Значення кожухотрубного теплообмінника

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

Вступ

1. Вихідні дані

2. Тепловий розрахунок

3. Конструктивний розрахунок кожухотрубного теплообмінника

4. Розрахунок теплової ізоляції

Висновок

Список використаної літератури



Вступ

Теплообмінники дуже поширені та мають важливе значення на підприємствах харчової промисловості, вони використовуються для нагрівання, охолодження рідини та підтримки певної температури технологічного процесу. В основі теплообмінника лежить процес теплопередачі від гарячого теплоносія до холодного, рушійною силою теплового процесу є різниця температур між теплоносіями.

Так як харчові продукти дуже чутливі до змін температури, то розрахунок i підбір конструкції теплообмінника посідає важливе місце при проектуванні апаратів.

Дана курсова робота направлена на розрахунок оптимального варіанту кожухотрубного теплообмінника, який повинен забезпечити нагрівання вершків до певної температури та з певною продуктивністю, з найменшими затратами на виготовлення теплообмінника та на його експлуатацію.

За способом передавання тепла усі теплообмінники поділяють на дві великі групи: поверхневі і змішувані. В поверхневих теплообмінниках обидва теплоносії відокремлені один від одного твердою стінкою або по черзі контактують з однією і тією ж самою стінкою, яка бере участь у процесі теплообміну і утворює так звану поверхню теплообміну. Залежно від призначення теплообмінного апарата цю поверхню також часто називають поверхнею нагріву або охолодження. В змішувальних теплообмінниках або апаратах змішування теплообмін здійснюється внаслідок безпосереднього контакту і змішування гарячого й холодного теплоносіїв.

Поверхневі теплообмінники в свою чергу поділяю на рекуперативні і регенеративні. У рекуперативних апаратах один бік поверхні теплообміну весь час омиває гарячий теплоносій, а другий - холодний. Тепло від одного теплоносія до другого передається через стінку з теплопровідного матеріалу, що їх розділяє. Напрям теплового потоку в стінці залишається незмінним. У регенеративних апаратах одна й та сама поверхня теплообміну поперемінно омивається то одним, то другим теплоносієм. У період нагрівання, тобто під час контакту з гарячим теплоносієм, у твердих тілах (насадці), які заповнюють апарат, акумулюється тепло, яке в період охолодження віддається рухомому холодному теплоносію. Напрям потоку тепла в стінках періодично змінюється.

У харчовій промисловості для нагрівання і охолодження використовують переважно рекуперативні теплообмінники. Тому далі під назвою «поверхневі теплообмінники» або просто «теплообмінники» розумітимемо рекуперативні теплообмінники.

теплообмінник кожухотрубний



1. Вихідні дані

Продуктивність апарата

тиск пари

температура пари

Температура:

на вході в апарат

на виході із апарата

Швидкість руху продукту

Висота трубок

Внутрішній діаметр трубок

Товщина стінки

Матеріал труб -сталь нержавіюча

Ціна поверхні теплообміну апарату

Кількість годин роботи теплообмінника в році

Річна частина амортизаційних відрахувань

Ціна електроенергії

2. Тепловий розрахунок

Визначення середньої температури



Графік температурного напору

Середню різницю температур між парою та рідиною, що нагрівається, визначають як середньо логарифмічну різницю:

, тому

Теплофізичні властивості рідини, що нагрівається:

густина

теплоємність

коефіцієнт теплопровідності

в'язкість

Визначаємо витрати тепла на нагрівання води (теплове навантаження).

Q = x?G?c? (tк. - tп.) = = =

де х - коефіцієнт, що враховує втрати теплоти в навколишнє середовище;

(х=1,02..1,05)

G - витрати рідини, кг/с

С - теплоємність рідини, Дж/(кг*К)

Визначаємо витрати пари:

Втрати тепла в оточуюче середовище приймаємо 5% від кількості потрібного тепла. Температуру конденсату приймаємо на 3 ?С меншою гріючого пара.

tк = ?С

За таблицею водяного насиченого пара при Р= 0,19 мПа маємо:

tр = 119?С, ентальпія Ір =

Ентальпія конденсату складає:

i = c ? tк =

Тоді витрати гріючого пара визначаємо за формулою.

=

Розрахунок коефіцієнта теплопередачі:

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від стінки до нагріваємої рідини . Для цього знаходимо критерій

Приймаємо швидкість руху рідини



Приймаємо діаметр тплообмінника

Тепер розраховуємо критерій Re для кожної заданої швидкості:

Режим руху рідини турбулентний, отже критеріальне рівняння для визначення критерію Нусельта має вигляд:

Знаходимо значення коефіцієнта теплопередачі від стінки до рідини:

Знаходимо коефіцієнт тепловіддачі від гріючої пари до стінки. Оскільки джерелом тепла є насичена водяна пара, то

, де

де А - розрахунковий коефіцієнт, який залежить від фізичних властивостей конденсату;

r - теплота конденсації, Дж/кг;

Н - довжина трубки, м;

?t1 - різниця температур, tp - tcт1, 0C,

tp - температура пари , 0C;

tcт1 - температура стінки, на якій конденсується пара;

Приймаємо tcт1= 102 0C

Значення А залежно від температури плівки конденсату tпл беремо з таблиці методички і потім робимо інтерполяцію

Приймаємо висоту трубок теплообмінника .

З таблиці знаходимо значення теплоти конденсації r:

r = 2206000 Дж/кг, тоді



Знаходимо коефіцієнт теплопередачі.

Приймаємо, що труби зроблені з нержавіючої сталі і товщиною стінки

Термічний опір забруднень становить

Коофіцієнт використання поверхні нагріву ?=0.8

Задану температуру перевіряють за рівнянням:

Отже похибка становить: Задана і розрахункова температура не відрізняються більше ніж на 1 градус, отже розрахунки зроблено вірно.

Аналогічно робимо для:

Приймаємо tcт1= 98 0C



Отже похибка становить:

Приймаємо tcт1= 90 0C

Отже похибка становить:

Визначаємо площу поверхні нагрівання теплообмінника:

Гідравлічний розрахунок теплообмінника.

Цей розрахунок потрібний для визначення потужності насосів і вентиляторів та встановлення оптимального режиму роботи апарата.

Коефіцієнт тертя для ізотермічного турбулентного руху:

Значення коефіцієнтів місцевих опорів : ?1=1 ?2 =0.5 ?2 =1.5

Приймаємо слідуючи місцеві опори на шляху руху нагріваючої рідини:

Знаходимо повний гідравлічний опір:

Потужність, що потрібна для переміщення теплоносія через апарат.

де коефіцієнт корисної дії насоса

3. Конструктивний розрахунок кожухотрубного теплообмінника

Для кожухотрубних теплообмінників важливою частиною конструктивного розрахунку є розрахунок проточної частини трубного простору. Вихідними даними для конструктивного розрахунку являються результати теплового розрахунку. Виходячи із заданої продуктивності апарата і швидкості руху рідини визначають площу прохідного перерізу трубок одного ходу, м2:

Робоча довжина труб

визначаємо площу перерізу пучка труб



де G - витрата рідини, кг/с; ? - густина рідини, кг/м?; w - швидкість руху рідини всередині трубок, м/с.

Звідси визначаємо число трубок одного ходу

визначаємо загальну довжину трубок при умові одного пучка.

де - розрахунковий діаметр труби.



Визначаємо кількість ходів трубного простору :

Загальне число труб в апараті становить:

Крок між трубами (відстань між осями труб) в залежності від складає:

Розміщення труб на трубній решітці приймаємо по сторонам правильного шестикутника. Мінімальне число труб, яке повинно бути розміщене на діаметрі трубної решітки:



Оскільки трубки в апараті розташовані по шестикутнику, то за рівнянням знаходимо кількість трубок на стороні найбільшого шестикутника і на його діагоналі.

а=3.5=4

де кількість трубочок розміщених на стороні найбільшого шестикутника.

b -кількість трубочок розміщених на діагоналі найбільшого шестикутника.

Діаметр теплообмінника :

Аналогічно для:

а2=3 b2=5

а3=2,8 b3=4,6

Розрахунок патрубків теплообмінника:

· Патрубок для входу пари



· Патрубок для відводу конденсату

· Для продукту на вході

· Для продукту на виході



4. Розрахунок теплової ізоляції

Теплова ізоляція - один із основних факторів, які необхідні для безпечної, продуктивної та економічно вигідної роботи теплообмінника.

Сумарний коефіцієнт тепловіддачі від стінки до повітря:

Товщина теплової ізоляції:

де температура в апараті;

температура на поверхні ізоляції;

температура повітря;

коефіцієнт теплопровідності для теплової ізоляції.



Висновок

Процес теплообміну займає провідне місце на підприємствах харчової технології тому інженер-технолог повинен, для кращого розуміння процесів, що відбуваються з продукцією, знати принцип роботи та вміти робити розрахунки теплообмінних апаратів.

В даному курсовому проекті було проведено комплексну розробку теплообмінного апарату:

Ш Розрахунок площі теплообмінника;

Ш Розрахунок конструктивних розмірів;

Ш Розрахунок необхідного двигуна;

Ш Розрахунок та підбір типу та розмірів ізоляції;

Ш Викреслені креслення за вимогами ЕЄСКД для можливості виготовлення теплообмінника.

Так як харчові продукти дуже чутливі до змін температури, то розрахунок i підбір конструкції теплообмінника посідає важливе місце при проектуванні апаратів.

Даний курсовий проект направлений на розрахунок оптимального варіанту кожухотрубного теплообмінника, який повинен забезпечити нагрівання вершків до певної температури та з певною продуктивністю, з найменшими затратами на виготовлення теплообмінника та на його експлуатацію.

Здобуті знання допоможуть студенту надалі використовувати в подальшій науковій та промисловій роботі.



Література

1. Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. - М.: АГРОПРОМИЗДАТ, 1985. - 509c.

2. Манежик І.Ф. Процеси і апарати харчових виробництв. - К.: НУХТ, 2003.- 398c.

3. Стабников В.Н. Проектирование процессов и аппаратов пищевых производств. - К.: Высшая школа, 1982. - 197с.

4. Т.А. Скорчено, Г.Є. Поліщук, О.В. Грек, О.В. Кочубей. Технологія незбираномолочних продуктів. - Вінниця: Нова книга, 2005.- 261с.

5. Дытнерского Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1991. - 496с.

6. Крусь Г.Н., Чекулаєва Л.В. Технология молочных продуктов. - М.: Агропромиздат, 1988. - 367 с.

7. Методичні вказівки.

Размещено на Allbest.ru