Технологические расчеты резервуаров.

 

Исходные данные для технологического расчета представлены в таблице 1

Таблица 1

Наименование	Ед. изм	Варианты
Тип резервуара		горизонтальный	вертикальный
Место установки		В цехе	В цехе	Вне цеха
Скорость воздуха	м/с	1,5	3,0
Высота (длина) резервуара	м
Диаметр резервуара	м	1,5		2,5	2,5	2,5
Диаметр патрубка	мм
Избыточное давление	мПа	-	-	-	-	-	-	0,2	0,2	0,2	0,2
Температура воздуха	0С
Диаметр мешалки	м	0,3	0,3	0,3	0,4	0,5	0,5	0,5	0,6	0,6	0,6
Частота вращения мешалки	мин-1

 

1. При заполнении и опорожнении цистерн и емкостей хранения с помощью насосов продолжительность зависит от их производительности. Если же заполнение происходит с помощью вакуумной системы, а опорожнение самотеком, то расчет основан на известной из гидравлики формуле скорости истечения u (м/с) продукта из резервуара

 

(1)

 

m - коэффициент расхода, зависящий от вязкости продукта [0,7 – 0,75 для маловязких жидкостей];

g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с²;

Н – уровень продукта в резервуаре, м

 

Объемный расход жидкости (продукта) вытекающей из выходного патрубка (штуцера) резервуара М (м³/с) определяется по уравнению неразрывности потока

 

М = f· (2)

 

f – площадь выходного патрубка (штуцера) резервуара, м²;

Тогда на основании зависимости известной из гидравлики, продолжительность опорожнения вертикальных цилиндрических резервуаров определяется как отношение удвоенного объема к объемному расходу жидкости.

 

t = 2V/ М = 2V/ f с (3)

 

Если емкость имеет горизонтальную цилиндрическую форму, то

 

t = 1,7V/ М = 2V/ f с (4)

 

Если емкость имеет горизонтальную полуцилиндрическую форму, то

 

t = 1,5V/ М = 2V/ f , с (5)

 

Для заполнения:

- с помощью вакуумной системы;

- либо опорожнения под давлением сжатого воздуха, скорость продукта определяется по формуле.

(6)

 

Р_изб – избыточное давление сжатого воздуха, Па.

r =1000 кг/м³- плотность жидкости при 5⁰;

 

2. Изменение температуры за время доставки и хранения молока определяется исходя из количества теплоты (Q, Дж), воспринимаемого продуктом во время хранения или доставки.

 

Q = m·c (t_к – t_н) (7)

 

m – масса продукта в емкости, кг;

с ≈3000…4000 Дж/кг·град – удельная теплоемкость продукта;

(t_к – t_н) = 2⁰ – максимальное изменение температуры продукта за время доставки или хранения, град;

В тоже время, количество теплоты (Q, Дж), воспринимаемого продуктом во время хранения или доставки, можно определить из общего уравнения теплопередачи

 

Q = k·F·Dt_ср·t, Дж (8)

 

k – коэффициент теплопередачи, Вт/м² К, [в цистернах доставки 4-7, а в емкостях хранения 1-1,5 Вт/м² К];

F – площадь резервуара цистерны или емкости хранения, м²;

Dt_ср – средняя логарифмическая (или арифметическая) разность между температурами среды (воздуха) и продукта, град;

t - время хранения или доставки, секунд.

 

Средняя логарифмическая разность между температурами среды (воздуха) и продукта определяется из температурного графика изменения температуры от времени.

 

Тогда Dt_ср = Dt_боль - Dt_мень/ ln(Dt_боль/Dt_мень) (9)

 

Если приравнять уравнения (1) и (2), то изменение температуры продукта за время хранения или доставки, то можно определить реальное изменение температуры продукта

 

(t_к – t_н) = k·F·Dt_ср·t / m·c = k·F·Dt_ср·t / V·r·c, (10)

 

V – объем резервуара цистерны или емкости хранения, м³;

r - плотность продукта, кг/м³;

3. Толщина теплоизоляционного слоя определяется исходя из предварительно определенных значений коэффициентов теплоотдачи, а также выбранных толщин обшивки резервуара и коэффициентов теплопроводности материала обшивки.

В случае установки оборудования внутри или вне цеха коэффициент теплоотдачи от воздуха к обшивке стенки резервуара, где скорость воздуха минимальна и не превышает 5,0 м/с определяют по формуле Юргеса:

 

α₁ = (5,3 +3,6·υ)1,163 Вт/м²град

 

При установке резервуара вне цеха на заводской территории при υ более 5,0 м/с для нахождения α₁ используется зависимость:

 

α₁ = 6,7·υ^0,7·1,163 Вт/м²град

 

Коэффициент теплоотдачи от стенки к продукту определяется по формуле Меркеля:

 

Где С =150…200 – эмпирический коэффициент;

(t_cn – t_ж) = 1…2⁰С – разность между температурой стенки с внутренней ее стороны и температурой жидкости в резервуаре.

Коэффициенты теплопроводности материалов входящих в состав многослойной обшивки стенки определяют по справочным данным. Так для:

· нержавеющей стали – λ_ст = 46,5 Вт/м²град;

· теплоизоляции – λ_из = 0,10…0,12 Вт/м²град;

Тогда толщина теплоизоляционного слоя

 

 

k – коэффициент теплопередачи, Вт/м² К, [в цистернах доставки 4-7, а в емкостях хранения 1-1,5 Вт/м² К];

δ_ст = 0,003…0,004 м – толщина металлической стенки

 

4. Мощность N (кВт) для работы перемешивающих устройств рассчитывают по формулам, выведенным на основе критериальной зависимости Кафарова

 

Eu_m = f (Re_m)