
3,94
3,85
3,90
3,91
3,93
3,95
3,98
4,02
4,06
1,99
2,10
2,15
2,21
2,26
2,31
2,36
2,42
3,10
3,14
3,16
3,18
3,22
3,26
3,28
3,30
3,56
3,52
3,52
3,52
-
-
-
-
3,20
2,42
2,50
2,55
2,60
2,70
2,73
2,80
Пересчет в СИ: 1кДж/(кг×К)=1000 Дж/(кг×К)
77
Таблица 18
Физические свойства молока и сливок
0
tC
УдельПлотность ная теплоём3
кость
ρ кг/м
с Дж/кг × К
20
25
30
40
45
50
55
60
65
70
75
80
1029
1027
1025
1021
1019
1017
1014
1011
1009
1006
1003
1000
3913
3918
3922
3934
3918
3897
3876
3855
3858
3855
3855
3855
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
994
992
998
985
983
982
981
980
970
971
965
964
962
4022
4106
3855
3687
3570
3612
3599
3599
3603
3603
3603
3603
3603
Коэффициент
Коэффициент
Критерий
Удельная
динамикинематиПрандтля
теплопро
ческой
ческой
Pr
водность
вязкости вязкости ν 106
λ Вт/м ×К
6
µ 10
м2/с
Па × с
МОЛОКО
0,495
1790
1,74
14,2
0,512
1541
1,50
11,8
0,523
1333
1,30
9,95
0,552
1041
1,02
7,50
0,570
937
0,92
6,10
0,581
854
0,84
5,50
0,593
771
0,76
5,00
0,605
708
0,70
4,50
0,605
656
0,65
4,10
0,616
624
0,62
3,90
0,628
582
0,58
3,60
0,640
560
0,56
3,43
СЛИВКИ
0,371
17728
11,8
148,00
0,321
8824
8,9
114,75
0,324
6916
7,0
81,50
0,329
5417
5,5
64,35
0,334
4227
4,3
47,20
0,340
4124
4,2
36,00
0,345
2548
2,6
26,00
0,351
2519
2,57
25,55
0,358
2503
2,57
25,10
0,3675
2466
2,54
23,10
0,381
2451
2,54
23,10
0,390
2449
2,54
23,00
0,398
2453
2,55
23,00
78
Таблица 19
Вязкость водных растворов неорганических веществ, µ, мПа×с.
Вещество
NaCl
CaCl2
NaCl
CaCl2
Концентрация,
%
5
10
15
20
25
5
10
15
20
25
30
35
40
5
10
15
20
25
5
10
15
20
25
30
35
40
Температура, 0С
-10
4,1
4,9
6,3
9,1
14,2
0
1,86
2,01
2,27
2,67
3,31
1,93
2,17
2,58
3,14
4,03
5,8
8,9
50
0,60
0,67
0,75
0,87
1,05
0,62
0,68
0,84
1,05
1,31
1,90
2,80
4,25
60
0,51
0,57
0,64
0,74
0,91
0,52
0,59
0,72
0,90
1,14
1,58
2,32
3,51
3,37
4,08
5,19
10
1,39
1,51
1,69
1,99
2,38
1,41
1,58
1,87
2,32
3,05
4,4
6,6
20
1,07
1,19
1,34
1,86
1,86
1,10
1,27
1,52
1,89
2,54
3,6
5,1
8,9
Температура, 0С
70
80
0,45
0,40
0,51
0,45
0,56
0,50
0,64
0,87
0,77
0,67
0,46
0,41
0,51
0,45
0,63
0,54
0,79
0,68
0,98
0,84
1,35
1,15
1,95
1,65
2,93
2,47
30
0,87
0,95
1,07
1,24
1,46
0,90
1,00
1,21
1,50
1,92
2,9
4,2
6,9
40
0,71
0,78
0,89
1,03
1,20
0,72
0,80
0,98
1,21
1,52
2,3
3,32
5,1
90
0,35
0,41
0,45
0,51
0,60
0,36
0,40
0,47
0,58
0,73
0,97
1,45
2,05
100
0,32
0,37
0,41
0,47
0,54
0,32
0,36
0,42
0,51
0,63
1,82
1,20
1,65
79
Таблица 20
Коэффициенты теплопроводности некоторых материалов, Вт/(м×К).
λ
200
0,116
0,178
85
380
1,4÷3,1
0,093
35
0,10
45
17
0,75
0,07
Наименование материала
Алюминий
Асбест
Асбозурит
Латунь
Медь
Накипь котельная
Ньювель
Свинец
Совелит
Сталь, чугун
Сталь нержавеющая
Стекло
Шлаковая вата
Таблица 21
Значение нормальной депрессии для водных
растворов различных веществ, 0С.
Растворенное
вещество
NaCl
CaCl2
Сахар
Концентрация, %
10
20
1,9
1,5
0,2
4,9
4,5
0,4
30
35
9,6
10,5 14,3
0,7 0,9
40
45
50
19
1,2
24,3
1,5
30
2,0
55
60
36,5 43,0
2,6 3,8
65
70
4,2
5,4
Таблица 22
Поправочный коэффициент в формуле Тищенко.
Абсолютное давление
0,06
0,08
0,1
0,15
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,8
1,0
η
0,64
0,66
0,69
0,73
0,76
0,81
0,85
0,89
0,91
0,96
1,00
80
Таблица 23
Средняя температура и относительная влажность
атмосферного воздуха в различных районах России.
Наименование
пункта
tC
ϕ%
tC
ϕ%
1
Алма-Ата
Астрахань
Ашхабад
Баку
Батуми
Брянск
Владивосток
Ворошиловград
Владимир
Вологда
Воронеж
Волгоград
Горький
Грозный
Днепропетровск
Ереван
Иваново
Казань
Калуга
Керчь
Киев
Кишинев
Краснодар
Курск
Львов
Минск
Николаев
Одесса
Орел
Рига
Ростов-на-Дону
Саратов
Свердловск
2
-8,6
-7,1
-0,4
3,4
6,3
-8,8
-13,7
-7,0
-11,7
-12,0
-9,8
-9,9
-12,2
-4,9
-6,0
-5,8
-12,0
-13,6
-9,7
-1,3
-6,0
-4,3
-2,1
-9,3
-4,0
-6,8
-4,0
-3,1
-9,6
-5,1
-6,1
-11,3
-16,2
3
87
91
84
82
78
88
74
84
84
85
90
85
89
88
88
89
90
86
89
88
89
88
90
88
87
88
88
88
92
86
89
84
84
4
22,1
23,2
29,6
23,3
23,1
18,2
20,6
22,2
18,3
17,0
20,0
20,7
19,4
23,9
22,3
25,0
18,8
19,9
18,4
23,4
19,3
21,6
23,7
19,4
18,1
17,5
23,1
22,6
18,6
17,9
23,7
23,1
17,2
5
56
58
41
65
84
74
77
69
69
70
62
50
68
70
60
50
71
63
68
68
69
62
67
67
74
78
68
61
77
75
59
53
70
0
Январь
0
Июль
81
1
Смоленск
Тамбов
Ташкент
Тбилиси
Харьков
Херсон
Челябинск
2
-8,4
-11,1
-1,3
-1,0
-7,7
-3,4
-16,2
3
88
88
81
80
88
89
84
4
17,6
20,0
25,8
24,6
20,6
23,3
18,6
5
78
68
46
51
65
62
72
Таблица 24
Параметры сушки и характеристика различных материалов.
t2 Q
А
wв
Материал
t1
Аммиачная
100÷120 60 55
4÷6
1,5÷2,0
селитра
Кукуруза
150
55 50
20
2,5÷3,0
Поваренная
150
45 40
7÷9
1,5÷2,0
соль
Поваренная
500
100 70
15
1,5÷2,0
соль
Подсолнечные
200
60 50
20
1,8÷2,0
семена
Пшеница
120
55 50
20
2,0÷2,5
Пшеница
140
55 50
20
2,0÷2,5
Сахарный
100
70 70
7
0,8÷1,0
песок
Свекловичный
400
100 90 100÷120 1,8÷2,2
жом
Сернокислый
120
65 55
9÷11
1,5÷2,0
аммоний
Здесь
ссух
ρ
β
α
1600
800÷850
0,14 4
1550
600÷850
0,18 4
900
700÷750
0,14 4
900
750÷800
0,14 4
1520
440÷460
0,15 3
1650
1650
750÷850
750÷850
0,15 3
0,15 3
1100
790
0,15 4
1340
220÷600
0,18 4
1380 900÷1000 0,14 4
t1 – предельная температура сушильного агента, 0С;
t2 – температура сушильного агента на выходе из сушилки, 0С;
Q – предельная температура нагрева материала, 0С;
А – напряжение барабана по влаге, кг/(м3×ч);
wв – допустимая скорость агента на выходе из сушилки, м/с;
ссух – удельная теплоемкость абсолютно сухого материала, Дж/(кг×К);
ρ - насыпная плотность материала, кг/м3;
β - коэффициент заполнения барабана;
α - угол наклона барабана, град.
82
Таблица 25
Объем влажного воздуха на 1кг сухого воздуха, V0 м3/кг.
t
10
20
30
40
50
60
70
80
0,912
0,928
0,945
0,963
0,982
1,00
1,02
1,05
1,07
1,10
1,13
1,16
1,20
0,919
0,937
0,958
0,979
1,00
1,08
1,06
1,09
1,13
1,17
1,22
1,28
1,35
0,925
0,947
0,979
0,996
1,02
1,08
1,09
1,14
1,19
1,26
1,33
1,43
1,55
0,933
0,956
0,983
1,01
1,05
1,09
1,13
1,25
1,26
1,36
1,47
1,62
1,81
0,940
0,966
0,996
1,03
1,07
1,12
1,17
1,31
1,34
1,46
1,63
1,86
2,17
0,947
0,976
1,01
1,05
1,09
1,15
1,22
1,38
1,43
1,59
1,83
2,19
2,72
0,954
0,986
1,02
1,07
1,12
1,19
1,27
1,31
1,63
1,75
2,08
2,65
3,63
0,962
0,996
1,04
1,09
1,15
1,22
1,32
1,46
1,65
1,94
2,42
3,35
5,45
ϕ
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
Таблица 26
Удельная теплота парообразования, кДж/кг.
Вещество
Температура, 0С
0
20
40
60
80
100
120
140
Уксусная
кислота
-
352
365
375
384
390
405
396
Этиловый
спирт
920
910
900
877
850
810
760
710
83
Таблица 27
Насыщенный пар и вода на линии насыщения (по давлениям).
Р
0,04
0,045
0,050
0,055
0,060
0,065
0,070
0,075
0,080
0,085
0,090
0,095
0,10
0,11
0,12
0,13
0,14
0,15
0,16
0,17
0,18
0,19
0,20
0,21
0,22
0,23
0,24
0,25
0,26
0,27
0,28
0,29
0,30
0,32
0,34
0,36
0,38
0,40
t 0С
28,98
31,03
38,88
34,59
36,18
37,65
39,03
40,32
41,54
42,69
43,79
44,84
45,84
47,72
49,45
51,07
52,58
54,00
55,34
56,61
57,82
58,98
60,08
61,14
62,16
63,14
64,08
64,99
65,88
66,73
67,55
68,35
69,12
70,60
72,02
73,36
74,64
75,88
ρв
995,9
995,3
994,7
994,2
993,6
993,1
992,5
992,0
991,5
991,0
990,6
990,2
989,8
989,0
988,2
987,5
986,8
986,1
985,5
984,9
984,3
983,7
983,1
982,5
982,0
981,5
981,0
980,5
980,0
979,5
979,0
978,5
978,1
977,3
976,5
975,8
975,0
974,2
ρn
0,02873
0,03211
0,03547
0,03880
0,04212
0,04542
0,04871
0,05198
0,05525
0,05849
0,06172
0,06473
0,06812
0,07462
0,08097
0,08726
0,09354
0,09880
0,1060
0,1123
0,1185
0,1247
0,1308
0,1369
0,1430
0,1491
0,1551
0,1612
0,1673
0,1733
0,1793
0,1853
0,1913
0,2032
0,2151
0,2269
0,2387
0,2504
i′
121,4
130,0
137,8
144,9
151,5
157,7
163,4
168,8
173,9
178,7
183,3
187,7
191,9
199,7
207,0
213,8
220,1
226,1
236,9
237,2
241,9
246,7
251,4
255,9
260,2
264,3
268,2
272,0
275,7
279,3
282,7
286,0
289,3
295,5
301,5
307,1
312,5
317,7
I
2554
2557
2561
2564
2567
2570
2572
2574
2576
2578
2580
2582
2584
2586
2591
2594
2596
2599
2603
2604
2605
2607
2609
2611
2613
2614
2616
2618
22620
2621
2623
2624
2625
2627
2630
2632
2634
2636
r
2438
2427
2423
2419
2415
2412
2409
2405
2402
2399
2397
2394
2392
2388
2384
2380
2376
2373
2366
2365
2363
2360
2358
2355
2353
2350
2348
2346
2344
2342
2430
2336
2336
2332
2338
2325
2322
2318
84
Р
0,45
0,50
0,55
0,60
0,65
0,70
0,75
0,80
0,85
0,90
0,95
1,00
Здесь
t 0С
78,75
81,35
83,74
85,95
88,02
89,87
91,80
93,52
95,16
96,72
97,34
99,64
ρв
972,5
970,9
969,4
968,0
966,6
965,3
964,1
962,9
961,8
960,7
959,6
958,5
ρn
0,2797
0,3087
0,3375
0,3661
0,3946
0,4230
0,4512
0,4792
0,5071
0,5350
0,5627
0,5903
i′
329,6
340,6
350,7
360,0
368,6
376,8
384,5
391,8
398,7
405,3
411,4
417,4
I
2641
2645
2649
2653
2657
2660
2663
2665
2668
2670
2673
2675
r
2311
2304
2298
2293
2288
2283
2278
2273
2269
2265
2261
2258
Р – абсолютное давление, бар;
t – температура, 0С;
ρв – плотность кипящей воды, кг/м3;
ρn – плотность сухого насыщенного пара, кг/м3;
i′ - энтальпия кипящей воды, кДж/кг;
i – энтальпия сухого насыщенного пара;
r – скрытая теплота парообразования, кДж/кг.
85
Приложение 2
Таблица 1
Теплообменники ТТ из углеродистой стали
Индекс изделия
Условная
поверхность
нагрева
Fy , м
2
Расчетная
поверхность
нагрева
Fp , м
2
Основные размеры, мм
Количество труб
Длина
трубы,
l , мм
D×s
d×s
~ L1
B
ТТ114. 001. 011
1
1,07
1
6000
89x4
57x3,5
6200
300
ТТ114. 001. 021
ТТ114. 001. 031
ТТ114. 002. 041
2
2,14
3,21
3,05
2
3
1
6000
6000
9000
89x4
89x4
159x5
57x3,5
57x3,5
108x4
6920
6920
9250
300
300
400
3,15
ТТ114. 001. 051
4
4,28
4
6000
89x4
57x3,5
6920
300
ТТ114. 001. 061
5
5,35
5
6000
89x4
57x3,5
6920
300
6,42
6
6000
89x4
57x3,5
6920
300
6,1
2
9000
159x5
108x4
9980
400
8,56
8
6000
80х4
57x3,5
6920
300
10,7
10
6000
89x4
57x3,5
6920
300
9,15
3
9000
159x5
108x4
9980
400
12,85
12
6000
89x4
57x3,5
6920
300
12,2
4
9000
159x5
108x4
9980
400
17,1
16
6000
89x4
57x3,5
6920
300
15,25
5
9000
159x5
108x4
9980
400
21,4
20
6000
89X4
57x3,5
6920
300
18,3
6
9000
159x5
108x4
9980
400
25,6
24
6000
89x4
57x3,5
6920
300
24,2
8
9000
159x5
108x4
9980
400
30,2
30
6000
89x4
57x3,5
6920
300
30,5
10
9000
159x5
108x4
9Э80 400
40,6
38
6000
89x4
57x3,5
6920
300
39,6
13
9000
159x5
108x4
9380
400
51,2
48
6000
89x4
57x3,5
6920
300
48,7
16
9000
159x5
108x4
9950
400
64,2
60
6000
89x4
57x3,5
6920
300
61
20
9000
159x5
108x4
9380
400
81,3
76
6000
89X4
57x3,5
6920
300
79,3
26
9000
159x5
108x4
9980
400
100
94
6000
89x4
57x3,5
6920
300
97,5
32
9000
159x5
108x4
9980
400
126
118
6000
89x4
57x3,5
6920
300
122
40
9000
159x5
108x4
9980
400
160,5
150
6000
89x4
57x3,5
6920
300
158,5
52
9000
159x5
108x4
9980
400
203
190
6000
89x4
57x3,5
6920
300
201,3
66
9000
159x5
108x4
9980
400
250
234
6000
89x4
57x3,5
6920
300
ТТ114. 001. 071
ТТ114. 002. 081
ТТ114. 001. 091
ТТ114. 001. 101
ТТ114. 002. 111
ТТ114. 001. 121
ТТ114. 002. 131
ТТ114. 001. 141
ТТ114. 002. 151
ТТ114. 001. 161
ТТ114. 002. 171
ТТ114. 001. 181
ТТ114. 002. 191
ТТ114. 001. 201
ТТ114. 002. 211
ТТ114. 001. 221
ТТ114. 002. 231
ТТ114. 001. 241
ТТ114. 002. 251
ТТ114. 001. 261
ТТ114. 002. 271
ТТ114. 001. 281
ТТ114. 002. 291
ТТ114. 001. 301
ТТ114. 002: 311
ТТ114. 001. 321
ТТ114. 602. 331
ТТ114. 001. 341
ТТ114. 002. 351
ТТ114. 001. 361
ТТ114. 002. 371
ТТ114. 001. 381
6,3
8
10
12,5
16
20
25
31,5
40
50
63
80
100
125
160
200
250
86
Таблица 2
Теплообменники ТТ из коррозионностойкой стали
Основные размеры, мм
Индекс изделия
Условная
поверхность
нагрева
Fy , м
2
Расчетная
поверхность
нагрева
Fp , м
2
Количество труб
Длина
трубы,
l , мм
D×s
d×s
~ L1
B
ТТ114. 001. 012
1
1,07
1
6000
89x4,5
57x3,5
6200
300
ТТ114. 001. 022
2
2,14
2
6000
89x4,5
57x3,5
6920
300
3,21
3
6000
89x4,5
57X3,5 6920
300
3,05
1
9000
108x5
9250
400
57x3,5
6920
300
57X3,5 6920
300
ТТ114. 001. 032
ТТ114. 002. 042
3,15
ТТ114. 001. 052
4
4,28
4
6000
ТТ114. 001. 062
5
5,35
5
6000
159x6
89 x 4 ,
5
89x4,5
6,42
6
6000
89x4,5
57x3,5
6920
300
6,1
2
9000
159x6
108x5
9980
400
8,56
8
6000
89x4,5
57x3,5
6920
300
10,7
10
6000
89x4,5
57x3,5
6920
300
9,15
3
9000
159x6
108x5
9980
400
12,85
12
6000
89x4,5
57x3,5
6920
300
12,2
4
9000
159x6
108 x 5 9980
400
17,1
16
6000
89x4,5
57x3,5
6920
300
15,25
5
9000
159x6
108x5
9980
400
21,4
20
6000
89x4,5
57x3,5
6920
300
18,3
6
9000
159x6
108x5
9980
400
25,6
24
6000
89x4,5
57x3,5
6920
300
24,2
8
9000
159x6
108x5
9980
400
30,2
30
6000
89x4,5
57x3,5
6920
300
30,5
10
9000
159x6
108x5
9980
400
40,6
38
6000
89x4,5
57x3,5
6920
300
39,6
13
9000
159x6
108x5
9S80 400
51,2
48
6000
89x4,5
57x3,5
6920
300
48,7
16
9000
159x6
108x5
9980
400
64,2
60
6000
89x4,5
57x3,5
6920
300
61
20
9000
159x6
108 x 5 9980
400
81,3
76
6000
89x4,5
57x3,5
6920
79,3
26
9000
159x6
108x5
9980
100
94
6000
89x4,5
57x3,5
6920
300
400
.
300
97,5
32
9000
59x6
08x5
9980
400
126
118
6000
89x4,5
57x3,5
6920
300
122
40
9000
59x6
08x5
9980
400
160,5
150
6000
89x4,5
57x3,5
6920
300
158,5
52
9000
59x6
08x5
9980
400
203
190
6000
89x4,5
57x3,5
6920
300
201,3
66
9000
59x6
08x5
9980
400
ТТ114. 001. 072
ТТ114. 002. 082
ТТ114. 001. 092
ТТ114. 001. 102
ТТ114. 002. 112
ТТ114. 001. 122
ТТ114. 002. 132
ТТ114. 001. 142
ТТ114. 002. 152
ТТ114. 001. 162
ТТ114. 002. 172
ТТ114. 001. 182
ТТ114. 002. 192
ТТ114. 001. 202
ТТ114. 002. 212
ТТ114. 001. 222
ТТ114. 002. 232
ТТ114. 001. 242
ТТ114. 002. 252
ТТ114. 001. 262
ТТ114. 002. 272
63
8
10
12.5
16
20
25
31,5
40
50
63
ТТ114. 001. 282
ТТ114. 002. 292
ТТ114. 001, 302
ТТ114. 002. 312
ТТ114. 001. 322
ТТ114. 002. 332
ТТ114. 001. 342
Till 4. 002. 352
TT114. 001. 362
TT114. 002. 372
80
100
125
160
200
87
Размеры, мм
При диаметре внутренней
трубы
57
108
L
H
a
b
6200
9250
599
799
4000
5000
1100
2125
Рисунок 1. Блок теплообменника ТТ
Размеры, мм
При длине трубы
6000
9000
dy
l1
l2
50
100
105
120
150
210
Рисунок 2. Элемент теплообменника ТТ
88
Рисунок 3. Сборочный чертеж теплообменника типа ТТ
Рисунок 4. Сборочный чертеж теплообменника типа ТТ, вид сбоку
89
Таблица 3
Рекомендуемые основные размеры и техническая характеристика элементов
теплообменников типа ТТ из углеродистой стали
d H × s DH × s
l
Техническая
характеристика
Площадь
поперечног
о сечения
межт
внут рубн
ренн ого
их прос
труб транс
тва
м 2 ⋅ 10 4
мм
80х4
80x5
89x4
TT-48
48X4.
33,4
12,5
22.0
20,4
9000
33,4
28,4
89x4
26,0
95x4
95x5
95x4
34,1
18,5
89x4
89x6
21,0
6000
9000
95x5
108x5
159x5
1,356
1,074
31,0
26,0
21,0
34,1
1,611
31,0
9000
ТТ-108
0,904
28,4
89x6
89x6
57x4
20,4
6000
80x4
89x4
ТТ-57
22,0
89x6
80x5
Поверхность теплообмена,
мг
Тип элемента
Основные размеры
1200 75,4
0
3,052
83,0
4,069
Примечания:
1 Поверхность теплообмена определена по наружному диаметру внутренней
трубы.
2. Расчетное давление в трубном или межтрубном пространстве 1,0; 1,6; 2,5;
4,0 и 6,4 Мн 2
м
90
Таблица 4
Fр
Fн
Количество элементов в
секции
Общее количество
элементов
номи
расче
нальтная
ная
Количество секций
Поверхност
ь
теплообмена
Рекомендуемые поверхности теплообменников типа ТТ из углеродистых и
высоколегированных сталей компонуемых из стандартных элементов
При h = 200 мм.
Основные размеры
L
м2
l
H
мм
1.6
1,81
2
2
200
2,5
2,71
3
3
400
3,15
3,62
4
4
600
4,0
4,52
5
5
800
5.0
5,42
6
6
1000
6,3
6,33
7
7
8.0
8,14
9
9
1600
10,0 10,84
6
12
1000
7
14
1200
16,0 16,28
9
18
1600.
20.0 21,68
12
24
2200
12,5 12,66
25,0 24,41
1
2
3
9
2
31,5 32,56
3
12
2
40,0
9000
36
6500
6000
24
9500
9000
6500
6000
40,68 3
10
30
9
36
12
48
9500
9000
-
1200
1600
9500
44
63.0 65,12
6000
18
11
4
6500
27
39,82 4
50,0 48,82
B
300
400
300
2200
400
300
2000
600
1800
400
1600
600
2200
91
Таблица 5
Fр
Fн
Количество элементов в
секции
Общее количество
элементов
номи расч
наль- етная ная
Количество секций
Поверхностьт
еплообмена
Рекомендуемые поверхности теплообменников типа ТТ из углеродистых и
высоколегированных сталей компонуемых из стандартных элементов
При h = 300 мм.
Основные размеры
L
м2
1,0
l
H
мм
1,07
1
1
—
3,15 3,22
3
3
600
4
4
900
4,0
B
4,30
1
-
5,0
5,37
5
5
1200
6,3
6,44
6
6
1500
8,0
8,59
8
8
10,0 10,74
5
10
1200
6
12
1500
16,0 17,18
8
16
2100
20,0 19,33
9
18
2400
26,76
8
24
2100
5
15
9500
9000
30
6500
6000
20
9500
9000
6500
6000
12,5 12,88
6500
6000
2100
2
300
25,0
24,16
3
1200
400
2700
300
31.5 32,22
2
10
42,96
4
40
38,66
3
24
50,0 51,55
4
600
40,0
8
63,0 64,44
400
2100
32
40
9500
9000
5
800
80,0 80,55
50
10
100.0 96,66
600
6
2700
60
1000
92
Таблица 6
Количество элементов в
секции
Общее количество
элементов
номирасчетнальная F р
ная Fн
Количество секций
Поверхность
теплообмена
Рекомендуемые поверхности теплообменников типа ТТ из углеродистых и
высоколегированных сталей компонуемых из стандартных элементов
При h = 800 мм.
Основные размеры
L
м2
l
H
B
мм
12,5
12,21
16,0
15,26
20,0
20,34
25,0
24,42
31,5
30,52
40,0
40,64
50,0
48,83
63,0
61,04
80,0
81,28
100,0
97,66
125,0
122,08
160,0
162,56
200,0
195,32
250,0
244,16
1
2
3
4
4
5
5
4
8
5
10
4
12
4
3
20
5
9000
12500 12000
9500
9000
2400
3200
3200
12500 12000
9500
2400
9000
6
5
8
10
40
48
60
600
600
900
24
30
400
900
3200
15
—
2400
20
4
6
9500
12500 12000
4000
1200
5600
7200
1500
93
Приложение 3
Таблица 1
Основные параметры и размеры конденсаторов типа КП
Диаметр
Давление
кожуха,
Ру, МПа
мм
630
800
1000
1200
1400
1,0
1,6
2,5
1,0
1,6
2,5
1,0
1,6
2,5
1,0
1,6
2,5
1,0
1,6
2,5
Поверхность
L,
теплообмена,
2
м с т/о трубами мм
Ш 25
Dу, мм при числе
H, ходов по трубам Dy1, Dу2,
мм мм
мм
4
6
2
105; 93; 86
6900 1060 200
150
100
191; 173; 164
7080 1354 250
200
150
325; 300; 289
7290 1558 300
200
150
489; 460; 442
7500 1780 300
250
200
675; 642; 626
7750 1980 350
250
200
300
250
200
400
300
250
400
300
300
500
400
350
500
400
350
100
150
200
250
250
Пример условного обозначения: Конденсатор с плавающей головкой 1000КП1,6-М1 /25-6-2-Т (по ТУ 3612-023-00220302-01)
• 1000 — диаметр кожуха, мм;
• КП — конденсатор с плавающей головкой;
• 1.6 — давление в кожухе, МПа;
• M1 — материал исполнения;
• 25 — диаметр теплообменных труб, мм;
• 6 — длина труб, м;
• 2 — двухходовой;
• Т — с теплообменными трубами, расположенными в решетке по
вершинам равностороннего треугольника.
94
Таблица 2
Основные параметры и размеры теплообменников типа ТН, ТК
Диаметр
кожуха,
мм
Давление
РУ, МПа
1
2
159
(наруж.)
1,6
2,5
Поверхность
теплообмена, м*
с т/о трубами Ш
20/25
3
L,
мм.
число
ходов
4
1400
1900
5
1400
1900
2,5/2,0 3,5/3,0
2400
3400
2400
3400
4,0/3,0 6,0/5,0
1450
1950
1450
1950
8,5/6,5 12,5/10,0
2450
3450
2450
3450
4,0/3,0 6,0/5,0
1500
2000
1500
2000
8,5/6,5 12,5/10,0
2500
3500
2500
3500
8,5/6,5 11,0/9,0
2200
2670
2170
2670
3670
17,0/13,0 22,5/17,5
4670
3670
4670
21/16 31/24
2790
3790
2720
3720
42/31 63/47
4790
6790
4720
6720
21/16 31/24
2790
3790
2720
3720
42/31 63/47
4790
6790
4720
6720
21/16 31/24
2790
3790
2720
3720
42/31 63/47
4790
6790
4720
6720
48/38 73/58
2940
3940
2910
3910
97/77 146/116
4840
6840
4910
6910
1,0/1,0 1,5/1,5
1,6
273
(наруж.)
2,5
325
(наруж.)
1,6
2,5
1,6
426
(наруж.)
2,5
400
(внутр.)
600
(внутр.)
1,0 2,5
1,0 1,6
Н, Dy, L1,
мм мм мм
6
7
430
80
544 100
544 100
596 100
726 150
726 150
726 150
1060 200
8
1000
1500
2000
3000
1000
1500
2000
3000
1000
1500
2000
3000
1500
2000
3000
4000
2000
3000
4000
6000
2000
3000
4000
6000
2000
3000
4000
6000
2000
3000
4000
6000
А, А0,
мм мм
9
620
1120
1620
2620
600
1100
1600
2600
570
1070
1570
2570
1050
1550
2550
3550
1520
2520
3520
5520
1520
2520
3520
5520
1550
2550
3550
5550
1500
2500
3500
5500
10
-
-
440
460
530
445
520
95
48/38 73/58
2950
3950
97/77 146/116
4950
6950
90/71 135/106
3070
4070
3160
4160
179/142 272/213
5070
7070
5160
7160
90/71 135/106
3140
4140
3190
4190
179/142 272/213
5140
7140
5190
7190
90/71 135/106
3220
4220
3225
4225
179/142 272/213
5220
7220
5220
7225
230/190 308/254
3315
4315
3440
4440
7315
3365
4365
7440
3425
4425
7365
3370
4370
7425
3480
4480
7370
5465
7465
7380
5645
7645
5635
7635
5730
7730
2,5
1,0
800
(внутр.)
1,6
2,5
1,0
463/382
1000
(внутр.)
1,6
320/190 308/257
463/382
2,5
230/190 308/254
463/382
1200
(внутр.)
1,0
2,5
448/367 674/552
448/367 674/552
-
1060 200
1254 250
1254 250
1254 250
1458 300
1662 350
2000
3000
4000
6000
2000
3000
4000
6000
2000
3000
4000
6000
2000
3000
4000
6000
3000
4000
6000
3000
4000
6000
3000
4000
6000
4000
6000
4000
6000
1450
2450
3450
5450
1450
2450
3450
5450
1410
2410
3410
5410
1400
2400
3400
5400
545
630
650
635
650 760
3300
5300
785
3300
5300
Пример условного обозначения: Теплообменник с неподвижными трубными
решетками 325ТНГ-2,5-М1/25-3-2 ТУ 26-02-1 105-89
• 325 — диаметр кожуха, мм;
• ТНГ — теплообменник с неподвижными трубными решетками
горизонтальный;
• на условное давление в трубах и кожухе 2,5 МПа;
• M1 — материал исполнения;
• 25 — диаметр теплообменных труб, мм;
• 3 — длина труб, м;
• 2 — двухходовой по трубам.
96
Рисунок 1. Горизонтальные конденсаторы типа КП с плавающей головкой
ТУ 3612-023-00220302-01 (взамен ТУ 3612-086-0021 7298-97).
Рисунок 2. Горизонтальные и вертикальные теплообменники с неподвижными трубными
решетками и компенсатором на кожухе ТУ 26-02-1105-89.
97
Приложение 4
Рисунок 1. Габаритная схема барабанной прямоточной сушилки
диаметром 1000 – 2200 мм.
Рисунок 2. Габаритная схема барабанной противоточной сушилки
диаметром 1000 – 2200 мм.
98
Рисунок 3. Габаритная схема барабанной прямоточной сушилки
диаметром 1000 – 2200 мм.
Рисунок 4. Габаритная схема барабанной противоточной сушилки
диаметром 1000 – 2200 мм.
Таблица штуцеров
Обозначение
А
Б
В
Г
Д
Е
Назначение
Вход влажного продукта
Выход готового продукта
Вход теплоносителя
Выход теплоносителя
Выход остатков продукта
Вход воды
99
Таблица 1
Техническая характеристика барабанной сушилки
Диаметр и Толщина
длина
стенки
барабана, барабана,
мм
мм
D
1000
1200
1600
2000
2200
Основные размеры, мм
l
L
4000
6000
6000
8000
10000
8000
10000
12000
8000
10000
12000
10000
12000
14000
16000
l1
l3
l2
850 2300
1050
1450
1250 3500
1475
1650 4700 900 1875
2050 5900
2275
1650 4700
1875
2050 5900 1600 2275
2500 7000
2725
1650 4700
1925
2050 5900
2325
2500 7000
2775
2050 5900 1200 2325
2500 7000
2775
2900 8200
3175
3350 9300
3625
5
6
8
10
12
800
l5*
l4
1030
H
H 1*
h
490 967 1120 1155
1430
1830
2230
1900
2300
2750
1960
2360
2810
2375
2825
3225
3675
525 1160 1220 1275
575 1453 1420 1770
600 1783 1620 2010
700 1892 1720 2070
Таблица 2
Вес сушилок в зависимости от типа насадки
Диаметр и длина
барабана, мм
D
L
4000
1000
6000
1200
Тип
Вес, Диаметр и длина
Тип
Вес,
насадки
кг
насадки кг
барабана, мм
6000
8000
D
C
5550
L
5200
LC
L
D
С
10500
L
9220
5430
LC
C
6160
L
5570
LC
6030
C
8460
L
7990
LC
8360
C
9350
L
8610
LC
9150
1200
10000
8000
1600
10000
12000
Диаметр и длина
барабана, мм
Тип
насадки
Вес,
кг
L
8000
24580
10000
26630
9860
12000
28930
С
16230
8000
L
15380
LC
16960
С
17720
L
16620
LC
17450
С
19060
L
17720
LC
2000
2200
LC
31720
10000
34120
12000
38490
16000
40910
19000
100
Приложение 5
Таблица 1
Типы выпарных аппаратов.
Типы
аппарата
Исполнения
1
I
2
1
II
2
1
III
2
IV
1
V
2
1
VI
2
Наименования
Аппараты выпарные с естественной циркуляцией, соосной
греющей камерой и кипением раствора в трубках.
Аппараты выпарные с естественной циркуляцией, греющей
камерой и солеотделением.
Аппараты выпарные с естественной циркуляцией, вынесенной
греющей камерой и кипением раствора в трубках.
Аппараты выпарные с естественной циркуляцией, вынесенной
греющей камерой и зоной кипения.
Аппараты выпарные с принудительной циркуляцией, соосной
греющей камерой и солеотделением.
Аппараты выпарные с принудительной циркуляцией, соосной
греющей камерой и вынесенной зоной кипения.
Аппараты выпарные с принудительной циркуляцией,
вынесенной греющей камерой и вынесенной зоной кипения.
Аппараты выпарные плёночные с восходящей плёнкой и
соосной греющей камерой.
Аппараты выпарные плёночные с восходящей плёнкой и
вынесенной греющей камерой.
Аппараты выпарные со стекающей плёнкой и соосной греющей
камерой.
Аппараты выпарные со стекающей плёнкой и вынесенной
греющей камерой.
Шаг и размещение трубок греющих камер должны соответствовать размерам,
указанным ниже.
101
Рисунок 1. Типы и исполнения выпарных аппаратов
Рисунок 2. Типы и исполнения выпарных аппаратов
102
Рисунок 3. Типы и исполнения выпарных аппаратов
Рисунок 4. Типы и исполнения выпарных аппаратов
103
Рисунок 5. Типы и исполнения выпарных аппаратов
Рисунок 6. Типы и исполнения выпарных аппаратов
104
Таблица 2
Поверхность
теплообмена,
м2
Исполнение
Типы
аппаратов
Основные параметры и размеры выпарных аппаратов.
Расчетное
давление в
греющей камере,
МПа
Основные размеры
греющих труб, мм
Диаметр
25
1
10-1400
38
I
2
25-2800
1
3
6
II
1,2
25-1250
25
38
25
10
16
38
25
III
1
25-1350
38
25
IV
1,2
25-1250
1
38
3
V
1,2
63-2500
6
10
VI
1,2
63-1600
16
38
57
38
57
Длина
3000
4000
4000
5000
4000
5000
4000
5000
7000
3000
4000
4000
5000
7000
4000
5000
5000
6000
7000
4000
5000
5000
6000
7000
5000
7000
7000
9000
4000
5000
6000
7000
105
Соотношение площадей сечения циркуляционных труб и труб греющей
камеры должны быть:
а) для аппаратов с кипением раствора в трубках греющей камеры - от
0,3 до 0,6;
б) для аппаратов с вынесенной зоной кипения и аппаратов с
принудительной циркуляцией – от 0,9 до 1,5.
Номинальные поверхности теплообмена FН должны выбираться из ряда:
10, 16, 25, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000,
1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500, 2900, 3150 м2.
Диаметры обечаек греющих камер DН должны выбираться из ряда: 325,
400, 600, 800, 1000, 1200, 1400, 1600, 2000, 2200, 2400, 2600, 2800, 3000, 3200
мм.
Диаметры сепараторов DС должны выбираться из ряда: 600, 800, 1000,
1200, 1400, 1800, 2000, 2200, 2400, 2800, 3000, 3200, 3400, 3600, 3800, 4000,
4500, 5000, 6000, 6400, 7000, 8000 мм.
Диаметры циркуляционных труб DЦ должны выбираться из ряда: 159,
219, 273, 325, 400, 500, 600,700, 800, 1000, 1200, 1400, 1600 мм.
106
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава 1. Расчет теплообменника типа «труба в трубе»………………………...3
1.1.Тепловой расчет………………………………………………………...3
1.2. Расчет изоляции аппарата……………………………………………..11
1.3.Определение размеров патрубков……………………………………..12
1.4. Гидравлический расчет………………………………………………...13
Глава 2. Расчет кожухотрубного конденсатора…………………………………..17
2.1. Тепловой расчет…………………………………………………………17
2.2. Расчет изоляции аппарата………………………………………………23
2.3. Гидравлический расчет…………………………………………………24
Глава 3. Расчет барабанной сушилки……………………………………………..26
3.1. Технологический расчет установки……………………………………26
3.2. Расчет циклона…………………………………………………………..37
3.3. Расчет вентилятора……………………………………………………...40
Глава 4. Расчет вакуум-выпарного аппарата……………………………………..42
4.1. Технологический расчет………………………………………………..42
4.2. Расчёт толщины тепловой изоляции…………………………………..52
4.3. Ориентировочный расчет теплообменного аппарата для подогрева
исходного раствора перед подачей в выпарной аппарат……………..53
4.4. Расчёт холодильника упаренного раствора…………………………...56
4.5. Расчёт барометрического конденсатора……………………………….59
Библиографический список………………………………………………………..63
Приложение…………………………………………………………………………64
107
Процессы и аппараты химической технологии
Методические указания
для выполнения курсовых работ для студентов всех форм
обучения специальности 240902 «Пищевая биотехнология»
Составитель:
Бородулин Дмитрий Михайлович
Зав. редакцией И.Н. Журина
Редактор Е.В. Макаренко
Технический редактор Т.В. Васильева
Художественный редактор Л.П. Токарева
ЛР№020524 от 02.06.97.
Подписано в печать
Формат 60 × 841/16
Бумага типографская. Гарнитура Times.
Уч. – изд.л. 10. Тираж
экз.
Заказ №…
Оригинал-макет изготовлен в редакционно-издательском отделе
Кемеровского технологического института пищевой промышленности
650056, г. Кемерово, б-р Строителей,47
ПЛД№ 44-09 от 10.10.99.
Отпечатано в лаборатории множительной техники
Кемеровского технологического института пищевой промышленности
650010, г. Кемерово, ул. Красноармейская, 52
108