Визначення ефективності систем обігріву і раціонального кроку труб теплообмінного пристрою
З підрозділу 5.6 відомо, що коефіцієнт теплопередачі системи обігріву, виконаної з труб, розташованих із зовнішнього боку стінки біореактора, залежить від кроку труб. Встановлено, що тепловий потік, спрямований на нагрів реактора, при куті 75° (щодо осі X, рис. 5.8), знижується до значень теплового поток)’, спрямованого
від стінки реактора в навколишнє середовище. Так як тепловий потік від змійовика теплообмінника можна враховувати при значенні кута а не більше 75° (рис. 5.8), то ефективний крок труб можна визначити з співвідношення
S = d„-tg75.
Згідно (5.15) крок труб для металопластикових труб буде перебувати в межах від 0,05 м (для d=14 мм) до 0,12 м (для d=32 мм).
При використанні металополімерних груб для систем обігріву реакторів у вигляді правильних циліндрів для відстані між витками 0,1 м висота системи обігріву складе 60 % висоти реактора.
Продуктивність системи обігріву Q визначається за умови компенсації тепловтрат за системою рівнянь
де k ст. реакт — коефіцієнта теплопередачі реактора t„„H — температура навколишнього середовища Необхідний крок труб, кількість витків, коефіцієнт теплопередачі системи обігріву визначається при вирішенні системи рівнянь.
Для визначення ефективності теплообмінного апарату пропонується ввести параметр j/ — коефіцієнт ефективності нагріву
V = CrXi.
kj
де Si — — — коефіцієнт, що враховує конструкцію теплообмінника;
кь к2 — коефіцієнти теплопередачі теплообмінників порівнюваних конструкцій, Вт/(м2-°С);
Ati
Хі = — — коефіцієнт, що враховує температурний напір;
At2
At,, Atz — перепад температури між теплоносієм і субстратом теплообмінників порівнюваних конструкцій, °С.
При значенні у>1 перший теплообмінник ефективніше друге* го, при у<1 — навпаки.
Так наприклад, для систем обігріву із сталевих груб всередині біореактора (к,=200 Вт/(м2-°С), Дг, 27 °С); та металополімерних труб, що встановлюються зовні (к2=23 Вт/(см2-°С), At2=60 °С)
Отже, теплообмінник всередині реактора ефективніше, ніж зовні. Ряд недоліків має розташування теплообмінника всередині реактора.
Доцільність розміщення теплообмінника поза внутрішнього об’єму реактора (в конструкціях стін, на поверхні і т. д.) пояснюється наступними позитивними ефектами:
> реактор виповнюється без спеціальних отворів для підведення теплоносія;
> температуру теплоносія можна значно підвищити, досягнувши параметрів відпустки котельні, що не вимагає установки додаткових теплообмінників щодо зниження температури в подаючому трубопроводі;
> всередині реактора можна розміщувати практично будь-яку систему перемішування;
> спрощується обслуговування системи обігріву;
> всередині реактора не виникає додаткового налипання на систему обігріву, що зменшує необхідність періодичних зупинок для очищення системи.