7.2. Конструктивний розрахунок

Розрахуємо внутрішній діаметр внутрішньої труби:

де d_в – внутрішній діаметр внутрішньої труби, м;

ρ₁ – густина поживного середовища, кг/м³;

ω₁ – швидкість поживного середовища, м/с

Розраховуємо загальну довжину труби :

де L – загальна довжина труби, м.

Визначимо кількість елементів теплообмінника:

l – довжина труби одного змійовика, м;

приймемо, що l = 6 м

Кількість секцій в апараті по горизонталі: n = 5

Кількість елементів по вертикалі в кожній секції:

Кількість «калачів» у кожній секції:

n_к. = n_с. – 1 = 6 – 1 = 5 шт.

Загальна кількість «калачів» у n секції :

n_к.заг. = n_к. · n = 5 · 6 = 30 шт.

Загальна кількість «калачів», що з’єднують секції:

n_к. = n – 1 = 5 – 1 = 4 шт.

Відстань між осями елементів у секціях:

h₁ = 2 · D_з

D_з = D_в + 2 · δcт.

D_з = 0,136 + 2 · 2,5 · 10^-3 = 0,141м

h₁ = 2 · 0,141 = 0,282м

Довжина потоку продукту в одному «калачі» :

l_к = 0,5 · π · h₁

l_к = 0,5 · 3,14 · 0,282 = 0,443 м

Загальна довжина шляху руху потоку продукту від входу до виходу з апарата :

L’₂ = (n’_к.заг. + n_к.) · l_к. + L

L’₂ = (30 + 4) · 0,443 + 182 = 197

Конструктивна загальна довжина шляху руху продукту від входу до виходу з апарата :

L₂ = 1,03 · L’₂

L₂ = 1,03 · 197 = 203

Кількість патрубків, що з’єднують елементи однієї секції :

m = n_c – 1 = 6 - 1 = 5

Кількість патрубків, що з’єднують секції :

m_n = n – 1 = 5 – 1 = 4

Довжина одного з’єднувального патрубка :

l_n = Dз = 0,1136 м

Загальна довжина з’єднувальних патрубків в апараті :

L_n = (m · n) · l_n + m_n · l_n =l_n · (m · n + m_n)

L_n = 0,141 · (5 · 5 +4) = 4,089м

Загальна довжина шляху руху потоку води від входу до виходу з апарата:

L’₁ = L + L_n = 182 + 4,085 = 186,085 м

Конструктивна загальна довжина шляху руху потоку води від входу до виходу з апарата :L₁ = 1,03 · L’₁ = 1,03 · 186,085 = 191,7 м

7.3. Гідравлічний розрахунок

Коефіціент гідравлічного тертя для продукту:

λ₁ = 0,316 / Re₁^0,25

λ₁ = 0,316 / 93801,01^0,25 = 0,0181

Коефіцієнти місцевих опорів для потоку продукту :

на вході в апарат ξ _2вх. = 0,5;

на виході з апарата ξ _2вих. = 1,0;

повороту через «калач» ξ _2к. = 1,5.

Сума коефіцієнтів місцевих опорів для потоку продукту :

∑ ξ ₁ = ∑ ξ _к.+ ξ _2вх. + ξ _2вих. = (n_к.заг. · ξ _к.) + ξ _2вх. + ξ _2вих.

∑ ξ ₁ = (30 · 1,5) + 0,5 + 1,0 = 46,5

Сумарні втрати напору потоку продукту від входу до виходу :

Витрати енергії на переміщення продукту від входу до виходу з апарата з урахуванням загального ККД живильного трубопроводу та приводу насоса :

Коефіціент гідравлічного тертя для потоку води :

λ₂ = 0,316 / Re₂^0,25

λ₂ = 0,316 / 43213,73^0,25 = 0,316 / 14,42 = 0,0219

Коефіціенти місцевих опорів для потоку води :

на вході в апарат ξ 1вх. = 1,5;

на виході з апарата ξ 2вих. = 1,0;

на вході в міжтрубний простір під кутом 90° до напрямку руху потоку ξ 1вх. = 1,5;

на виході їз міжтрубного простору під кутом 90° ξ 1вих. = 1,0.

Сума коефіцієнтів місцевих опорів для потоку води :

∑ξ₂ = ∑ξ_1вх.+∑ξ_2вих.+ ξ_1вх. +ξ_1вих. = -[(n_тр.- 1)(n - 1)]·(ξ_1вх.+ ξ_1вих.) + ξ_1вх.+ξ_1вих.

∑ ξ ₂ = [(30 - 1) · (5-1)] · (1,5 + 1,0)+1,5+1,0 = -(116·2,5)+2,5=287,5

Сумарні втрати напору потоку води від входу до виходу з апарата :

Витрати енергії на переміщення води в між трубному просторі апарата з урахуванням загального ККД живильного трубопроводу та приводу та приводу насоса :

При швидкостях: ω1 = 0,8 м/с; ω2 = 1 м/с