2.6 Определение поверхностей теплопередачи

Для этого используем основное уравнение теплопередачи:

Q=K·f·Δt_пп.

Получаем:

;

;

;

.

Поверхности теплопередачи по корпусам должны быть равны:

f₁ = f₂ = f₃ = f₄ = f.

Определяем количество трубок:

.

Округляем количество трубок в большую сторону до целого числа

3 Конструктивный расчет

3.1 Расчет трубных решеток и способов размещения и крепления в них теплообменных труб

Толщина трубной решетки должна быть не менее:

h_min=d_н/8+C,

где d_н - наружний диаметр трубки.

Толщина трубных решеток подбирается в зависимости от диаметра кожуха и условного давления в аппарате. Трубные решетки привариваются к обечайке или фланцу. Размещение отверстий в трубных решетках производят чаще всего по вершинам равносторонних треугольников со значением шага t в зависимости от d_н. Для крепления труб в трубной решетке выбираем сварку.

Определяем шаг между трубками:

t=(1,3 – 1,5)d_н .

Площадь трубной решетки составит:

Определяем диаметр корпуса:

.

Диаметр окружности, на которой размещаются крайние трубки:

.

Число трубок по диагонали:

.

Округляем полученное значение до стандартного значения D_корп.

3.2 Расчет цилиндрической обечайки

Обечайки, работающие под наружным давлением в пределах упругости, рассчитывают на устойчивость по формуле [8]:

где E – модуль продольной упругости, МПа;

С – постоянная, учитывающая влияние коррозии, С=1 мм;

С₁ – дополнительные прибавки, С₁=1 мм.

3.3 Расчет диаметров штуцеров, подбор фланцев

Диаметр штуцера определяется в зависимости от объемного расхода V и скорости υ теплоносителя и продукта из уравнения расхода:

V=υ·S,

где S=π·d²/4 – площадь сечения, м2;

V – объемный расход м3/с;

υ – скорость движения пара (υ=20 - 50 м/с) и продукта (υ=0,5–1 м/с);

Для греющего пара:

V=D/ρ гр.п.,

,

где ρ гр.п. – плотность греющего пара, кг/м3.

Для вторичного пара:

V= W1/ρ вт.п.,

,

где ρ вт.п. – плотность вторичного пара, кг/м3.

Для сгущаемого продукта:

в начале сгущения:

V=m_н/ρн,

,

где ρн – плотность сгущаемого продукта в начале, кг/м3 ;

в конце сгущения:

V=m_к/ρк,

.

где ρк – плотность сгущаемого продукта в конце; , кг/м3

Для конденсата:

V=D/ρконд,

.

где ρконд – плотность конденсата, кг/м3.

По полученным данным подбираем фланцы для кожуха и штуцеров аппарата.

3.4 Опоры аппарата

Тип опор зависит от конструкции и способа установки аппарата. Размеры и форма опор зависят, в основном, от величины и характера нагрузок, от материала из которого сделан аппарат, массы аппарата, а также от расположения аппарата в пространстве.

Поверхность опор, опирающихся на фундамент (площадку), должна быть достаточной для того, чтобы в фундаменте не возникли напряжения выше допустимых, т.е. должно соблюдаться условие:

S=G_max/[σ_ф];

где G_max – максимальный вес аппарата;

[σ_ф] – допустимое напряжение;

Выбираем количество опор - n:

Нагрузка на одну опору составит:

G=G_max/n

Контрольные вопросы

1. Как создаётся вакуум в плёночной вакуум-выпарной установке?

2. Как осуществляется нагрев продукта до температуры пастеризации перед сгущением?

3. Для чего калоризаторы второго, третьего и четвёртого корпусов вакуум-выпарной установки разделены вертикальными перегородками? Покажите по схеме траекторию движения продукта в указанных корпусах (Приложение 1).

4. Каким образом удаляется конденсат из калоризаторов и подогревателей вакуум-выпарной установки?

5. Почему частично подсгущённый продукт из второго корпуса плёночной вакуум-выпарной установки направляется в калоризатор четвёртого корпуса, а удаляется из аппарата из пароотделителя третьего корпуса?

6. Для чего нужны датчики верхнего и нижнего уровня промежуточной ёмкости вакуум-выпарной установки?