В случае прямого расчета определяется площадь теплообмена
F = Qохл /(K·Dtср).
В случае поверочного - устанавливается достаточность стандартных теплообменников в аппарате сопоставлением Qохл с действительной способностью теплообменников, определяемой уравнением
Q = K·F·Dtср,
где K - коэффициент теплопередачи; F - поверхность теплообмена;
Dtср - средняя разность температур среды и теплоносителя.
Dtб = 17; Dtм = 7; 
= 
> 2 тогда Dtср = 
= 
= 11,3
Коэффициент теплопередачи определяют по формуле
,
где a1 и a2 - коэффициенты теплоотдачи со стороны среды и со стороны хладагента; lст - коэффициент теплопроводности материала аппарата; d - толщина стенки; r1 и r2 - термические сопротивления загрязнений на стенке.
Наибольшие сложности в расчете представляет определение коэффициентов теплоотдачи, которые определяются из критериальных зависимостей вида
Nu = f (Re,Pr,Gr),
где 
- критерий Нуссельта; 
- критерий Рейнольдса;
- критерий Прандтля; 
- критерий Грасгофа,
где l - коэффициент теплопроводности жидкости, v - средняя линейная скорость жидкости, m - динамическая вязкость, r - плотность, с - теплоемкость, b - температурный коэффициент объемного расширения, Dt - разность температур стенки и жидкости, L - характерный линейный размер.
К сожалению, для охлаждаемой среды одна из определяющих величин в этих уравнениях - средняя скорость потока - неизвестна. Используемая вместо нее скорость конца лопасти мешалки и замена критерия Re модифицированным Reцб (
) весьма приближенно характеризуют влияние гидродинамики потока на теплопередачу.
Коэффициент теплоотдачи a1 для трубчатого вертикального змеевика. Для турбинных мешалок с вертикальным расположением труб змеевика, которые являются одновременно отражательной перегородкой, используется формула Данлопа-Раштона, полученная для четырехлопастной турбины с прямыми лопастями
,
где nп - число отражательных перегородок (секций змеевика);
dтр - наружный диаметр трубы змеевика. 
Тогда 
Коэффициент теплоотдачи a1 для рубашки. Коэффициент теплоотдачи от перемешиваемой среды к стенке аппарата (в аппаратах диаметром до 1,5 м) определяется зависимостью вида
Здесь D - внутренний диаметр аппарата. Значения коэффициентов С и а для различных случаев перемешивания приведены ниже в таблице 3.
Таблица 3. Значения констант уравнения для различных типов мешалок
| Тип мешалки | Наличие перегородок | С | а | Reцб |
| Турбинная (открытая) | есть | 0,67 | 4·103 - 106 |
Коэффициент теплоотдачи a1 от газожидкостной смеси, перемешиваемой шестилопастной турбинной мешалкой, к стенке сосуда, заключенной в рубашку, рассчитывается по уравнению
,
где 
; 
; wг - приведенная скорость газа.
wг =Qс/0,785D2=0,152/0,785*(2,4)2= 0,0336
Коэффициент теплоотдачи a1 от газожидкостной смеси к стенке корпуса барботажного аппарата или его теплообменного элемента (вертикальной или горизонтальной трубы) может быть рассчитан по следующим формулам:
при Кб £18;
при Кб >18,
где 
; wг - приведенная скорость газа в аппарате.
wг =Qс/0,785D2 wг =0,152/0,785*(2,4)2= 0,0336
Коэффициент теплоотдачи a2 для трубчатого змеевика. Коэффициент теплоотдачи от стенки змеевика, выполненного в виде пучка труб, к охлаждающей воде при Re >10000
,
Vж=4.W=1,98/4.1000=0,5.10-3
v=Vж/0,785.d2тр=0,5.10-3/0,785.0,062=0,18
Коэффициент теплоотдачи a2 для рубашки. Коэффициент теплоотдачи теплоносителя, протекающего в рубашке из полутруб или в прямоугольном сечении секционированной рубашки при развитом турбулентном режиме (Re >10000), рассчитывается по уравнению
,
где e - коэффициент, учитывающий искривленность каналов, e=1+3,54dэ/D;
dэ - эквивалентный диаметр канала; D - диаметр витка полутрубы или аппарата.
dэ = 0,6 dтр = 0,6. 0,063 = 0,038
e=1+3,54dэ/D = 1+3,54.0,038/2,4 =1,056
Теплоотдача внутри простой цилиндрической рубашки происходит в условиях естественной конвекции и рассчитывается по формуле
Nu = aHр/l = С(Gr Pr)a,
где С=0,76 и а=0,25 при 103< GrPr <109; С=0,15 и а=0,33 при GrPr >109.
Если в качестве теплоносителя используется вода, произведение GrPr рассчитывается по упрощенной зависимости
,
где Нр - высота стенки сосуда, заключенной в рубашку, м; tст - температура стенки сосуда, оС; tср - средняя температура теплоносителя (воды) в рубашке, оС.
При ориентировочных расчетах: tср=(t1 + t2)/2 и tст=(tк + tср)/2.
tср=(t1 + t2)/2 = (13+23)/2 =18
tст=(tк + tср)/2 = (30+18)/2 = 24
Nu = aHр/l = 0,15.(Gr Pr)0,33 = 0,15.(
)0,33 = 1970
Коэффициент В в зависимости от tср имеет следующие значения:
| tср, оС... | ||||||||||
| В·10-9... | 2,64 | 8,0 | 15,5 | 27,0 | 39,0 | 68,0 |
Для трубчатого змеевика
F = Qохл /(K·Dtср) = 86,2. 103/(479,3·11,3) = 15,9
Для простой рубашки
Fрасч= Qохл /(K·Dtср) = 86,2. 103/(298,1·11,3) = 25,6
Площадь стандартной рубашки Fст= 26,5 м2, что несколько больше расчетной.
Для рубашки из полутруб
Fрасч= Qохл /(K·Dtср) = 86,2. 103/(537,1·11,3) = 14,2
Площадь стандартной рубашки из полутруб Fст.полутруб= Fапп/2 =39,8/2= 19,9м2, что превышает расчетную величину
Используемая литература
1. Александровский, С.А. Расчет основного оборудования микробиологических производств: учеб. пособие / С.А. Александровский. - Казан. гос. технол. ун-т. Казань, 2002. 64 с.
2. Иванов, В.Н. Стехиометрия и энергетика микробиологических процессов / В.Н. Иванов, Е.В. Стабникова. – Киев: Наукова думка, 1987. – 152 с.
3. Лащинский, А.А. Конструирование сварных химических аппаратов: справочник./ А.А. Лащинский. – Л.: Машиностроение, 1981. – 382 с.
4. Рабинович, В.А. Краткий химический справочник / В.А. Рабинович, З.Я. Хавин. Под ред. А.А. Потехина и А.И. Ефимова. – 3-е изд. – Л.: Химия, 1991. – 432 с.
5. Доманский, И.В. Машины и аппараты химических производств: примеры и задачи. Учеб. пособие / И.В. Доманский, В.П. Исаков, Г.М. Островский и др. Под ред. В.Н. Соколова. – Л.: Машиностроение, 1982. – 384 с.
6. Гапонов, К.П. Процессы и аппараты микробиологических производств / К.П. Гапонов. – М.: Легкая и пищевая пром-ть, 1975. – 240 с.
7. Васильцов, Э.А. Аппараты для перемешивания жидких сред: справочное пособие / Э.А. Васильцов, В.Г. Ушаков. – Л.: Машиностроение, 1979. – 272 с.
8. Соколов, В.Н. Аппаратура микробиологической промышленности / В.Н. Соколов, М.А. Яблокова.. – Л.: Машиностроение, 1988. – 278 с.
