Теплоизоляция технологического оборудования

УСЛОВИЯ ЗАДАЧ

Задача 17. Рассчитать толщину теплоизоляции d _из (мм) для цилиндрического аппарата, изготовленного из металла (М), толщина стенки аппарата d _ст.(мм). Температура среды внутри аппарата t_вн (^оС); температура воздуха в помещении t_в(^оС); температура на поверхности изоляции 45^оС. В качестве изоляции используется изоляционный материал (ИЗ). Коэффициент теплоотдачи от поверх­ности аппарата к воздуху a = 6 Вт/м² град. Коэффициент теплопроводности стенок аппарата l_ст (Вт/м×град); коэффициент теплопроводности изо­ляционного материала l_из (Вт/м×град).

Указание: принять температуру внутренней стенки аппарата равной температуре среды в аппарате.

Параметры	Варианты исходных данных
Материал аппарата (М)	сталь	латунь	чугун	алюминий	сталь
d ст,мм
lст, Вт/м град	45,4	85,5	63,0	204,0	45,0
Материал изоляции (ИЗ)	войлок шерстяной	асбест	кирпич	асбест	картон
lиз, Вт/м град	0,05	0,12	0,3	0,12	0,06
tвн,оС
tв,оС

Задача 18. В печном отделении хлебозавода объемом V (м³) установлено n одинаковых печей. Площадь тепловыделяющей поверхности каждой печи F = 60 м². Стены печей покрыты двухслойной тепловой изоляцией. Кожух печей выполнен из стали толщиной d₁= 3 мм с коэффициентом теплопроводности l₁= 46 Вт/м град. Первый слой изоляции выполнен из шамотного кирпича толщиной d₂ = 250 мм с коэффициентом теплопроводности l₂ = 0,14 Вт/(м × град). Второй слой изоляции толщиной d₃ = 100 мм выполнен из шлаковаты, с коэффи­циентом теплопроводности l₃ = 0,04 Вт/(м × град). Температура внутри печи t_вн = 240°С; температура воздуха в печном отделении t_в =35 С. Коэф­фициент теплоотдачи от наружной поверхности печей к окружающему возду­ху a₂ = 6 Вт/(м² × град). Коэффициент теплоотдачи на внутренней стороне пе­чи a₁ = 20 Вт/(м² × град). Определить потери тепла Q_п (кВт) от печей в помещении; количество приточного воздуха L (м³/ч) с температурой t_пр (°С), которое необходимо ввести в хлебохранилище в течение часа для удаления избытков тепла и кратность обмена воздухом К. Принять плотность воздуха r = 1,2 кг/м³.

Параметры	Варианты исходных данных
V, м3
n
tпр , °С

Задача 19. На хлебозаводе установлены печи, суммарная производительность которых составляет 25 т хлебобулочных изделий в сутки. После выпечки хлеб остывает в хлебохранилище объемом V (м³) от началь­ной температуры t _нач. = 90 ^оС до t _кон. = 30 ^оС. Средняя теплоемкость остывающего хлеба С = 1,47 кДж/кг×град. Температура воздуха в хлебох­ранилище 26 ^оС. Определить среднее количество теплоты, выделяемой остывающим хлебом Q_хл (кДж/ч); количество воздуха L (м³/ч) с температурой t_пр (°С), которое необходимо ввести в хлебохранилище в течение часа для удаления избытков тепла и кратность обмена воздухом К. Принять плотность воздуха r = 1,2 кг/м³.

Параметры	Варианты исходных данных
V, м3
tпр , °С

Задача 20. Определить количество тепла Q (кВт), поступающего в окружающую среду в единицу времени от котла, покрытого теплоизоляционным материа­лом толщиной d_из и коэффициентом теплопроводности l_из. Площадь котла F (м²). Температура внутренней среды t_вн. Коэффициент теплоотдачи от по­верхности котла в окружающую среду a_нар = 8 Вт/м² град, а коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности котла a_вн. = 20 Вт/м²град. Темп­ература окружающего котла воздуха t _возд.

Параметры	Варианты исходных данных
Изоляционный материал	войлок технический	асбест	кирпич	картон	стекло- волокно
d из, мм
l из, Вт/м×град	0,05	0,12	0,14	0,06	0,04
t вн,оС
t возд. оС
F, м2

Задача 21. Определить температуру на поверхности аппарата t _пов (°С), при условии что аппарат площадью F (м²) выделяет тепловой поток Q(Вт). Ап­парат теплоизолирован материалом толщиной d _из и коэффициентом теплопроводности l _из. Температура внутри аппарата t_вн, температура воздуха в помещении t _возд. Коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности аппарата, омываемым горючим газом a ₁ = 20 Вт/м²×град.

Параметры	Варианты исходных данных
Материал теплоизоляции	кирпич	пробка	штукатурка	гипс	стекловата
Q, Вт
F , м2
l из, Вт/м×град	0,14	0,38	0,78	0,29	0,04
d из, мм
t вн, °С

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

При расчете теплоизоляции следует придерживаться следующего порядка.

Сначала устанавливаются допустимые тепловые потери объекта при наличии изоляции задавшись температурой на поверхности изоляции.

Количество теплоты q, отдаваемое единицей поверхности нагретого объекта в еди­ницу времени в окружающую среду

q = a × (t_из – t_в), Вт/м², (3.1)

где a - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции к воздуху, Вт/ (м² × град);

t _из - температура на наружной поверхности изоляции, ^оС;

t _в - температура воздуха в помещении, ^оС;

Зная теплопотери с единицы поверхности изолируемого объекта q, определяем коэффициент теплопередачи по формуле

К = q / (t_вн – t_в), Вт/град, (3.2)

где t_вн – температура среды внутри объекта (аппарата), °С.

В свою очередь коэффициент теплопередачи

К = , (3.3)

где a ₁ и a ₂ - коэффициенты теплоотдачи соответственно на внутренней и наружной стороне аппарата, Вт/ (м² × град).

d_ст, l_ст - толщина (м) и коэффициент теплопроводности изолируемой стенки, Вт/(м × град);

d_из, l_из - толщина (м) и коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м × град);

Преобразуя выражение (6.3), определяющее коэффициент теплопередачи К, получаем формулу для определения толщины теплоизоляции, которая имеет следующий вид:

d _ИЗ = , м (3.4)

Температура внутренней поверхности аппарата может быть рассчитана по формуле

t _ст.вн. = t _вн. – , (3.5)

Температура наружной поверхности аппарата определяется по формуле

t _ст.н. = t _в + = t _ст.вн. – , (3.6)

Общее количество теплоты, выделенной наружной поверхностью аппара­та F (м²) в течение часа составляет

Q = 3,6 × q × F, кДж. (3.7)

Тепловыделение от остывающего продукта определяется по формуле

Q = m × с × (t_нач – t_кон), кДж, (3.8)

где m - масса остывающего продукта, кг;

с - теплоемкость остывающего продукта, кДж/(кг × град);

t_нач, t_кон - соответственно начальная и конечная температура остывающего продукта, ^оС.