Тепловий розрахунок апарата з мішалкою

 

Метою даного теплового розрахунку є перевірка поверхні теплопередачі обраного апарату для забезпечення передачі тепла з необхідною швидкістю. Тепловий розрахунок виконується по відомому рівнянню теплопередачі:

 

Q = K· F· Δtср,

(3.1)

 

де К – коефіцієнт теплопередачі, Вт/м² · град;

F – поверхня теплообміну, м² ;

Δt_ср – середня різниця температур між перемішуваємою середой та теплоносієм, град.;

Q – кількість відводимого або підводимого тепла, Вт.

Кількість тепла знаходимо по рівнянню теплового балансу :

 

(3.2)

 

де: Q – кількість тепла, яке необхідне для нагрівання суміші, Дж;

G_сум – маса суміші, кг;

С_{р см} – теплоємність суміші, Дж/кг∙К

t_1k, t_1н – відповідно початкова та кінцева температура суміші, 50 та 25 ⁰С.

τ_н – час охолодження суміші – 30 хв.

Оскільки у суміші вода знаходиться у концентрації значно більшій, ніж інші компоненти, то приймаємо теплоємність суміші рівною теплоємності води, тобто 4190 Дж/кг∙К.

кВт

(3.3)

 

Для розрахунка поверхні теплопередачі знаходимо коефіцієнт теплопередачі:

 

,

(3.4)

 

де: α₁ – коефіцієнт тепловіддачі від перемішуваємої рідини до стінки апарату,

  Вт/м² · град;

α₂ – коефіцієнт тепловіддачі від стінки апарата до теплоносія, Вт/м² · град;

δ_ст – товщина стінки апарата, м;

λ_ст – теплопровідність стінки аппарата, Вт/м² · град.

По довіднику [3] знаходимо коефіцієнти α₁ та α₂:

α₁ = 3500 Вт/(м² ∙К);

α₂ = 2100 Вт/(м²∙К).

Для емальованої сталі находимо по довіднику [3] теплопровідність стінки аппарата λ_ст:

λ_ст= 17,5 Вт/(м²∙К).

Приймаємо, що товщина стінки буде дорівнюватиме 0,006 м. Знаходимо коефіцієнт теплопередачі:

 

(3.5)

 

За рекомендаціями  табл. 4.8 стр. 168, приблизне практичне значення коефіцієнту тепловіддачі  800 Вт/(м²∙К). Тому далі у розрахунках будемо використовувати саме це значення.

Температурна схема процесу нагрівання розчину має вигляд:

                     

    Середню температуру процесу Δ t_{с р} знаходимо з рівняння :

 

(3.6)

 

де: Δ t _б – більша різниця температур, ⁰С;

Δ t _м – менша різниця температур, ⁰С.

 

(3.7)

 

По знайденим значенням Q, K, и Δ t_ср визначаємо поверхню теплообміну теплопередаючої поверхні, за формулою:

 

(3.8)

 

м2

(3.9)

 

Таким чином розрахункова поверхня теплопередачі в апараті дорівнює F=1,05 м².

Стандартна площа поверхні в апараті встановлює 2,5 м².

На підставі  отриманого значення F знаходимо висоту зони нагріва:

 

(3.10)

 

де: Н – висота зони нагріва в апараті, м;

D – діаметр апарату, м.

 

м

(3.11)

 

Таким ином, висота нагріва зони складає: 370 мм.