Файл: Стабников, В. Н. Процессы и аппараты пищевых производств учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 177
Скачиваний: 1
Для охлаждения камеры принимаем фреоновую систему не посредственного охлаждения с одним компрессор-конденсатор- ным агрегатом. С учетом 7% потерь холода в системе холо дильная нагрузка компрессора
QK= Q 1,07 = 682 94 0 -1 ,0 7 = 732 кДж/сут.
Необходимая холодопроизводительность компрессора в ра
бочий период |
|
|
QK |
732 000 |
i o . |
QD= ------------- |
= --------------- |
= 12 кВт, |
р .17-3600 |
17-3600 |
|
где 17 — число часов работы компрессора в сутки. |
||
Принимаем к установке фреоновую холодильную машину |
||
ХМФУ холодопроизводительностью |
14 кВт в комплекте с че |
|
тырьмя испарителями с поверхностью испарения по 10 м2 |
||
каждый. |
|
|
6. ПОТЕРИ ТЕПЛА В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ |
||
И ИЗОЛЯЦИЯ АППАРАТОВ |
||
При работе теплообменных аппаратов имеют место потери |
||
тепла или холода за счет теплоотдачи лучеиспусканием и кон векцией между стенками аппарата и окружающим воздухом.
Количество потерянного тепла можно подсчитать по уравне нию (114). Для уменьшения потерь тепла в окружающую среду аппараты и трубопроводы покрывают снаружи слоем материала
с низким коэффициентом |
теплопроводности [ Я Из < 0 , 2 3 2 Вт/ |
/(м -К )]. |
материалов применяют асбест, |
В качестве изоляционных |
шлаковую вату, слюду, пробковые плиты, торфоплиты, совелит и др. При выборе изоляционного материала учитывают его меха нические свойства, способность поглощать влагу и выдерживать высокую температуру. Изоляция должна быть безопасна в по жарном отношении, долговечна и дешева.
Самой экономичной толщиной изоляции является та толщина слоя, при которой сумма затрат на изоляцию и потери тепла ми нимальные. Для определения оптимальной толщины изоляции необходимо знать следующие данные: затраты на тепловую энер гию, размеры изоляционного материала, разность температур между теплоносителем и окружающей средой, коэффициент теп лопроводности изоляционного материала, затраты на изоляци онные работы и число рабочих часов аппарата в год.
При расчете изоляции сначала устанавливают допустимые потери тепла при наличии изоляции и задаются температурой на поверхности ее; затем определяют среднюю температуру изоля ции, по которой вычисляют коэффициент теплопроводности изо ляции А.ИЗ-
Зная температуру на внутренней и внешней поверхностях изо ляции и Я Иа» можно определить требуемую толщину изоляции бИз; после этого производят проверочный расчет средней темпе
210
ратуры изоляционного слоя и температуры на поверхности. При расхождении с заданными температурами их пересчитывают до совпадения заданных и полученных значений температур.
Потери тепла (в Вт/м2) изолированной поверхностью опре деляют по формуле
|
<72 = |
?1 (1 — Циз). |
|
|
(264) |
||
где |
Qi— тепловые потери неизолированной поверхности, Вт/м2; |
|
|
||||
|
■Пиз— к. п. д. изоляции. |
|
|
|
|
|
|
|
Величину q2 для плоской стенки и для цилиндрической (при |
||||||
— |
< 2) можно вычислить по формуле |
|
|
|
|||
di |
|
|
|
|
|
|
|
|
<7з = |
Ч ~ * Н ■ |
' |
|
(265) |
||
|
Для цилиндрической стенки при — > 2 потери тепла поверх- |
||||||
ностью |
|
di |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
|
2яЛиз (7вн |
7н) |
|
|
(266) |
||
|
<72 = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
In —- |
|
|
|
|
|
|
|
|
di |
|
|
|
|
где |
tBн — температура на внутренней поверхности изоляции, °С; |
|
|
||||
|
7Н— температура на наружной поверхности изоляции, °С; |
|
|
||||
|
6ИЗ— толщина изоляции, м; |
|
|
|
|
|
|
|
Хиз— коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/(м-К); |
|
м. |
||||
d%и d2— диаметры внутренней и наружной |
поверхности изоляции, |
||||||
|
Если q2 и q'2 известны, то из этих уравнений определяют 6ИЗ |
||||||
или d2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Проверку tu для плоской стенки и цилиндра при |
— < 2 мо- |
|||||
жно произвести по формуле |
|
|
|
|
di |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
<72= |
-J L -j----- . |
|
|
|
(267) |
|
|
|
а2 |
|
|
|
|
|
где |
tB— температура окружающего воздуха, °С; |
|
|
|
|||
|
сс2— коэффициент теплоотдачи |
от |
наружной |
поверхности |
к |
воздуху, |
|
|
Вт/(м2-К). |
|
|
|
|
|
|
|
Для цилиндрической стенки при |
> 2 |
проверку /ы произво- |
||||
дят по формуле |
|
di |
|
|
|
||
7н |
' 7в |
|
|
|
|
||
|
72 = |
|
|
|
(268) |
||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
012 |
|
|
|
|
|
Для определения а2 при температурах 7Н= 0-М50°С |
можно |
|||||
пользоваться формулой (115). |
|
|
|
|
Во из |
||
|
При выборе изоляции необходимо учесть следующее. |
||||||
бежание чрезмерно большой толщины изоляции следует приме
14* |
211 |
нять изоляционные материалы с малым значением Лиа, так как в противном случае тепловые потери могут не только не умень шиться, а, наоборот, повыситься.
П р и м е р . Определить необходимую толщину изоляции и экономию тепла в течение суток при покрытии ректификацион ной колонны изоляцией из совелита. Диаметр колонны 2 м,
высота ее |
12 м. Температура внутренней |
стенки изоляции |
(вн, равная |
температуре стенки аппарата, / |
Ст = 100°С; темпе |
ратура наружной поверхности изоляции tn = 36° С; температу ра окружающего воздуха / В= 20°С , к. и. д. изоляции Циз = 85%.
Наружная поверхность аппарата, включая днище и крышку, /■’= 4 5 м2.
Р е ш е н и е . Коэффициент теплоотдачи от наружной неизо лированной поверхности колонны к воздуху
а 2 = |
9,74 + |
0,07 (<сх — /Б) = |
9,74 + |
0,07 (100 — 20) = 15,14 Вт/(м2-К). |
||||||
|
Потери тепла неизолированной стенкой |
|
|
|||||||
|
|
?i= |
|
|
100 — |
20 |
|
|
||
|
|
_1_ |
|
-------------= 1190 Вт/м2. |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а» |
|
15,14 |
|
|
|||
|
При |
г|из = 85% |
потери изолированным |
аппаратом |
||||||
|
|
?, = ( ! - Т]из) дi = (1 - |
|
0,85) 1190 = |
179 Вт/м2. |
|||||
|
Определим Яиз для совелитовой изоляции при средней тем |
|||||||||
|
пературе изоляции |
/Рн+ |
/н |
|
|
100 -f- зб |
||||
|
|
|
/из - |
= |
|
|||||
|
|
|
- рн — |
|
------11— |
= |
68° С; |
|||
|
|
|
113 |
2 |
|
|
|
2 |
|
|
Хиз= 0,09 + |
0,000087/= 0,09 + |
0,000087-68 = 0,096 Вт/(м-К). |
||||||||
|
Необходимая толщина изоляции |
|
|
|
||||||
|
о |
Ьиз |
(/вн — /н) = |
0,096 |
(100 — 36) = 0,034 м = 34 мм |
|||||
|
6ИЗ = |
<7а |
—— |
|
||||||
|
|
|
|
179 |
|
|
|
|
||
|
Проверим значение /н: |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
'" “ ' ^ + , , ” |
!о75б + 20” |
36’5°с ' |
|||||
|
что близко к заданной температуре 36° С. |
|
|
|||||||
|
Коэффициент теплоотдачи от изоляции к воздуху в поме |
|||||||||
|
щении |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
<х2 = |
9,74 + |
0,07 (/„ — /в) = 9,74 + |
|
0,07 (36 — 20) = 10,86 Вт/(м2-К ). |
||||||
|
Определим экономию тепла в течение суток за счет изоля |
|||||||||
ции аппарата. |
на 1 |
м2 |
поверхности |
стенки корпуса ко |
||||||
|
Экономия |
тепла |
||||||||
лонны. |
|
q1 — q2= \ 190 — 179 = 1011 Вт/м2. |
||||||||
|
|
|
||||||||
|
Экономия тепла за счет изоляции аппарата в сутки |
|||||||||
|
Q — F (qi — q2) 3600-24 = |
45 ■1011 -3600-24 = |
4320-10» Дж /сут. |
|||||||
|
При к. п . д. котельной г)к = |
0,7 экономия условного топлива |
||||||||
в сутки составит |
|
|
|
|
|
|
|
|||
4320-Юв
= 2 1 1кг/сут.
0,7-7000-4187
Часть пятая
ПРОЦЕССЫ МАССООБМЕНА
Глава XIV. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ МАССОПЕРЕДАЧИ
1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ МАССООБМЕНА
Массообмен — это процесс, при котором одно или несколько веществ переходит из одной фазы в другую. Фазой называют определенное количество вещества, однородное во всей егомассе.
Вещество, заключающееся в одной какой-либо фазе, одинако во во всех ее частях по химическому составу и по физическим свойствам.
Системы могут быть однофазными (например, вода в виде жидкости), двухфазными (например, вода и ее пар) и много фазными (например, вода, лед и пар).
Фазы системы отделяются одна от другой поверхностями раздела. Такие системы, которые состоят из нескольких фаз, на зывают гетерогенными, или неоднородными.
Процессы массообмена, которые рассматриваются в настоя щем курсе, протекают в системах, состоящих из двух или трех фаз.
Следует иметь в виду, что хотя фаза однородна, но она мо жет быть разделена на части. Так, например, если в водном рас творе сахарозы содержатся кристаллы, то имеется только две фазы; жидкая и твердая (кристаллическая), хотя кристаллов в растворе содержится большое количество.
Переход вещества из одной фазы в другую при массообмене осуществляется путем диффузии. Чтобы вещество перешло из одной фазы в другую, оно должно переместиться (продиффундировать) к границе раздела фаз; затем оно должно перейти гра ницу раздела и продиффундировать в новую фазу. Массообмен является сложным процессом, в основе которого лежит явление диффузии.
К процессам, рассматриваемым в этой части курса, относят ся абсорбция, адсорбция, экстракция, перегонка, сушка и кри сталлизация.
2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ И КОНВЕКТИВНАЯ ДИФФУЗИЯ
Диффузией называется процесс самопроизвольного выравни вания концентрации вещества. На рис. 107 представлена схема этого процесса. Сосуд разделен на две части. В первой камере находится вода, во второй — раствор соли. После удаления перогородки соль начинает распространяться
ьпо всему сосуду и концентрация ее со вре менем становится одинаковой во всех его частях. Произошел процесс диффузии, ко
Раствор |
Вова |
торый привел к равномерному распределе |
|
соли |
нию соли. |
||
|
|||
|
|
Движущей силой этого процесса являет |
|
|
|
ся разность между концентрациями соли в |
|
|
|
различных точках пространства, занимае |
|
Рис. 107. Схема |
мого жидкостью. Когда концентрация соли |
||
диффузионного |
выравнится, процесс диффузии прекратит |
||
процесса. |
ся. Если жидкость в сосуде находится в по |
||
|
|
кое, то имеем случай молекулярной диффу |
|
зии. В этом случае причиной процесса диффузии является тепло вое движение молекул. Вследствие их беспорядочного движения молекулы соли переходят из точек, где концентрация высокая, в точки, где концентрация более низкая.
При молекулярной диффузии вещество переносится вследст вие теплового движения отдельных молекул. Молекулярная диф-
Рашюр ш и
Рис. 108. Схема диффузионного процесса в лами нарном потоке.
фузия наблюдается и в том случае, если жидкость движется ламинарно. На рис. 108 показан участок трубы, в которой течет вода при ламинарном режиме. Если раствор соли ввести в цент ральную часть потока, то в этом случае перенос вещества из движущихся параллельно друг другу слоев жидкости может происходить только за счет молекулярной диффузии.
От молекулярной диффузии следует отличать конвективную диффузию. Она возникает в том случае, когда перенос вещества происходит в жидкости или газе при турбулентном их движении. В этом случае перенос вещества происходит не только за счет
214