Котлы периодического действия, работа которых основана на кипячении соответствующих продуктов в жидкой среде

Коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности стенки чаши к томатной заливке   [5] 4.71

4.  Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося водяного пара к томатной заливке определяем методом последовательных приближений.

Принимаем температуру наружной поверхности стенки чаши t_ст.ч.=115 °С

Разность температур конденсирующегося водяного пара и поверхности стенки

Δt=t_п-t_ct1=119,6-115=4,6°С

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке чаши

α_п =10663,07 * Δt_n ^-1/4 =10663,07 * 4,6 ^-1/4 = 7281,03Вт/м²К

Удельный тепловой поток от пара к стенке чаши

q_n =α_n * Δt_n = 7281,03*4,6 = 33492,73 Вт/м²

Разность t поверхности стенки чаши и томатной заливки

Δt_ст =q_n * ∑τ_ст = 33492,73* 5,3 * 10 ^-4 = 17,75 °С

t_ст2= t_ст1- Δt_ст=115-17,75=97,25°С

Δt_c =t_ст2 - t_cт =97,25-72,9=24,35°С

q_c =α_с * Δt_c =545,29*24,35=13277,81 Вт/м²

Взам. инв. №

Подпись и дата

Инв. № подл

лист

15

Изм.

Лист

№док

Подп

Дата

Погрешность

*100% = (33492,73-13277,81)/ 33492,73* 100%= 60,3>5 %

5.  Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося водяного пара к томатной заливке

К

Варка томатной заливки

6.  Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке чаши α_п=10663,07* Δt^-1/4    

Термическое сопротивление медной стенки с учетом загрязнений

∑τ_ст=5,3 * 10^-4 Вт/м²К

Коэффициент теплоотдачи от стенки чаши к томатной заливке в пределах пузырькового режима кипения заливки в условиях свободного движения

Т_кип=273+100,5=373,5 К

Теплофизические характеристики томатной заливки

В=12% при t_к=100,5°C

ρ =1016,76 +4,4В -0,53t_K= 1016,76 +4,4* 12 - 0,53* 100,5 =1016,29кг/м³

Коэффициент теплопроводности

λ =(528 -4,04В +2,05t_к) 10^-3 =(528 -4,04*12 +2,05*100,5) =0,685 Вт/мК

Динамический коэффициент вязкости

μ= 0,0199*В^2,94*t_к^-1,17=0,0199*12^2,94*100,5^-1,17=0,13 * 10^-3 Па*с

Коэффициент поверхностного натяжения 

σ=58,4 * 10^-3 Н/м

Взам. инв. №

Подпись и дата

Инв. № подл

лист

16

Изм.

Лист

№док

Подп

Дата

Плотность водяного пара ρ_п =0,54 кг/м³

Численное значение безразмерной функции  [5] 4.62а

Коэффициент теплоотдачи

7.  Коэффициент теплоотдачи находим методом последовательных приближений

I ПРИБЛИЖЕНИЕ

Принимаем температуру наружной поверхности стенки t_ст1 =118 °С

Δt_n =t_n-t_ст1=119,6-118=1,6 °С

α_п= 10663,07* Δt_п^-1/4 =10663,07* 1,9^-1/4=9480,95 Вт/м²К

q_n=α_n * Δt_n =9480,95*1,6= 15169,53 Вт/м²

Δt_ст=q_n * ∑τ_ст=15169,53 * 5,3* 10^-4=8 °С

t_ст2 ⁼t_{ct l}-Δt_ст=118-8=110 °С

ΔТ_кип =t_ct2-t_k =110-100,5=9,5 °С

α_с=36,11 (ΔТ_кип)² = 36,11(9,5)²=3258,92Вт/м²К

q_c=α_c * ΔТ_кип=3258,92*9,5=30959,81 Вт/м²К

II ПРИБЛИЖЕНИЕ

Принимаем температуру наружной поверхности стенки

t_ct1=117 °С

Δt_n= t_n -t_ct1 =119,6-117=2,6 °С

α_п=10663,07* Δt^-1/4=19774,7* 2,6^-1/4=8397,28 Вт/м²К

Взам. инв. №

Подпись и дата

Инв. № подл

лист

17

Изм.

Лист

№док

Подп

Дата

q_n =α_п * Δt_n=8397,28*2,6=21832,9 Вт/м²

Δt_ct =q_n * ∑τ_ст =21832 * 5,3 * 10^-4 =11,5 °С

t_ct2=t_ct1- Δt_ст=117-11,5=105,5°С

ΔТ_кип=t_ct2 –t_к=105,5-100,5=5 °С

α_с =36,11(ΔТ_кип)² = 36,11* 5² =902,75Вт/м²

q_c= α_с * ΔТ_кип=902,75*5=4513,75Вт/м²

По графику находим t_ct1 =117,5 °С

Δt_n = t_п -t_ct1  =119,6-117,5=2,1 °С

α_п =10663,07 * Δt_п ^-1/4 =19774,7 * 2,1^-1/4 = 8857,83 Вт/м²К

q_n =α_п * Δt_n =8857,83*2,1=18601,44 Вт/м²

Δt_ст = q_n* ∑τ_ст =18601,44* 5,3 * 10^-4 = 9,8 °С

t_ct2=t_ct1- Δt_ст=117,5-9,85=107,65°С

ΔТ_кип=t_ct2 –t_к=107,65-100,5=7,15 °С

α_с =36,11(ΔТ_кип)² = 35,4* 7,15² =1846,03 Вт/м²

q_c= α_с * ΔТ_кип=1846,03*7,15=13199,13Вт/м²

Погрешность

*100% = (18601,44-13199,13)/ 18601,44* 100%= 0,2 < 5 %

Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося водяного пара к томатной заливке

К

Взам. инв. №

Подпись и дата

Инв. № подл

лист

18

Изм.

Лист

№док

Подп

Дата

I ПРИБЛИЖЕНИЕ

Принимаем температуру наружной поверхности стенки t_ст1 =116 °С

Δt_n =t_n-t_ст1=119,6-116=3,6 °С

α_п= 10663,07* Δt_п^-1/4 =10663,07* 3,6^-1/4=7741,17 Вт/м²К

q_n=α_n * Δt_n =7741,17*3,6=27868,21 Вт/м²

Δt_ст=q_n * ∑τ_ст=27868,21 * 5,3* 10^-4=14,8 °С

t_ст2 ⁼t_{ct l}-Δt_ст=116-14,8=101,2 °С

ΔТ_кип =t_ct2-t_k =101,20100,5=0,7 °С

α_с=36,11 (ΔТ_кип)² = 36,11(0,7)²=17,69Вт/м²К

q_c=α_c * ΔТ_кип=17,69*0,7=12,38Вт/м²К

II ПРИБЛИЖЕНИЕ

Принимаем температуру наружной поверхности стенки

t_ct1=115 °С

Δt_n= t_n -t_ct1 =119,6-115=4,6 °С

α_п=10663,07* Δt^-1/4=10663,07*4,6^-1/4=7281,03 Вт/м²К

q_n =α_п * Δt_n=7281,03*4,6=33492,7 Вт/м²

Δt_ct =q_n * ∑τ_ст =33492,7 * 5,3 * 10^-4 =17,75 °С

t_ct2=t_ct1- Δt_ст=115-17,75=97,25°С

ΔТ_кип=t_ct2 –t_к=97,25-72,9=24,35 °С

α_с =36,11(ΔТ_кип)² = 36,11* 24,35² =1226,74Вт/м²

q_c= α_с * ΔТ_кип=1226,74*24,35=29871,36Вт/м²

Взам. инв. №

Подпись и дата

Инв. № подл

лист

19

Изм

Лист

№док

Подп

Дата

По графику находим t_ct1 =115,5 °С

Δt_n = t_п -t_ct1  =119,6-115,5=2,1 °С

α_п =10663,07 * Δt_п ^-1/4 =10663,07 * 4,1^-1/4 = 7493,5Вт/м²К

q_n =α_п * Δt_n =7493,5*4,1=30723,46 Вт/м²

Δt_ст = q_n* ∑τ_ст =30723,46* 5,3 * 10^-4 =16,2 °С

t_ct2=t_ct1- Δt_ст=115,5-16,2=99,3°С

ΔТ_кип=t_ct2 –t_к=99,3-72,9=26,4 °С

α_с =36,11(ΔТ_кип)² = 36,11* 26,4² =1131,4 Вт/м²

q_c= α_с * ΔТ_кип=Вт/м² =1131,4*26,4=29871,36

Погрешность

*100% = (30723,46-29871,36)/ 30723,46* 100%= 4,1 < 5 %

Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося водяного пара к томатной заливке

К

Взам. инв. №

Подпись и дата

Инв. № подл

лист

20

Изм

Лист

№док

Подп

Дата

3.Прочностной расчет

Проверим на прочность стальную чашу, подверженную внутреннему давлению

где δ- толщина сферического днища, подверженного внутреннему давлению г- внутренний радиус сферы r = R^p_в =0,33 м =33мм с- прибавка к расчетной толщине, с = 3 мм р- внутреннее избыточное давление , Н/см² р= 1,9 ата =(1,9-1) * 9,81= 8,82 Н/см²

R_z -допускаемое напряжение на растяжение при t< 250°С, Н/см²

где σ_в -предел прочности стали на растяжение (σ_в=350 Н/см²)

n- коэффициент запаса прочности (n=4,5)

Проверим на прочность толщину стенок стальной чаши, подверженную внутреннему давлению (чаша тонкостенная, толщина стенок (σ=6мм < 0,06 D_в=0,06 * 680 =40,8 ).

где р- избыточное давление в аппарате, Н/см²

р =1,9 ата =8,82 Н/см²

D_в- внутренний диаметр цилиндра, мм

ψ=0,75

R_z - допускаемое напряжение на растяжение, H/мм²

R_z=80 H/мм²(для стали)

Взам. инв. №

Подпись и дата

Инв. № подл

лист

21

Изм.

Лист

№док

Подп

Дата

с - запас на коррозию, овальность и т.п.

с= 1мм при S≤6 мм

где σ_в – предел прочности металла растяжение при t=15°С

n – коэффициент запаса прочности(n=4.5)

Проверим на прочность медную чашу, подверженную внешнему давлению

где δ - толщина стенки днища, мм

D_H-наружный диаметр чаши, мм

D_H^ч =0,672 м=672 мм у - коэффициент, зависящий от величины отношения высоты днища к его диаметру у = H_g/D_п =0,565

р - наружное избыточное давление, Н/см²

р =1,9-1 =0,9 ати =9 Н/см²

R_d - допускаемое напряжение на смятие,

R_d=

где σ_в – предел прочности на сжатие,

σ_в = 196 H/мм²

n – коэффициент запаса прочности

Взам. инв. №

Подпись и дата

Инв. № подл

лист

22

Изм.

Лист

№док

Подп

Дата

4. Расчет тепловой изоляции

1.  Температура на изолированной поверхности паровой рубашки согласно правил техники безопасности и санитарных норм (СНИП).

t_изм = 40°С

t_{окр.среды}     = 20°С

2.  Принимаем теплоизоляционный материал - минеральный войлок. Коэффициент теплопроводности минерального войлока

λ_изм= 0,065 Вт/мК

Плотность минерального войлока (шерсти)  ρ_из =200 кг/м³

Удельная теплоемкость минеральной шерсти с_из= 0,92 кДж/кгК

3.  Коэффициент теплоотдачи от изолированной поверхности паровой рубашки в окружающую среду

α =9,74 +0,07 (t_из - t_c) =9,74+0,07 (40-20)= 11,14 Вт/м²К

4.  Удельный тепловой поток от изолированной поверхности паровой рубашки в окружающую среду

g_из =α(t_из -t_c)= 11.14(40-20)=222,8 Вт/м²

Толщина слоя изоляции

  

5.  Объем тепловой изоляции V_из =F_P * δ_из=1,45 * 0,023 =0,033 м³

Масса тепловой изоляции G_из = V_из* ρ_из = 0,033 * 200 =6,67 кг

Уточненный тепловой баланс котла.

6.  Расход теплоты на нагревание томатной заливки

Q_o= G₀ * C_cp (t_K -t_H)

Q₀ =62,21* 3296,194 (100,5 - 30) =14406,8 кДж

7.  Расход теплоты на нагревание медной чаши

Q₁=G`₁ * С₁ (t_CT - t_H)

Взам. инв. №

Подпись и дата

Инв. № подл

лист

23

Изм.

Лист

№док

Подп

Дата

G`₁ =G₁*ψ = 36 * 1,1 = 39,6 кг, где ψ =1,1 - коэффициент учитывающий увеличение массы чаши из-за сварки