Двухсекционный пластинчатый теплообменник для охлаждения пивного сусла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра химической технологии

Двухсекционный пластинчатый теплообменник для охлаждения пивного сусла

Технологическое оборудование

Иркутск 2008



СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Технологический расчет

1.1 Общий тепловой баланс

1.2 Расчет ориентировочной поверхности теплопередачи. Выбор теплообменного аппарата

1.3 Уточненный расчет теплообменного аппарата

1.3.1 Расчет коэффициентов теплоотдачи в секции водяного охлаждения

1.3.2 Расчет коэффициентов теплоотдачи в рассольной секции

1.4 Необходимая поверхность теплопередачи

2. Гидравлический расчет

2.1 Расчет гидравлических сопротивлений

2.1.1 Секция водяного охлаждения

2.1.2 Секция рассольного охлаждения

Список литературы



Введение

Для расчета и подбора нормализированного теплообменного аппарата составим и рассчитаем тепловой баланс из которого определим тепловую нагрузку теплообменного аппарата и расход теплоносителя. Рассчитаем среднюю разность температур, выберем по опытным данным ориентировочный коэффициент теплопередачи. Рассчитаем ориентировочное значение поверхности теплообмена и по нему выберем стандартный теплообменник. Произведем уточненный расчет стандартного теплообменника: уточним коэффициенты теплоотдачи для горячего и холодного теплоносителя и уточненный расчет коэффициента теплопередачи. Сопоставим поверхности теплообмена расчетной и нормированной. Произведем гидравлический расчет.

Теплообменные аппараты применяются для проведения теплообменных процессов (нагревание или охлаждение). В данном курсовом проекте мы рассчитываем рекуперативный теплообменник, в котором теплоносители разделены стенкой и теплота передается от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку.

Предложено на расчет пластинчатый теплообменный аппарат. Поверхность теплообмена в таком аппарате образована набором штампованных гофрированных пластин. Сами аппараты могут быть разборными, полуразборными и неразборными (сварными).

Разборные теплообменники могут работать при давлении 0,002 - 1,0 МПа и температуре рабочих сред от -20 до +180 єС, полуразборные - при давлении 0,002 - 2,5 МПа и той же температуре; неразборные (сварные) аппараты могут работать при давлении 0,0002 - 4,0 МПа и температуре от - 100 до +300 єС.

Пластинчатые теплообменники широко используются в пищевой промышленности в качестве нагревателей, холодильников, а также комбинированных теплообменников для пастеризации и стерилизации.

Пластинчатые теплообменники компактны, обладают большой площадью поверхности теплоотдачи, достигающаяся гофрированием пластин.

Эффективность обусловлена большой величиной отношения площади теплопередачи к объему теплообменника. Это достигается высокими скоростями теплоносителей, а также турбулизации потоков гофрированными поверхностями пластин и низкому термическому сопротивлению стенок пластин.

Эти теплообменники изготовляют в виде модулей, из которых может быть собран теплообменник с площадью поверхности теплопередачи, необходимой для осуществления технологического процесса.

К недостаткам относятся сложность изготовления, возможность загрязнения поверхности пластин взвешенными в жидкости твердыми частицами.



1. Технологический расчет

1.1 Общий тепловой баланс

Тепловой поток через пластины водяной секции:

 (1.1)

Тепловой поток через пластины рассольной секции:

(1.2)

Принимаем конечную температуру воды 40°С.

Разность температур охлаждаемого сусла и воды:

Разность температур охлажденного сусла и воды:

Средняя разность температур теплообменивающихся жидкостей при противотоке:



Разность температур охлаждаемого сусла и рассола:

Разность температур охлажденного сусла и рассола:

Средняя разность температур теплообменивающихся жидкостей в рассольной секции:

1.2 Расчет ориентировочной поверхности теплопередачи

теплообменник гидравлический стерилизация пищевой

Выбор теплообменного аппарата

Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи выбираем на основании [3]. Вид теплообмена: от жидкости к жидкости, при вынужденном движении . Примем .

Зная тепловую нагрузку аппарата, рассчитав среднею разность температур и выбрав ориентировочный коэффициент теплопередачи, определим ориентировочную поверхность теплообмена для водяной секции:



, (1.3)

и для рассольной секции:

По ГОСТ 15518-83, при такой площади теплообмена выбираем теплообменный аппарат типа Р исполнение 3 для секции рассольного охлаждения:

f - поверхность теплообмена одной пластины (f=0,2м2);

F - поверхность теплообмена (F=31,5м2);

N - количество пластин (N=160шт);

M - масса аппарата (M=1485кг).

По ГОСТ 15518-83, при такой площади теплообмена выбираем теплообменный аппарат типа Р исполнение 3 для секции рассольного охлаждения:

f - поверхность теплообмена одной пластины (f=0,2м2);

F - поверхность теплообмена (F=16м2);

N - количество пластин (N=84шт);

M - масса аппарата (M=1222кг).

В соответствии с [1] пластина с f=0,2м2, имеет габаритные размеры:

длина - 960 мм;

ширина - 460 мм;

толщина - 1,0мм;

dэ - эквивалентный диаметр канала (dэ=8,8 мм=0,0088м);

S - поперечное сечение канала (S=17,8?10-4 м2);

L - приведенная длина канала (L=0,518 м);

m - масса пластины (m=2,5кг);

dш - диаметр условного прохода штуцеров (dш=150мм=0,15м).

1.3 Уточненный расчет выбранного теплообменного аппарата

Пусть компоновка пластин самая простая: Сх: 80/80 и 42/42, т.е. по одному пакету (ходу) для обоих потоков.

1.3.1 Расчет коэффициента теплоотдачи для секции водяного охлаждения

Скорость сусла в 68 каналах с проходным отверстием 0,00178 м2 равна

, (1.4)

где  - скорость сусла.

Определим тип движения в каналах, для этого найдем число Рейнольдса

, (1.5)

где, Re - число Рейнольдса;

- скорость теплоносителя, м/с;

 - эквивалентный диаметр, м;

 - плотность теплоносителя, кг/м3;

 - вязкость теплоносителя, Па•с.

В секции водяного охлаждения средняя температура сусла:



Для сусла при 100°С по формуле (1.11)

Режим движения турбулентный.

Критерий Прандтля для потока сусла:

 (1.6)

В секции водяного охлаждения средняя температура воды:

Найдем число Рейнольдса из формулы(1.6)



Режим движения турбулентный.

Примем термические сопротивления для воды среднего качества 1/rЗ.в.=2000 Вт/м2?К, для сусла 1/rЗ.сус.=1800 Вт/м2?К. Повышенная коррозийная активность воды диктует применять нержавеющую сталь в качестве материале для пластин. Теплопроводность нержавеющей стали [1] при толщине пластины 1,0 мм, примем равную лСТ=17,5 Вт/м2?К. Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений равна:

, (1.7)

Для секции водяного охлаждения коэффициент теплопередачи:

 , (1.8)

Преобразуем формулу(1.8), и получим

 (1.9)

Уточненный расчет учитывая температуры стенок:



Уравнение интерполяции:

Коэффициент теплопередачи для секции водяного охлаждения



1.3.3 Коэффициент теплопередачи для рассольной секции

Скорость движения рассола принимаем в 1.5 раза ниже скорости сусла, так как рассол имеет низкую температуру и значительную вязкость:

В секции рассольного охлаждения средняя температура сусла:

Для сусла при 15°С по формуле (1.5)

Режим движения турбулентный.

Критерий Прандтля для потока сусла:



В секции рассольного охлаждения средняя температура рассола:

Найдем число Рейнольдса из формулы(1.5)

Режим движения турбулентный.

Для секции рассольного охлаждения коэффициент теплопередачи:

 , (1.10)

Преобразуем формулу(1.10), и получим



1.4 Необходимая поверхность теплопередачи

Согласно формуле(1.3), найдем поверхность теплопередачи, только вместо , подставим расчетную К

.

Выбранные нами теплообменники для водяной и рассольной секций подходят с запасом.



2. Гидравлический расчет

2.1 Расчет гидравлических сопротивлений 

Гидравлическое сопротивление рассчитываем:

, (2.1)

где x - число пакетов для данного теплоносителя, компоновка однопакетная(x=1);

L - приведенная длина канала(L=0,518м);

dЭ - эквивалентный диаметр канала(dЭ=0,0088м);

 - коэффициент местного сопротивления;

 - плотность теплоносителя, кг/м3;

 - скорость теплоносителя, м/с;

 - скорость в штуцерах, м/с.

Найдем коэффициент местного сопротивления - о, который зависит от типа пластины и движения теплоносителя [1].

2.1.1 Секция водяного охлаждения

Найдем коэффициент местного сопротивления - о, который зависит от типа пластины и движения теплоносителя.

Режим движения для воды - турбулентный. Значит коэффициент местного сопротивления при ламинарном режиме движения

, (2.2)



где коэффициент а1=320. Для воды по формуле(2.2)

Найдем скорость в штуцерах [1]

, (2.3)

где  - скорость в штуцере, м/с;

 - расход теплоносителя, кг/с;

 - диаметр штуцера(=0,2м);

 - плотность теплоносителя, кг/м3.

Скорость в штуцерах для горячего теплоносителя

.

Так как >2,5м/с, то скорость в штуцерах учитываем.

Гидравлическое сопротивление воды по формуле(2.1), с учетом скорости в штуцерах



Секция рассольного охлаждения 

Режим движения для рассола - турбулентный. Значит коэффициент местного сопротивления при турбулентном режиме движения

, (2.4)

где коэффициент а2=15,0. Для холодного теплоносителя по формуле(2.4)

.

Найдем по формуле(2.3) скорость в штуцерах, для холодного теплоносителя

Так как >2,5м/с, то скорость в штуцерах учитываем.

Гидравлическое сопротивление рассола по формуле(2.1)



Список литературы

1. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под. ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и дополн. М.: Химия, 1991. - 496 с.

2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: учебное пособие для вузов; под. ред. чл. - корр. АН России П.Г. Романкова. - 13-е изд., стереотипное. Перепечатка с издания 1987г. М.: ООО ТИД «Альянс», 2006. - 576 с.

3. Ульянов Б.А., Бадеников В.Я., Ликучёв В.Г. Процессы и аппараты химической технологии. Учебное пособие - Ангарск: Издательство Ангарской государственной технической академии, 2005 г. - 903 с.

4. ГОСТ 15518-87 Аппараты теплообменные пластинчатые.

5. И.Т. Кретов, С.Т. Антипов, С.В. Шахов Инженерные расчеты технологического оборудования предприятий бродильной промышленности - М.: КолосС, 2004 г. - 391 с.

Размещено на Allbest.ru