V. Тепловой расчёт испарителя.

1) Средний температурный напор в испарителе:

t_б = -5-(-16) = 11 ^оС; t_м = -10-(-16) = 6 ^оС

2) Ориентировочная плотность теплового потока в кожухотрубных рассольных испарителях на фреоне 22, отнесённого к наружной поверхности накатанных медных труб ([2], стр. 116):

q₂ ≈ 5500 Вт/м²

3) Ориентировочная поверхность теплообмена испарителя:

F_и = Q_о / q₂ = 160*10³/5500 = 29,09м².

Выбираем для установки горизонтальный кожухотрубный испаритель типа ИТР-35 с наружным накатанным оребрением на медных трубах ([3], стр. 151):

• поверхность теплообмена (наружная) F_н = 35 м²;

• число труб и длина кожуха n = 145; L = 1940 мм;

• коэффициент оребрения К_ор = 3,4;

• число рядов по высоте m = 14;

• число ходов z = 4;

• внутренний диаметр труб d₁ = 0,013 м;

• диаметр условного прохода по рассолу d_у = 0.05 м;

• проходное сечение для рассола f₁ = n_*_*d₁²/(4_*z) = 0,0048 м²;

• внутренний диаметр обечайки корпуса D₁ = 426 мм.

4. Средняя теплоотдача при кипении R22 на многорядном пучке может быть определена по формуле, предложенной А.А.Козыревым ([3], стр. 38):

₂ = 100_*q₂^0.28_*Р_о^0,3_*m ^0,2 = 100*4571,42^0,28*2,856^0,3*14^0,2 = 2459 Вт/(м²_*К).

где q₂ = Q_o/F_н = 160000/35 = 4571,42 Вт/м² -уточнённый тепловой поток;

Р_о = 2,856 бар -давление в испарителе.

Можно считать, что на всей оребренной поверхности коэффициент теплоотдачи один и тот же ₂ = 2459 Вт/(м²_*К), так как коэффициент эффективности накатанных ребер на медных трубах составляет Е = 0,99 (см. расчёт конденсатора).

5) Теплоотдача при течении рассола внутри труб.

Теплофизические свойства рассола (раствор хлористого кальция с концентрацией 20,9 % и температурой замерзания 19,2^оС) при средней температуре t_р = -12 ^оС ([1], стр. 174):

Pr_ж = 28,9; Pr_с = 32,62; ₁ = 4,25*10^-6 м²/с; ₁ = 0,527 Вт/(м*К);

с_р = 3,014 кДж/(кг*К); _р = 1190 кг/м³ – число Прандтля (при температуре жидкости и стенки, соответственно), кинематическая вязкость, теплопроводность, теплоёмкость и плотность.

Массовый расход рассола:

G_р = Q_о/(с_р*t_р) = 160/(3,014*5) = 10,61 кг/с,

где t_р = t_р1 – t_р2 = -5-(-10) = 5 ^оС.

Скорость рассола в трубах:

W₁ = G_р /(_р* f₁) = 10,61/(1190*0,0048) = 1,857 м/с.

Число Рейнольдса в трубах:

Re₁ = W_1*d₁/₁ = 1,857*0,013/(4,25*10^-6) = 5680,23 >> 2000.

Коэффициент теплоотдачи можно рассчитать как при турбулентном течении внутри труб по формуле ([8] стр. 186):

Nu₁ = 0,021_* Re₁^0,8_* Pr_ж ^0.43_*( Pr_ж / Pr_с)^0,25

Nu₁ = 0,021_* 1008_* 4,24*0,97= 87

₁ = Nu_1*₁/d₁ = 3529,93 Вт/(м²_*К).

12) Коэффициент теплопередачи, отнесенный к оребрённой поверхности:

К₂ =  = 730 Вт/(м²_*К).

13) Плотность теплового потока, отнесённая к наружной поверхности:

q₂ = К₂*t_ср = 730*8,25 = 6022,5 Вт/м².

14) Расчётная наружная поверхность теплообмена:

F_н = Q_о / q₂ = 160*10³/6022,5 = 26,56 м².

Можно считать, что испаритель ИТР-35 выбран правильно.

VI. Выбор вспомогательного оборудования.

1. Регенеративный теплообменник.

Средний температурный напор:

t_б = t₅ – t₇ = 32-(-16) = 48 ^оС; t_м = t₄ – t₁ = 38-(-6) = 44 ^оС

t_ср = (t_б + t_м)/2 = 46 ^оС.

Тепловая мощность: Q_рто = 6,9 кВт (см выше).

Ориентировочный коэффициент теплопередачи: к = 100 Вт/(м²_*К).

Расчётная поверхность теплообмена: F = Q_рто /( к_*∆t_ср) = 1,5 м².

Выбираем ([3], стр. 226) регенеративный горизонтальный теплообменник кожухозмеевикового типа ТФ-80 с поверхностью теплообмена 2,3 м².

2) Батареи охлаждения в холодильной камере.

Как уже отмечено в описании установки, в качестве камерного оборудования выбраны пристенные батареи охлаждения по ГОСТ 17645-78, выполненные в виде секций СК (стальные одноколлекторные с шагом оребрения 20 мм) по 4 оребренных трубы  38х2,5 мм и поверхностью теплообмена F_1c = 20.7 м² в каждой секции.

По данным ([2], стр. 121) коэффициент теплопередачи таких секций при температуре воздуха в камере около 0 ^оС составляет к  4,1 Вт/(м²_*К).

Средний температурный напор между воздухом в камере и рассолом: t_ср = t_вх – t_р = 0-(-8) = 8 ^оС.

Расчётная поверхность теплообмена всех секций:

F_р = Q_о /( к_*∆t_ср) = 160000/( 4,3_*8) = 4651 м².

Необходимое количество секций:

n = F_р/ F_1c = 4651/20.7 = 225

При длине одной секции 2,75 м общая длина составит L = 432 м.

Все секции устанавливаются в два ряда по высоте вдоль всех стен, разделяются на две параллельные ветви и подключаются последовательно по 79 секций в каждом параллельном потоке. В гидравлическом расчёте определяется сопротивление одной параллельной ветви исходя из того, что через неё проходит половина расхода рассола, который движется по четырём параллельным трубам каждой секции проходя последовательно все 79 секций.