Задание №2

Рассчитать кожухотрубный нагреватель воды по следующим данным:

Количество нагреваемой воды -G, кг/с;

Начальная температура воды – t_Н, С;

Конечная температура воды – t_К,0 С;

Давление греющего пара - P, Па;

Коэффициент теплопередачи - K, Вт/м² °К;

Потери тепла в окружающую среду поверхностью нагрева - Q_п, Вт;

Длина одной трубки аппарата - L, м;

Диаметр трубки (наружный) - d, м;

Движение пара и воды - противоток

Требуется:

1. Рассчитать поверхность нагрева аппарата - F, м²;

2. Определить количество нагревательных трубок в аппарате - n, шт;

3. Определить расход греющего пара -D, кг/с;

4. Начертить схему аппарата с указанием подачи пара и воды.

Исходные данные

Таблица 3

Вели- чины	Размер- ность	Варианты по последней цифре номера зачетной книжки
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
G	кг/с	1,4	2,22	1,66	1,1	1,9	2,5	2,7	2,22	1,4	2,5
tК.	°С	70	80	75	75	80	70	80	70	90	85
tН	°С	22	25	20	21	23	24	22	20	25	25
P105	Па	2,0	5,0	4,0	3,0	6,0	5,0	6,0	4,0	3,0	5,0
K	Вт/м2°К	800	750	900	700	850	900	1000	850	700	900
QП	%	2	4	3	2	4	5	5	5	2	4
L	М	2,0	3,0	2,5	2,0	2,5	3,5	3,5	3,0	2,0	3,0
d·10-3	М	25	38	25	20	38	54	54	38	25	54

Методические указания к решению задания № 2

Перед решением задачи необходимо, изучить разделы учебника по основам теплооб­мена в пищевой аппаратуре, конструкциям теплообменных аппаратов и их расчетам [2.3].

Для расчета поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теп­лопередачи: Q_полн=KF∆t_ср

Тепло, полученное водой от пара, равно:

КДж Q=G·c(t_K-t_H) с=4,18 кДЖ/(кг*С)

Где G - количество нагреваемой воды - надо взять в кг/с, а удельную теплоемкость с необходимо выбрать по таблице физических свойств воды (см. приложение 1) в зависи­мости от средней температуры в нагревателе.

Перед расчетом средней температуры находим разность температур в начале и конце нагревания

∆t_б= t_ρ- t_н; ∆t_м= t_- t_к , где ∆t_б, ∆t_м- разность температур воды в начале и конце нагревания;

Затем следует найти отношение ∆t_б/ ∆t_м.

После чего расчет средней температуры ведем по одной из формул:

А). если ∆t_б/ ∆t_м<2 , то ∆t_ср=( ∆t_б+ ∆t_м)/2

t_ρ - температура насыщенного водяного пара определяется по его давлению (см. приложение 2).

Б). если ∆t_б/∆t_м≥2 , то ∆t_ср=( ∆t_б- ∆t_м)/(ln ∆t_б/∆t_м)

Полный расход тепла на нагревание воды определяется с учетом потерь тепла (Q_П, % - см.задание), :

кДж Q_полн=Q+Qп=(1,021,05)·Q,

Если Q_П = 4 %, то в вышестоящая формула примет вид Q_полн =1,04·Q, если Q_П = 3 %, то в вышестоящая формула примет вид Q_полн =1,03·Q и т.п. для других вариантов.

Поверхность нагрева определяется по формуле:

F=Q_полн/(К· ∆t_ср) , Qполн перевести в джоули

Количество трубок в нагревателе определяется:

n=F/f_тр ,

где f_тр - поверхность одной трубки, равная:

f_тр=dL

Расход греющего пара определяется по формуле:

Q полн в кДж

i - энтальпия пара, кДж/кг;

i - энтальпия конденсата жидкости, кДж/кг.

Энтальпия пара и конденсата жидкости выбирается по таблице (приложение 2), на­сыщенного водяного пара в зависимости от его давления.