Расход тепла на испарение содержимого котла

А) в процессе разогрева:

Количество испарившейся воды принимаем, по опытным данным, равным 0,5% от веса воды в котле

М_исп=125·0,5/100=0,625 кг/час

Q_нагр= М_исп·r=1423,6 кДж/час

В) в процессе варки:

Количество испарившейся воды принимаем, по опытным данным, равным 1,5% от веса воды в котле

 

М_кип=125·1,5/100=1,88 кг/час

Q_кип= М_кип·r=4270,7 кДж/час

 

Определение потерь тепла в окружающую среду

Потери тепла происходят с боковой поверхности кожуха, неизолированной шейки котла, крышки, нижней части кожуха, дна котла и парогенератора.

Отдача тепла воздуху происходит конвекцией и лучеиспусканием.

 

 

Потери тепла в окружающую среду

Определяем размеры боковой поверхности кожуха котла:

F_кож=3,14·D_зк·H_зк=3,14·0,76·0,5= 12м², а также t_ст –

Среднюю расчетную температуру кожуха, которая в начале нагревания была 20 °С, а в момент кипения 50°С:

t_ст =(50+20)/2=35 °С.

Перепад температур при нагревании и кипении, равен при нагревании:

Dt₁ = t_ст- t_в=35-20=15 °С.

При кипении:

Dt₂ = t_ст- t_в=50-20=30 °С.

определяем коэффициент отдачи тепла лучеиспусканием:

С – коэффициент пропорциональности, С=4,9;

e – коэффициент черноты эмалированной стали, e=0,88;

t_ст – средняя температура стенки кожуха, °С;

t_в – температура окружающего воздуха, °С;

a_{л нагр}=20,8кДж/м³час°С,

a_{л кип}=22 кДж/м³час°С

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией: средняя температура воздуха, соприкасающегося с автоклавом:

t_{расч нагр} =(t_ср + t_в)/2=(35+20)/2= 27,5 °С,

t_{расч кип}  =(50 + 20)/2=35 °С.

Имеем коэффициенты теплопроводности для воздуха:

l=9,2·10^-2 кДж/м час, °С, при t°=27,5 °С и

l=9,4·10^-2 кДж/м час, °С, при t°=35 °С.

Соответственно коэффициент кинематической вязкости:

n=16,3·10^-6 м²/сек при t°=27,5 °С и

n=17,1·10^-6 м²/сек, при t°=35 °С.

Для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией необходимо знать величины критериев Прандтля, Грасгофа и Нуссельта.

Критерий Прандтля (Pr) является безразмерным физическим параметром теплоносителя, в данном случае воздуха. Величина этого параметра зависит от физической природы, температуры и давления воздуха.

Для температуры 25-35 °С принимают Pr=0.722.

Критерий подобия Грасгофа (Gr) является критерием кинематического подобия для процессов теплоотдачи при свободном движении воздуха.

Критерий Нуссельта (Nu) содержит искомую величину коэффициента теплоотдачи и является критерием теплового подобия.

Gr=(gbd³Dt)/n²,

Где g – ускорение силы тяжести, g=9,81 м/сек²;

b – коэффициент объемного расширения воздуха, 1/°С.

b=1/(t_ст+273)= 1/(35+273)=1/308 для периода кипения;

b=1/(t_ст+273)= 1/(50+273)=1/300,5 для периода нагрева.

Dt = t_ст - t_в – разность температур стенок кожуха и воздуха;

d³=D_зк³=0,76³ – наружный диаметр котла, м.

Gr_нагр=(9,81·1·0,76³·15)/(300,5·(16,3·10^-6)²)=8,1·10⁸,

Gr_кип=(9,81·1·0,76³·30)/(308·(17,1·10^-6)²)=14,3·10⁸.

Для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией определяем критерий Нуссельта:

Nu=C(Pr·Gr)ⁿ,

Где С=0,135 – коэффициент пропорциональности;

 n=1/3 – показатель степени;

Pr·Gr_нагр=0,722· 8,1·10⁸=584·10⁶,

Pr·Gr_кип=0,722· 14,3·10⁸=1030·10⁶, тогда

Коэффициент отдачи тепла конвекцией:

a_{к нагр}=Nu·l_к/D_{з к}=13,7 кДж/м³час°С,

a_{к кип}=Nu·l_к/D_{з к}=17 кДж/м³час°С.

Отсюда потери тепла в окружающую среду кожухом:

Q_{5 зк нагр}=(a_л +a_к)·F_кож·Dt=598,7 кДж

Q_{5 зк кип}=(a_л +a_к)·F_кож·Dt=1398,4 кДж.