Расчет теплообменника к компрессорной установке.

При сжатии воздуха до избыточного давления 9,0 кГ/см² температура его повышается от 20°С дна всасывании до 144°С на выходе из воздуходувки. Перед подачей в ферментер воздух охлаждают до 30°С. Для охлаждения воздуха примем предварительно кожухотрубный теплообменник ТН с неподвижными трубными решетками.

диаметр корпуса ………………………….. 426/400 мм

диаметр и длина теплообменных труб….25/21 и 3500 мм

количество теплообменных труб ………..121

 

Воздух проходит внутри трубок, охлаждающая вода – по межтрубному пространству.

 

Параметры воздуха, поступающего в компрессор:

Р₁=1 кГ/см² ; t₁=20°C; r₁=1,12 кг/м³; j₁=70%; V₁=7200 м³/ч

Параметры воздуха, выходящего из компрессора:

 

Р₂=8,7 кГ/см² ; t₂=144°С;

Производительность компрессора по сжатому воздуху:

 

Плотность сжатого воздуха на выходе из компрессора:

     

Количество тепла, отводимого от воздуха в холодильнике:

 

С₂ – средняя теплоемкость воздуха при изменении его температуры от 144 до 30 °С (t_ср=87°С)

Расход воды на охлаждение воздуха

 

где 0,99 – коэффициент, учитывающий потерю тепла в окружающую среду излучением:

с – теплоемкость воды. 4190 Дж/кг К

 

Скорость движения воздуха в трубках:

 

где F – площадь сечения трубок теплообменника, F=0,042 м²

Объем воздуха при средней температуре 87°С:

Критерий Рейнольдса воздушного потока в трубках

Критерий Рейнольдса больше 2300 и меньше 10000, следовательно режим движения в трубках - ламинарный.

Коэффициент теплоотдачи от воздуха к стенке: a₁=38,8 Вт/м² град

 

 

Скорость движения воды в межтрубном пространстве:

 

Где F- проходное сечение межтрубного пространства – 0,0727 м²

При средней температуре воды

r_в=998 кг/м³ и g_в = 0,998 т/м³

Критерий Рейнольдса потока охлаждающей воды в межтрубном пространстве теплообменника:

 

Где m=0,001 Па с при средней температуре воды 20°С.

d_э – эквивалентный диаметр межтрубного пространства:

 П – смоченный периметр межтрубного пространства. Он рассчитывается как

                                       П = p(D + nd) = 3.14(0.4 + 132.0.025) = 11.65 м

В этой формуле D – внутренний диаметр кожуха, 0,4 м;

                          d – наружный диаметр трубы, 0,025 м

                          n – количество труб., 132

Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде при ламинарном потоке в теплообменнике (так как Re=2096<2300)    a₂=1604

Коэффициент теплопередачи от воздуха к охлаждающей воде:

Где d = 0,002 м - толщина стенки труб и l=58,15 Вт/(м² град)

 

11. Определим среднюю логарифмическую разность температур сред в теплообменнике при противоточном движении:

144°С              30°С

25°С               15°С

 

12. Потребная поверхность теплообмена

 

13. Подбираем теплообменник кожухотрубный с поверхностью теплообмена 140 м² : [ 2 ]

                                                                          число труб – 442

                                                                          длина труб – 4м

                                                                          число ходов – 2

                                                                          d труб – 25х2 мм

                                                                          d кожуха – 800 мм.

 

 

F ЛИТЕРАТУРА F

 

1. Гинзбург А. С., Гребенюк С. М. И др. Лабораорный практикум по процессам и аппаратам пищевых производств – М.:Агропромиздат, 1990. – 256 с. 

2. Иоффе И. Л. Проектирование процессов и аппаратов: химическая технология – учебник для техникумов – Л.: Химия 1991 – 352с, ил.

3. Калунянц К. А. и др. Оборудование микробиологических производств: Агропромиздат, 1987.- 398 с.: ил.

4. Каталог оборудования микробиологической промышленности

5. Колосков С. П. Оборудование предприятий ферментной промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1969 г., 383 с.