- •Введение
- •Задание на проектирование
- •1 Материальный баланс процесса получения инвертного сиропа
- •1.1 Приготовление инвертного сиропа
- •1.2 Приготовление сахарного раствора
- •1.3 Определение объёма 10 % – ной соляной кислоты для проведения гидролиза
- •1.4 Определение количества 10 %-го раствора бикарбоната натрия для нейтрализации соляной кислоты
- •2 Тепловой баланс процесса получения инвертного сиропа
- •2.1 Тепловой баланс при нагревании сахарного раствора. Определение тепловой нагрузки и массового расхода теплоносителя
- •2.2 Тепловой баланс при охлаждении инвертного сиропа водой. Определение тепловой нагрузки, количества хладоагента и его массового расхода
- •3 Тепловые расчёты
- •3.1 Определение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи при обогреве реактора насыщенным водяным паром
- •3.1.1 Теплоотдача при механическом перемешивании
- •3.1.2 Теплоотдача при пленочной конденсации насыщенного пара
- •3.2 Определение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи при охлаждении реактора водой
- •3.2.1 Теплоотдача при механическом перемешивании
- •3.2.2 Теплоотдача при охлаждении реактора водой, проходящей через гладкую цилиндрическую рубашку корпуса к стенкам корпуса
- •4 Определение поверхности теплообмена и размеров рубашки, змеевика или трубчатки
- •4.1 Расчёт необходимой площади поверхности теплообмена при нагревании сахарного сиропа в емкостном реакторе
- •4.2 Расчёт необходимой площади поверхности теплообмена при охлаждении инвертного сиропа в емкостном реакторе
- •5 Технологический расчёт мешалки
- •6 Расчёт и выбор рамного фильтр-пресса
- •7 Расчёт пластинчатого насоса
- •8 Расчёт объёма и размеров ёмкостей
- •9 Автоматизированное управление процессом получения инвертного сиропа
- •Список литературы
- •МетодиЧні вказівки до виконання куросвого проекту «Розрахунок та автоматизація місткисного реактора з механічним перемішуючим пристроєм для виготовлення інвертного сиропа»
3.1.2 Теплоотдача при пленочной конденсации насыщенного пара
При обогреве аппарата насыщенным водяным паром [3] происходит конденсация на плоской или цилиндрической вертикальной поверхности высотой Н при ламинарном течении пленки конденсата (теоретическая формула Нуссельта) и коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя 1, Вт/(м∙К) рассчитываем по формуле:
, (3.9)
где

– коэффициент
теплопроводности конденсата, Вт/(м·К);

– плотность
конденсата, кг/м3;
r – удельная
теплота конденсации насыщенного пара,
Дж/(кг∙К);

– динамическая
вязкость конденсата, Па∙с (по прил. А
табл. А.4);
Н – высота
стенки, на которой идет конденсация,
м;

– разность
температур между стеной и конденсатом
(ориентировочно принимают 5÷10 С).
Вт/(м2∙К).
Истинное значение
коэффициента теплоотдачи
от горячего теплоносителя

,
Вт/(м∙К),
определяется
по выражению:
, (3.10)
где

– коэффициент,
зависящий от концентрации неконденсирующих
газов в паре, приY
= 1 %
(рис. 3.1).
Определим коэффициент
теплоотдачи 
с учётом данных, приведенных на рис.3.1,
= 0,45.
Вт/(м2∙К).
Для плоской стенки коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2∙К), определяется по уравнению
, (3.11)
где
α1
и α2 – коэффициенты
теплоотдачи для горячего и холодного
теплоносителей, Вт/(м2∙К);
– термическое
сопротивление стенки и загрязнений,
(м2∙К)/Вт.

Рисунок 3.1 – Влияние примесей воздуха на коэффициент теплоотдачи
, (3.12)
где

– толщина
стенки аппарата, м;
– коэффициент
теплопроводности стенки аппарата,
Вт/(м·К), определяются по табл. 3.1;
= 7,5 мм,
нержавеющая сталь;
= 0,5 мм,
эмаль.
Таблица 3.1 – Коэффициенты теплопроводности некоторых материалов при 0–100 °С
|
Материал |
, кг/м3 |
, Вт/(м·К) |
|
Эмаль |
2350 |
0,872 ÷ 1,163 |
|
Алюминий |
2700 |
203,5 |
|
Бронза |
8000 |
64,0 |
|
Латунь |
8500 |
93,0 |
|
Медь |
8800 |
384 |
|
Свинец |
11400 |
34,9 |
|
Сталь |
7850 |
46,5 |
|
Нержавеющая сталь |
7900 |
17,5 |
|
Чугун |
7500 |
46,5 ÷ 93,0 |
Вт/(м2К).
3.2 Определение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи при охлаждении реактора водой
3.2.1 Теплоотдача при механическом перемешивании
Если в реакторе происходит процесс охлаждения реакционной массы с перемешиванием механической мешалкой, то коэффициент теплоотдачи к реакционной массе, Вт/(м2∙К), определяется по уравнению (3.1). Расчет проводят аналогично приведенному в п. 3.1 при средней температуре реакционной массы (инвертного раствора), tср = 70 °С.
,
,
,
Вт/(м2∙К).
3.2.2 Теплоотдача при охлаждении реактора водой, проходящей через гладкую цилиндрическую рубашку корпуса к стенкам корпуса
Коэффициент теплоотдачи от жидкости, проходящей через гладкую цилиндрическую рубашку корпуса к стенкам корпуса [8] 1, Вт/(м2∙К) рассчитываем по формуле
, (3.13)
где

иf
– коэффициенты
из табл. 3.2;

– теплопроводность
теплоносителя, Вт/(м·К) [6];Hруб – высота
цилиндрической части рубашки, м.
Параметр 
определяют по формуле
, (3.14)
где
,
– соответственно температура
стенки и средняя расчетная температура
теплоносителя в рубашке, С;

– параметр,
для воды определяется по табл. 3.3.
Таблица
3.2 – Зависимость коэффициентов

иf
от произведения критериев
|
|
|
f |
|
До 10-3 |
0,450 |
0 |
|
От 10-3 до 5·102 |
1,180 |
0,125 |
|
От 5·102 до 2·107 |
0,540 |
0,250 |
|
Более 2·107 |
0,135 |
0,330 |
Таблица
3.3 – Параметр
для воды, используемой в качестве
теплоносителя
|
Температура воды, °С |
|
Температура воды, °С |
|
|
0 |
2,64 |
60 |
68,0 |
|
10 |
8,0 |
80 |
102 |
|
20 |
15,5 |
100 |
147 |
|
30 |
27,0 |
150 |
290 |
|
40 |
39,0 |
200 |
493 |
В первом приближении эти температуры находят по выражениям:
, (3.15)
, (3.16)
где

,
и
– соответственно
температура перемешиваемой среды,
температуры теплоносителя на входе в
рубашку и на выходе из неё, °С.
С.
При этом значение

(конечная температура охлаждающей воды
С)
является заданной величиной, так же
можно её определить по объёмному расходу
теплоносителя VT,
м3/с.
Уточним 

, (3.17)
где
и
– плотность,
кг/м3
и удельная теплоемкость теплоносителя,
Дж/(кгК)
при средней температуре
[2]; 
– количество
тепла, отданного хладоагенту, Вт.
Объёмный расход
теплоносителя VT,
м3/с,
определим из массового расхода
G’в
,
кг/с:
, (3.18)
С,
С,
,
Вт/(м2К).
При
расчёте температуры стенки апарата
используют метод последовательных
приближений, в соответствии с которым
по формуле (3.19) определяют температуру
стенки аппарата
во втором приближении и сравнивают её
с температурой стенки в первом приближении
:
, (3.19)
где F – площадь теплообменной поверхности выбранного аппарата, м2; Q – количество тепла, отданного хладоагенту, Вт.
С.
Для
проверки точности приведеного расчета
следует определить параметр
,
характеризующий степень приближения
температуры
в первом приближении к расчетной
температуре
во втором приближении по формуле:
, (3.20)
.
При

приближение считается удовлетворительным.
Тогда средняя разность температур
будет
определяться по уравнению:
, (3.21)
где t – температура среды (заданная величина), °С.
В том
случае, когда
,
температура стенки принимается равной
значению
и расчёт повторяется.
Принимаем
=
=37 °С,
тогда:
,
Вт/(м2×К),
°С,
.
Итак, для получения
удовлетворительных результатов расчёта,
приняли температуру стенки
= 37 °С,
тогда:
C,
Вт/(м2К).
Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2∙К), при охлаждении реактора водой определяется по уравнению (3.11):
Вт/(м2∙К).



10-9
10-9