Основы расчета охлаждения промышленных агрегатов

Охлаждаемый промышленный агрегат воспринимает некоторое количество тепла, которое называют тепловой нагрузкой - A.

Тепловая нагрузка определяется по формуле, ккал/ч:

, ( 3 )

где q – тепловое напряжение, ккал/м²∙ч; F – площадь нагретой поверхности, м².

Охлаждение предназначено для поддержания температуры стенки охлаждаемого агрегата или готового продукта в определенных пределах за счет отвода тепла от нее. Эта температура должна обеспечивать:

· нормальное протекание технологического процесса;

· сохранение прочности агрегата или продукта.

Изменение температуры в стенке охлаждаемого агрегата при отводе тепла показано на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Распределение температуры в стенке охлаждаемого агрегата при наличии слоя накипи, dнак

При охлаждении водой удельное количество отведенного тепла, приходящееся на 1м² стенки, выражается следующими формулами, ккал/м²∙ч:

для стенки ; ( 4 )

для накипи ; ( 5 )

для воды . ( 6 )

С учетом этого, температура стенки со стороны источника тепла, ⁰С:

, ( 7 )

где q – тепловое напряжение, ккал/м²∙ ч; d_ст – толщина стенки агрегата, м;

d_нак – толщина слоя накипи на внутренней поверхности стенки, м;

l_ст – коэффициент теплопроводности наружной поверхности стенки,

ккал/м²∙ч∙град;

l_нак – коэффициент теплопроводности отложений накипи, кал/м²∙ч∙град;

t_ст – температура наружной поверхности стенки агрегата со стороны

нагрева, ⁰С;

t_ст.вн – температура внутренней поверхности стенки агрегата, ⁰С;

t_нак – температура отложений накипи со стороны охлаждающего агента

(воды), ⁰С;

α – коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности стенки к

воде;

t_в – средняя температура охлаждающего агента (воды), ⁰С.

Средняя температура воды определяется, ⁰С:

, ( 8 )

где t₁ и t₂ – соответственно температура воды после и до охлаждения

агрегата,^оС.

Основными факторами, определяющими охлаждение промышленных агрегатов, являются:

- величина теплового напряжения;

- конструкция охлаждаемого агрегата;

- принятая система охлаждения.

Как известно, под тепловым напряжением q понимается количество тепла, воспринимаемое 1м² поверхности агрегата в час. Для промышленных агрегатов эта величина колеблется в пределах q = 2·10³… 5·10⁶ ккал/м²·час. С целью уменьшения теплового напряжения q стенку агрегата теплоизолируют или делают футеровку различными огнеупорными материалами. Футеровка представляет собой специальную отделку для обеспечения защиты рабочих поверхностей оборудования.

Нарушение теплоизоляции может привести к увеличению теплового напряжения q и прогару охлаждаемой поверхности. Аналогичное явление происходит при образовании накипи. Поскольку в месте образования накипи тепловое напряжение также возрастает, т.к. охлаждение в месте образования накипи ухудшается.

При отсутствии накипи температура внутренней поверхности стенки агрегата со стороны воды может быть определена по зависимости, ⁰С:

. ( 9 )

Для определения α необходимо знать особенности процесса теплообмена. Передача тепла от внутренней поверхности стенки агрегата к воде может происходить тремя путями:

1.Конвекцией– за счет перемещения слоев воды с разнойтемпературой.

2.Местным кипением – за счет пузырьков пара, образующихся у стенки и конденсирующихся в воде, нагретой до кипения.

3. Испарительным охлаждением – кипением всей воды, при котором охлаждение достигается изменением агрегатного состояния воды,

переходящей в пар.

В общем случае уравнение для определения температуры внутренней стенки охлаждаемого агрегата (со стороны воды) имеет вид, ⁰С:

_, ( 10 )

где α_к, α_м.к., α_исп. – коэффициенты теплоотдачи конвекцией, местным кипением и при испарительном охлаждении.

При водяном охлаждении передача тепла от внутренней поверхности стенки агрегата к воде происходит за счет конвекции и местного кипения.

При испарительном охлаждении имеют место все три способа теплообмена, но кипение является определяющим.