Проектування пластинчастого теплообмінника

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектування пластинчастого теплообмінника

ЗМІСТ

Вступ

1.Опис і теоретичні основи теплообміну

1.1 Теорія процесу

1.2 Обґрунтування вибору апарату

1.3 Місце і призначення пластинчастого теплообмінника в технологічній лінії

2. Вимоги, що пред'являються до пластинчатому теплообміннику, який розробляється

3. Опис проектованого пластинчастого теплообмінника

4. Розрахунок пластинчастого теплообмінника

4.1 Тепловой розрахунок

4.2 Конструктивний розрахунок

4.3 Гідравлічний розрахунок

5. Економічне обґрунтування проекту

6. Охорона праці

Висновок

Список рекомендованої літератури

ВСТУП

Процеси теплообміну посідають одне з найважливіших місць при обробці харчових продуктів. Умовно їх можна поділити за їх характером на чисто теплообмінні процеси, де масообмін відіграє підпорядковану роль (нагрівання, охолодження, заморожування, конденсація, випаровування), а також на суміщені тепло- та масообмінні (сушіння, дистиляція, ректифікація, випічка, об жарка, адсорбція).

До обладнання для здійснення чисто теплообмінних процесів належать теплообмінники - підігрівачі, охолоджувачі, випарні установки та апарати, конденсатори, електронагрівачі тощо.

У ролі теплоносія у виробництві харчових продуктів використовують водяну пару, повітря, воду та інше. Найбільш чисто використовується водяна пара завдяки тому, що вона зручна для транспортування, легко регулюються її температура та витрати, має велику теплоту конденсації, незначна її агресивна дія на матеріал паропроводів та апаратів, а також її можна використовувати в умовах безпосереднього контакту з харчовими продуктами.

1. ОПИС І ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ТЕПЛООБМІНУ

1.1 Теорія процесу

Технологічні процеси, основою яких є передача теплоти під впливом різниці температур, називаються тепловими процесами, а апаратура, призначена для проведення, називається тепловою.

Технологічні процеси виробництва різноманітних харчових продуктів включають цілий ряд основних теплових процесів, що є загальними для більшої частини харчових виробництв.

До основних процесів нагрівання, охолодження, випаровування (в тому числі випарювання) і конденсація.

Нагрівання - підвищення температури матеріалів, що переробляються, шляхом підведення до них теплоти.

Охолодження - зниження температури матеріалів, що переробляються, шляхом відводу від них теплоти.

Конденсація - перехід речовини з паро- або газоподібного стану в рідкий відведенням від неї теплоти.

Випаровування - перехід рідини в пару підведенням до неї теплоти.

Випарювання - процес згущення розчинів шляхом вилучення з них частини води випаровуванням.

Способи передачі теплоти

а) теплообміном - називається передача теплоти від більш нагрітого тіла до менш нагрітого через стінку що їх розділяє (поверхню теплообміну), або змішуванням теплоносіїв (поверхня теплообміну - поверхня контакту фаз обох теплоносіїв).

б) теплопровідність - це процес передачі теплової енергії від більш нагрітої частини тіла до менш нагрітої внаслідок безпосередньої взаємодії частинок( молекул, атомів, електронів) у їхньому тепловому русі.

в) конвекція - це перенос теплоти шляхом переміщення деяких об'ємів (макрооб'ємів) рідини або газу з більш нагрітої області простору в менш нагріту. Розрізняють природну (вільну) і змушену конвекції.

г)Теплове випромінювання - це явище перенесення теплоти в вигляді електромагнітних хвиль з подвійним взаємним перетворення - теплової енергії в променеву та навпаки.

Теплопередача - це передача теплоти від гарячої рідини до холодної через розділяючи їх стінку.

Складний процес теплообміну на практиці частіше відбувається при передачі теплоти від одного рідинного середовища до іншого крізь роздільну стінку. У цьому випадку розрахункова формула теплопередачі (основне рівняння теплопередачі) має вигляд:

технологічий теплообмінник конструктивний гідравлічний

Q=KtсрF, (1.1)

де tср середня різниця температур між теплоносіями, єС;

F - площа поверхні теплопередачі, м2;

K - коефіцієнт теплопередачі, який становить :

, (1.2)

де - коефіцієнти тепловіддачі з одного та другого боку стінки, Вт/(м2*град);

- товщина стінки, м;

- коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м*град).

Коефіцієнти тепловіддачі від теплоносія до стінки і від стінки до теплоносія залежать від багатьох факторів: швидкості потоку рідини, її густини, вґязкості, теплоємності, теплопровідності, форми і геометричних розмірів поверхні теплообміну та ін. Тому значення цих коефіцієнтів визначають дослідним шляхом. На основі теорії подібності складають так звані критеріальні рівняння, в які входять шукані коефіцієнти тепловіддачі.

Наприклад, критеріальне рівняння, що характеризує теплообмін між

теплоносієм (нагрітою рідиною) і стінкою (трубою) для турбулентного

режиму руху теплоносія в трубі, має вигляд:

, (1.3)

де - критерій Нусельта, що характеризує інтенсивність теплообміну між теплоносієм і стінкою, визначається за формулою:

=, (1.4)

де - шуканий коефіцієнт тепловіддачі від теплоносія до стінки труби,

Вт (м2 К);

- лінійний розмір (діаметр труби), м;

- коефіцієнт теплопровідності теплоносія, Вт/(м*к);

Re - критерій Рейнольда, що характеризує режим руху теплоносія, визначається за формулою:

, (1.5)

де: - швидкість теплоносія, м/с;

- густина теплоносія, кг/м3;

- динамічний коефіцієнт в'язкості теплоносія, Па*с;

Pr - критерій Прандтля, що характеризує фізичні властивості теплоносія, визначаються за формулою:

, (1.6)

де с - теплоємність теплоносія, Дж/(кг*К).

Таким чином, визначивши за дослідними або довідковими даними величини критерію Nu, визначають і шуканий коефіцієнт тепловіддачі за формулою:

, (1.7)

де - коефіцієнт тепловіддачі

Рушійна сила тепло вивих процесів - це різниця температур середовищ, за наявності якої теплота поширюється від середовища з більшою температурою до середовища з меншою температурою.

Під час вивчення законів теплопередачі ми вважали ці температури по обидва боки стінки, що їх розділяє, постійними. У більшості випадків у процесі теплообміну температури теплоносіїв (або, принаймні одного із них) змінюються вздовж поверхні теплообміну, тому в теплових розрахунках, де застосовується основне рівняння теплопередачі (1.1), використовується середня різниця температур.

На практиці трапляються такі дві основні схеми теплоносіїв (рис.1.1.): а) прямотечія - обидва теплоносії рухаються паралельно один одному в одному напрямку; б) протитечія - паралельний зустрічний рух. Крім цього мають місце перехресна течія - рух у взаємно перпендикулярному напрямку та змішана течія - один або два теплоносії роблять декілька ходів у апараті, омиваючи одну частину його поверхні за схемою прямотечії, іншу - за схемою протитечії або перехресної течії.

Рисунок 1.1 - Схема зміни температур теплоносіїв уздовж поверхні теплообміну

Для розрахунку середньої різниці температур необхідно встановити за графіками в кожному конкретному випадку більшу і меншу різницю температур. Після цього встановлюють величину відношення між більшою й меншою різницею температур.

Якщо , то середня різниця температур визначається як середньоарифметична велична:

, (1.8)

Коли , то середня різниця температур теплоносіїв визначається як середньо логарифмічна величина за формулою (1.9)

, (1.9)

Де - велика різниця температур

- мала різниця температур

, (1.10)

1.2 Обґрунтування вибору апарату

Теплообмінники - це пристрої, в яких здійснюється теплообмін між середовищами, які гріють, і середовищами, які нагріваються. Для того щоб розібратися в різноманітті теплообмінників, їх класифікують за певними ознаками.

У теплообмінних апаратах здійснюються майже всі види теплових процесів, тому залежно від виконуваних функцій їх поділяють на такі основні групи: нагрівачі, випарники і кип'ятильники, холодильники і конденсатори, випарні апарати, пастеризатори, регенератори та ін.

Залежно від виду робочих середовищ розрізняються теплообмінники:

-рідинно-рідинні - при теплообмінні між двома рідкими середовищами;

-парорідинні - при теплообміні між парою і рідиною;

-газорідинні - при теплообміні між газом і рідиною.

За способом передачі теплоти розрізняються теплообмінники поверхневі і змішувальні.

У поверхневих теплообмінниках відбувається передача теплоти через поверхню нагрівання. У змішувальних теплообмінниках здійснюється обмін теплотою при безпосередньому змішуванні теплоносіїв. Поверхневі теплообмінники бувають рекуперативні та регенеративні.

За тепловим режимом розрізняється теплообмінники періодичної дії, в яких спостерігається нестаціонарний тепловий процес, і безперервної дії з процесом, що встановився в часі.

За конфігурацією поверхні теплообміну розрізняються теплообмінники:

трубчасті, пластинчасті, спіральні, оболонкові і з оребреною поверхнею.

За конфігурацією поверхні теплообміну розрізняються теплообмінники: трубчасті, пластинчасті, спіральні, оболонкові і з оребреною поверхнею. Трубчасті теплообмінники, в свою чергу поділяються на кожухотрубні, змієвикові, типу «труба в трубі», елементні секційні, зрошувальні і комбіновані.

Окрім наведених основних класифікаційних ознак теплообмінних апаратів, їх можна класифікувати за додатковими ознаками. Так за напрямом руху робочих середовищ розрізняють теплообмінники прямоточні, протитечійні, з перехресною течією і зі змішаною течією; за числом ходів теплоносія розрізняють теплообмінники одноходові і багатоходові; за жорсткістю конструкції - теплообмінники жорсткого, напівжорсткого і нежорсткого типу.

Кожухотрубні теплообмінники можуть бути виготовлені одно-, дво-, чотири-, шестиходовими по трубному простору, з перегородками або без них у між трубному просторі.

Вибір апарату, який використовується в технологічному процесі, залежить від фізико-хімічних властивостей продукту, режимів обробки і необхідної продуктивності.

Елементні теплообмінники. Найпростіший двотрубний теплообмінник типу «труба в трубі» (рис 1.2) складається з двох труб: внутрішньої 1 меншого діаметра і зовнішньої 4 більшого діаметра.

Звичайно з'єднують послідовно один з одним у батарею декілька таких простих теплообмінних елементів за допомогою фланцевих з'єднань 3 і колін 2. У двотрубних теплообмінниках можна створити високі Швидкості теплоносія і продукту. У зв'язку з цим апарати характеризуються порівняно високим коефіцієнтом теплопередачі. Однак ці теплообмінники громіздкі і металомісткі.

.

Рисунок 1.2 - Теплообмінник типу «труба в трубі».

Змійовиковий теплообмінник. Теплообмінний елемент - змійовик - це труба, 1 зігнута будь-яким чином і поміщена в посудину 2. Змійовик занурено в рідину, що нагрівається або охолоджується теплоносієм, який рухається по змійовику (рис 1.3). Змійовикові теплообмінники виготовляються з плоским змійовиком або зі змійовиком, зігнутим по гвинтовій лінії. Ці теплообмінники відрізняються простою конструкції. Проте у них ускладнено очищення внутрішньої поверхні зігнутої труби, змійовик створює великий гідравлічний опір.

Рисунок 1.3. - Змійовиковий теплообмінник.

Пластинчасті теплообмінники широко застосовуються для охолоджування і підігрівання різноманітних рідин (молока, соків, вина, пива, та ін.) з робочими температурами до 300єС при тиску до 1,6 МПа (рис 1.4). Теплообмінник складається з пакету гофрованих металевих пластин. Між пластинами утворюються герметичні канали 1, у яких здійснюється проти точна течія гарячого і холодного теплоносіїв. Пластини гофровані для того, щоб збільшити поверхню теплообміну і створити турбулентну течію рідини в вузьких каналах, відстань між якими дорівнює 3-10 мм. Пластини відокремлюється одна від одної прокладками 2 і мають два отвори по кутах для входу і виходу одного теплоносія, що циркулює в герметичному каналі. Через два інших кутових отвори в пластині втікає і витікає інший теплоносій. Пластини стягнуті зажимами.

Рисунок 1.4. - Пластинчастий теплообмінник.

Внаслідок високих швидкостей руху рідини між пластинами досягається високе значення коефіцієнта теплопередачі з малим гідравлічним опором.

Паралельне розташування плоских пластин з малими проміжками між ними дає змогу розмістити в просторі робочу поверхню теплообмінника найбільш компактно, завдяки чому значно зменшуються габарити пластинчастого апарата порівняно з іншими типами рідинних теплообмінників. Наприклад, коефіцієнт компактності пластинчастих апаратів (відношення робочої поверхні до об'єму робочої зони) досягає 200м2/м3, що в 5-10 разів більше, ніж для трубчастих.

Відзначимо, що пластинчастий теплообмінник надає конструктору і виробникові великі можливості по здійсненню різноманітних компонуючи варіантів і легко припускає збільшення (або зменшення) робочої поверхні апарата, який знаходиться в експлуатації. Він припускає вільне внесення різноманітних коригувань у схемі руху потоків і дає змогу зосереджувати на одній станині теплообмінні секції різноманітного призначення для виконання в одному апараті усього комплексу операцій теплового оброблення продуктів, що є надзвичайно важливим фактором.

Випускаються різноманітні модифікації теплообмінників цього типу з пластинами зі сталі різних марок, алюмінію, титану та інших металів, розбірної та нерозбірної конструкції з поверхнями теплообміну від 0,4 до 600 м2.

Широке використання пластинчастих теплообмінників обумовлено низкою суттєвих переваг:

технологічний процес здійснюється в закритому потоці,

продуктивність теплообмінників можна змінювати в широких межах шляхом збільшення площі поверхні теплообміну,

дозволяють здійснювати регенерацію теплоти, а також створити замкнений контур для гарячого теплоносія,

займають невеликі виробничі площі при відносно великій поверхні теплообміну;

конструкція апаратів дозволяє здійснювати ефективну без розбірну мийку, контролювати технологічний процес на всіх етапах, а також працювати в автоматичному режимі.

Недоліком пластинчастих апаратів є велика кількість ущільнень, що ускладнює їх експлуатацію і розбірне миття.

Можна зробити висновок, що для виробництва вина найкраще підходить пластинчастий теплообмінник.

1.2 Місце і призначення пластинчастого теплообмінника в технологічній лінії

Виноградне вино - напій, отриманий в результаті спиртного бродіння виноградного соку. При отриманні виноградного вина не дозволяється додавати які-небудь речовини, окрім передбачених Основними правилами виробництва виноградних вин і стандартами, що діють. Тому натуральні виноградні вина мають природний хімічний склад, володіють дієтичними і лікувальними властивостями.

Столовими винами є напої, отримані в результаті бродіння свіжого виноградного соку без додавання спирту. При виробництві сухих столових вин початковий сік зброджується повністю, «досуха» (весь цукор використовується дріжджами), і в готовому вині цукор практично відсутній.

Сухе вино отримую на поточнім лініях, що забезпечують високий рівень механізації і автоматизації. На аркуші 3 показана технологічна лінія. Виноград з бункера-живильника 1 поступає у валковую дробарку - гребневідділювач 2, звідки роздроблена маса (мезга) насосом 3 прямує в стікатель 4, а потім в прес 5, в якому відділяється сусло. Потім насос 6 нагнітає сусло в сульфітодозатор 7, де воно обробляється SО2. У резервуарах 8 відбувається освітлення сусла (відстоювання). Далі насос 9 перекачує сусло в установки для зброджування 10, в яких одночасно поступає чиста культура дріжджів (ЧКД). Після цього віно матеріал поступає в ємкості 11, в яких відбувається доброжування. Виброженний віно матеріал насосом 12 прямує в сульфітодозатор 13, потім в ємність для егалізації (егалізація - це змішування декількох партій) 14 і далі насосом 15 перекачуючи вино поступає в дозатор 16, після в пастеризатор 17, де воно нагрівається, після воно поступає в установку для освітлення сусла 18. Після освітлення вино фільтрується діатомітовим фільтром 19. Освітлене вино охолоджується в ультраохолоджувачі 20 і зберігається в резервуарі 21. Після вино поступає в пластинчастий пастеризаціоно-охолоджувальний апарат 23 і фільтрується в фільтрі 24. Після фільтрації поступає в установку гарячого розліва вина 25.

2. ВИМОГИ, ЩО ПРЕД'ЯВЛЯЮТЬСЯ ДО ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛООБМІННИКУ, ЯКИЙ РОЗРОБЛЯЄТЬСЯ.

До обладнання для нагрівання та охолодження харчових продуктів, ставляться вимоги теплового, гідродинамічного, конструктивного, експлуатаційного і технологічного характеру, які враховуються при виборі, розрахунку та конструюванні відповідного апарата.

Основні вимоги до такого типу обладнання - досягнення в теплообміннику максимального коефіцієнта теплопередачі при мінімальному гідравлічному опорі; герметичність поверхні нагрівання; надійність в роботі, зручність ремонту та очищення; надійна термокомпенсація конструктивних елементів; мінімально можлива металоємність; максимально можлива питома поверхня нагрівання; простота конструкції, технологічність виготовлення та монтажу; достатня міцність; апарат повинен мати високу продуктивність; виготовлення, монтаж, експлуатація, ремонт та обслуговування апарата повинні бути економічно вигідними.

Конструктивну досконалість апаратури характеризують простота, мала металоємність, технологічність конструкції, високий коефіцієнт корисної дії.

Експлуатаційні достоїнства визначаються зручністю обслуговування, простотою і низькими витратами на експлуатацію.

Ступінь досконалості конструкції характеризують техніко-економічні показники: продуктивність обладнання, витратні коефіцієнти, вартість і витрати на його експлуатацію, собівартість продукції.

3. ОПИС ПРОЕКТОВАНОГО ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛООБМІННИКА

Пластинчастий апарат має головну передню стійку 1 (аркуш 1) і допоміжну задню стійку 9. У передній і задній стійках закріплені кінці верхньої і ніжній штанг. Верхня горизонтальна штанга 13 призначена для підвіски теплообмінних пластин 8. По периферії кожної пластини в спеціальній канавці укладена велика гумова прокладка, яка на лицьовій стороні пластини обмежує канал для відповідного потоку середовища.

Пластина має кутові отвори 11, навколо яких укладені малі кільцеві гумові прокладки. Прокладки ущільнювачів після збірки і стискування пластин в апараті утворюють дві ізольовані системи герметичних каналів. Одна з цих систем призначена для гарячого робочого середовища, інша для холодної. Кожна з систем міжпластинних каналів з'єднується зі своїм колектором. Холодне робоче середовище потрапляє в колектор через штуцер 6, розташований на стійці. По колектору робоче середовище доходить до пластин 8, яка має глухий кут (отвір відсутній) і розтікається в міжпластинних каналах. Робоче середовище, збираючись в нижньому колекторі, який утворений нижніми кутовими отворами 14, виходить з апарату через штуцер 15. Гаряче робоче середовище входить в апарат через штуцер 7 і потрапляє в нижній колектор. Далі вона розтікається в міжпластинних каналах і, рухаючись від низу до верху (протитечією по відношенню до холодного робочого середовища), збирається у верхньому колекторі. З апарату гаряче робоче середовище виходить через штуцер 12. Прокладка ущільнювача в апараті забезпечують герметичність і чергування міжпластинних каналів для гарячіше і холодною робочих середовищ. Всі пластини щільно стискуються затискною плитою 10 і гвинтом 16.

У зібраному апараті теплообмінні пластини групуються в секції, результаті чого здійснюється попереднє нагрівання вина (шляхом регенерації), нагрівання до температури пастеризації 87єС, попереднє охолоджування (шляхом регенерації) і остаточне охолоджування.

У апараті вино при його обробці рухається через секції послідовно. Спочатку воно проходить секцію регенерації (рис.1.6). З цієї секції здійснюється його вивід на очищення. Потім вино потрапляє в секцію пастеризації II, знов повертається в секцію регенерації I і далі поступає в секції водяного охолоджування III.

Размещено на http://www.allbest.ru/

б

Рисунок. 1.6 Схема руху вина, гарячої і холодної води в пластинчастому апараті з одностороннім розташуванням секцій: а - в секціях і пакетах: I - секції регенерації; II - секції пастеризації; III секції водяного охолоджування;

б - в міжпластинних каналах.

Кожна секція складається з пакетів, через яке вино рухається також послідовно. На представленій схемі кожна секція має по два пакети. Рух вина по пакетах секцій здійснюється послідовне: перший і другий пакети - в секції регенерації; перший і другий пакети - в секції пастеризації і далі в секціях водяного охолоджування. Кожен пакет складається з певної кількості пластин, які утворюють паралельні канали. Рух вина по каналах пакетів здійснюється паралельним потоком.

Нагрівальні і охолоджувальні середовища, вводяться кожна в певну секцію і в міжпластиних каналах рухаються паралельним потоком.

Кількість пакетів і паралельних каналів залежить від швидкості руху вина в апараті. Пластини мають рифлену поверхню. Зімкнуті в секціях, вони утворюють звивисті канали, рухаючись по яких потоки вина, нагріваючого і охолоджуючого середовища періодично змінюють напрям. В результаті цього в потоці, навіть при невеликих швидкостях його руху, утворюються завихорення, що додають потоку турбулентний характер. Турбулізація потоку, яку в подібних випадках прийнято називати штучною, сприяє підвищенню ефективності теплообміну між рідинами.

Розглянутий апарат є конструкцією з одностороннім розташуванням всіх секцій по відношенню до головної стійки.

Основним конструктивним елементом пластинчастого апарата є теплопередающая пластина. Пластина є складною деталлю, особливістю якої є складна форма поверхні теплообміну. Від форми поверхні у великій мірі залежить інтенсивність тепловіддачі і, отже, ефективність роботи апарату.

Відома велика кількість різних типів теплопередающих пластин.

Особливості конструкції пластини визначаються конструкцією гофрів або профілем робочої теплообмінної стінки; формою кутових отворів для підведення і відведення робочих середовищ з метою зниження гідравлічного опору ділянок входу і виходу; системою ущільнювача; системою підвіски пластин на рамі апарату і фіксації положення пластин в пакеті; пристроєм для безпечного обслуговування пакету пластин; пристроєм допоміжних конструктивних елементів пластини, що підвищують жорсткість зібраної системи, сприяючих технологічності виготовлення, створюючих зручності обслуговування і ремонту і так далі

Теплопередачі пластини класифікуються за формою профілю робочої поверхні (Додаток № 1):

на плоских;

вузкоканальчаті (із спіральними каналами, що фрезеруються, із зигзагоподібними каналами, що фрезеруються, із зигзагоподібними штампованими каналами, конічні із спіральними каналами);

з турбулізаціоними вставками;

на стрічково-потокових (з плоскою поверхнею, з простими горизонтальними гофрами, з рифленими горизонтальними гофрами);

сітчасто-потокові (з переривистим турбулізатор, з безперервним турбулізатора).

ДОДАТОК № 1

Теплообмінні пластини

а -канальчатого типа из штампованих элементов «Астра»; б - пластинчатая пара с турбулизирующими вставками «Мульти - Пасс» (1 - плоская металлическая пластина; 2- фигурная вставка прокладка); в - ленточно-поточная пластина «Альфа - Лаваль»; г - ленточно-поточная пластина «Альборн - 159»; д - ленточно-поточная пластина «Парафлоу» с двойной гофрировкой; е - сетчато-поточная пластина «Кольдинг»; ж - сетчато-поточная «Силькеборг»; з - сетчато-поточная пластина «Суперплейт».

4. РОЗРАХУНОК ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛООБМІННИКА

4.1 Тепловий розрахунок

Для кращого засвоєння роботи пластинчастого теплообмінника і швидкої орієнтації в параметрах продукту і тепло-холодоносіїв слід побудувати графік зміни температур рідин для всіх секцій і позначити на нім значення початкових і кінцевих температур (рисунок 4.1)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.4.1. - Графік зміни температур

Визначення середніх температурних напору для кожної секції. Визначення різниці температур на вході і виході з секції

Якщо

>1.6,

Секція регенерації

(4.1)

Секція пастеризації

(4.2)

Секція водяного охолоджування

(4.3)

3. Визначення середніх температур і вибір теплофізичних характеристик тепло- або холодоносіїв здійснюється також по секціях. При цьому за значенням з довідкової літератури [5,6,7,8,9,10,15] знаходять щільність , кг/м3, теплоємність с, кДж/(кг), динамічний або кінематичний коефіцієнт в'язкості коефіцієнт теплопровідності критерій Прандтля Pr. Якщо у таблицях відсутнє значення критерія Pr, то його слід розрахувати як Pr=.

Секція регенерації

Сторона нагрівання

(сирий продукт)

(4.4)

=964 кг/м3,

с=3740 Дж/(кг),

=0,544

=9,81,

,

Сторона охолоджування

(пастеризований продукт)

(4.5)

=955 кг/м3,

с=3787 Дж/(кг),

=0,557

,

,

Секція пастеризації

Сторона нагрівання продукта

 (4.6)

=945 кг/м3,

с=3822 Дж/(кг),

=0,567

=8,6,

,

.

Сторона охолоджування (вода)

(4.7)

=941 кг/м3,

с=3837 Дж/(кг),

=0,570

=8,5,

,

.

Секція водяного охолоджування Сторона нагрівання

(вода)

(4.8)

=975 кг/м3,

с=3781 Дж/(кг),

=0,465

=18,5,

,

.

Сторона охолоджування (продукт)

(4.9)

=972 кг/м3,

с=3730 Дж/(кг),

=0,507

=13,1,

,

.

Визначення теплових навантажень по секціям Вт

Секція регенерації тепла

(4.10)

Секція пастеризації

(4.11)

Секція водяного охолоджування

(4.12)

Слід пам'ятати, що в цих виразах значення теплоємкостей продукту залежать від температури.

Визначення витрати тепле і холодоносіїв і їх кратностей проводиться з теплового балансу секцій Qприхода=Qвитрат

Секція пастеризації

(4.13)

Кратність витрати гарячої води

(4.14)

Секція водяного охолоджування

(4.15)

Кратність витрат водяного охолоджування

(4.16)

6 Розрахунок каналів, розрахунок швидкостей гарячої води.

Рекомендується вибрати для конструювання теплообмінника стрічково-потокові пластини з наступними параметрами

Тип пластини П-1 П-2 П-3

Робоча поверхня, м2 0,145 0,198 0,43

Ширина потоку, м 0,27 0,27 0,27

Приведення висота, м 0,58 0,74 0,85

Середній зазор між пластинами, м 0,0028 0,0028 0,0028

Еквівалентний діаметр, м 0,0056 0,0056 0,0056

Площа перерізу каналу, м2 0,000756 0,000756 0,000756

Матеріал 1 Х 1 8 Н 9 Т

габаритні розміри: висота, м 0,8 1,025 1,17

ширина, м 0,225 0,315 0,416

товщина, м 0,0012 0,0012 0,0012

Число каналів в пакеті, m, штук, визначається на підставі рівняння нерозривності потоку

Для пластини П-2

(4.17)

де v - швидкість руху продукту, м/с;

в - ширина проточній частині пластини, м;

h - зазор між пластинами, м;

- густина продукта, кг/м3.

Число каналів в пакеті слід округляти до найближчого цілого числа, а потім провести розрахунок коректування швидкості руху продукту, пов'язаний з округленням числа паралельних каналів в одному пакеті. Число паралельних каналів в пакетах можна прийняти однаковим для всього апарату. Але при цьому слід перевірити швидкості руху гарячої води і холодної води.

Швидкість руху гарячої води Vг.в., м/с

(4.18)

Швидкість руху холодної води Vв., м/с

(4.1

9)

При цьому отримані швидкості руху можуть бути вище за швидкість руху продукту, але не перевищувати значення 0,9…1,0 м/с.

Обчислення критеріїв Рейнольдса

Величини Re розраховують по секціям для сторони нагрівання, а потім для сторони охолоджування по формулі:

. (4.20)

де - еквівалентний діаметр потоку (для рекомендованої пластини складає 0,0056 м);

V - швидкість продукту, гарячої води, (відповідно по секціях), м/с;

- кінематичний і динамічний коефіцієнти в'язкості продукту, гарячої води

Секція регенерації тепла

Для потоку сирого продукту (сторона нагрівання)

(4.21)

Для потоку пастеризованого продукту (сторона охолоджування)

(4.22)

Секція пастеризації

Для потоку продукту (сторона нагрівання)

(4.23)

Для потоку гарячої води (сторона охолоджування)

(4.24)

Секція водяного охолоджування

Для потоку холодної води (сторона нагрівання)

(4.25)

Для потоку продукту (сторона охолоджування)

(4.26)

Визначення коефіцієнтів теплопередачі.

Для кожної секції коефіцієнт теплопередачі визначається по формулі

, (4.27)

де - коефіцієнти тепловіддачі з боку нагрівання і охолоджування стінки відповідно, Вт/(м2град); - товщина стінки, м; - коефіцієнт теплопровідності пластини (для сталі 1Х18Н9Т) =17,5 Вт/; - визначаються з критерія Нуссельта:

(4.28)

Відмітимо, що критерій Нуссельта слід обчислювати для кожної секції з боку нагрівання і з боку охолоджування. Для визначення критерію Nu рекомендується використовувати критеріального рівняння:

(4.29)

Можна прийняти (Pr/Pr)0,25=1,05 при нагріванні рідині і (Pr/Pr)0,25=0,95 - при охолоджуванні рідини.

Секція регенерації тепла

сирий продукт (сторона нагрівання)

Вт/м2К (4.30)

Для потоку пастеризованого продукту (сторона охолоджування)

(4.31)

(4.32)

Секція пастеризації

Продукт (сторона нагрівання)

(4.33)

Гаряча вода (сторона охолоджування)

(4.34)

(4.35)

Секція водяного охолоджування

Холодна вода (сторона нагрівання)

(4.36)

Продукт (сторона охолоджування)

(4.37)

(4.38)

4.2 Конструктивний розрахунок

Визначення робочих поверхонь числа пластин і числа пакетів.

Для кожної секції робоча поверхня F, м2:

. (4.39)

Число пластин в секції

z=F/f, . (4.40)

де f- поверхня пластини (рекомендовано f=0,198 м2).

Число пакетів в секції

i=z/2m (4.41)

Число пакетів може бути тільки цілим числом, тому набутих значень слід округляти, перерахувати число пластин в секції охолоджування, а потім поверхню теплообміну F.

Секція регенерації тепла

 (4.42)

(4.43)

(4.44)

Тоді

(4.45)

(4.46)

Секція пастеризації

(4.47)

(4.48)

4.49)

Тоді

(4.50)

(4.51)

Секція водяного охолоджування

(4.52)

(4.53)

(4.54)

Тоді

(4.55.)

(4.56.)

Розрахунок трубопроводів і патрубків для подачі продукту, гарячої води і холодоносіїв здійснюється по рівнянню витрати

Розрахунок трубопроводів для подачі продукту

(4.57)

Розрахунок трубопроводів для подачі гарячої води в секцію пастеризації

(4.58)

Розрахунок трубопроводів для подачі холодної води в секцію водяного охолоджування

, (4.59)

4.3 Гідравлічний розрахунок

Визначення необхідного натиску

Втрати натиску Н, м вважаються по всьому шляху руху продукту і складають:

(4.60)

де - втрачений натиск в секції регенерації (прямий напрям), м;

(4.61)

- втрачений натиск в секції пастеризації, м;

(4.62)

- втрачений натиск в секції регенерації (зворотний напрям), м;

(4.63)

 - втрачений натиск в секції водяного охолоджування

(4.64)

Тут , , - відповідно число пакетів в секції регенерації, пастеризації і охолоджування; , , - відповідні коефіцієнти опору пакетів.

Коефіцієнт опору пакету пластин можна визначити як:

(4.65)

Секція регенерації

Для потоку сирого продукту

(4.61)

(4.62)

Для потоку пастеризованого вина

(4.63)

(4.64)

Секція пастеризації

(4.65)

(4.66)

Секція водяного охолоджування

(4.67)

(4.68)

Повний натиск

(4.69)

По втраченому натиску і продуктивності підібрали насос для продукту - електронасос МУ-6. Потужність приводу насоса N,кВт, визначають по формулі:

(4.70)

Коефіцієнт регенерації

, (4.72)

5. ЕКОНОМІЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ПРОЕКТУ

При економічному обґрунтуванні проектування обладнання харчових виробництв враховуються чинники, що роблять істотний вплив на доцільність функціонування обладнання. Найбільш важнім з цих чинників є: наявність власної матеріально-технічної бази харчового підприємства, що дозволяє провести конструкторскую розробку і виробництво вузлів і механізмів даного обладнання, а також проводити подальші планові ремонти і виробництво запасних частин.

Собівартість продукції

, (5.1)

де В - кількість обробленій продукції т;

Иг - експлуатаційні витрати.

, (5.2)

де Q - продуктивність кг/ч.

, (5.3)

. (5.4)

де - заробітна плата грн.;

- витрати на електроенергію грн.;

- витрати на гарячу воду грн.;

- витрати на холодну воду грн.;

А - амортизація грн.;

Р - ремонт грн.;

- інші витрати грн.

Заробітна плата , грн. вичислюється по формулі:

, (5.5)

де Ст - ставка.

(5.6)

Витрати на електроенергію , грн. визначають по формулі:

, (5.7)

де N - потужність, кВт;

1680 ч - праця обладнання;

Цел - вартість електроенергії Цел - 1кВт=0,74 грн.

(5.8)

Витрати на гарячу воду , грн.

(5.9)

де - вартість гарячої води = 10 грн. т;

- витрати гарячої води.

 (5.9)

Витрати на холодну воду , грн.

(5.9)

де - вартість холодної води =8 грн. т;

- витрати холодної води.

(5.9)

Розрахунок вартості машини

Транспортні витрати складають 5% від загальної вартості матеріалів

(5.10)

де Зм - витрати на матеріал, Зм = 3200 грн.

(5.11)

Транспортные расходы составляют 5% от общей стоимости покупніх виробів

(5.12)

де Зп.вир - витрати на покупні вироби, З = 1872 грн.

 (5.13)

Доплати складають 10% від прямого фонду заробітної плати

(5.14)

де ФЗП - прямий фонд заробітної плати, ФЗП=93,5 грн.

(5.15)

Преміальні складають 15% від прямого фонду заробітної плати

(5.16)

(5.17)

Додатковий фонд заробітної плати складає 15% від прямого фонду

(5.18)

(5.19)

Повний фонд заробітної плати

(5.20)

(5.21)

Відрахування на соц. потреби (28% від повного фонду зарплати)

(5.22)

(5.23)

Витрати на вміст і експлуатацію обладнання (80% від повного фонду зарплати)

(5.24)

(5.25)

Цехові витрати (90% від фонду зарплати)

(5.26)

(5.27)

Інші витрати (10% від фонду зарплати)

(5.28)

(5.29)

Загальнозаводські витрати (100% від фонду зарплати)

 (5.30)

(5.31)

Виробнича собівартість

(5.32)

(5.33)

Поза виробничі витрати складають 1-3% від виробничої собівартості

(5.34)

(5.35)

Повна собівартість (виробнича собівартість + поза виробничі витрати)

(5.36)

(5.37)

Нормативний прибуток (15% від повною собівартості)

(5.38)

Оптова ціна (повна собівартість + нормативний прибуток)

(5.39)

(5.40)

ПДВ (20% від оптової ціни за мінусом виробничих витрат). Оптова ціна - (матеріали + покупні вироби + енерговитрати)

(5.41)

(5.42)

Договірна ціна (опт + ПДВ)

(5.43)

(5.44)

Амортизація

, грн. (5.45)

, грн. (5.46)

Ремонт

Р=0,18.Дц, грн. (5.47)

Р=0,18.7228,56=1301. грн. (5.48)

Інші витрати

(5.49)

(5.50)

Експлуатаційні витрати

, грн.

Собівартість продукції

6. ОХОРОНА ПРАЦІ

Охорона праці - це система правових, соціально-економічних, організаційно-технічних, санітарно-гігієнічних та лікувально-профілактичних заходів і засобів, спрямованих на збереження здоров'я та працездатності людини в процесі праці.

Умови праці - сукупність факторів виробничого середовища і трудового процесу, які впливають на здоров'я і працездатність людини в процесі її професійної діяльності.

Умови праці органічно пов'язуються з виробничим середовищем. До виробничих умов праці належать всі елементи виробничого середовища, що впливають на організм людини, її працездатність безпосередньо в процесі праці.

Чинники, що визначають безпеку праці на виробництві

Відповідно до існуючих державних стандартів безпека праці в будь-якому виробництві забезпечується такими факторами:

- санітарно-гігієнічними умовами;

- безпекою виробничого процесу;

- організацією роботи з охорони праці.

Санітарно-гігієнічні умови як сукупність фізичних і хімічних факторів відповідно до стандарту безпеки визначаються:

температурно - вологісним режимом у робочій зоні;

запиленістю та загазованістю повітря робочої зони;

освітленістю робочої зони;

рівнями шуму, ультразвуку та вібрації;

рівнем статичної електрики та електромагнітних випромінювань.

Виробничий процес визначається та забезпечується:

безпекою технологічного процесу;

безпекою між операційних зв'язків.

Ступінь організації роботи з охорони праці впливає на безпеку праці

підприємства шляхом:

професійного добору та навчання працівників;

детального вивчення причин виробничого травматизму та професійних захворювань, попередження порушення правил техніки безпеки;

контролю за станом охорони праці та керування безпекою праці;

розроблення попереджувальної наочної агітації з безпеки праці.

Специфічні особливості виробничого устаткування враховуються по кожному його виду окремими стандартами. При розробці конструкції треба керуватися основними вимогами.

Виробниче обладнання має бути безпечне при монтажі, експлуатації і ремонті як окремо, так і у складі комплексів і технологічних схем, а також при транспортуванні і зберіганні. Воно має бути пожежно - вибухобезпечним.

2. Всі види виробничого обладнання повинні охороняти навколишнє середовище (повітря, грунт, водоймища) від забруднення викидами шкідливих речовин вище встановлених норм.

3. Неодмінною умовою є забезпечення надійності, а також виключення небезпеки при експлуатації в межах, встановлених технічною документацією. Порушення надійності може виникнути в результаті дії вологості, сонячної радіації, механічних коливань, перепадів тиску і температур, агресивних речовин, вітрових навантажень, обмерзання.

4. Матеріали, вживані в конструкції виробничого обладнання (особливо в харчовій галузі), не мають бути небезпечними і шкідливими. Не допускається використання речовин і матеріалів, що не пройшли перевірки на пожежобезпечність

5. Складові частини обладнання повинні унеможливлювати їх випадкового пошкодження, що викликає небезпеку.

6. Конструкції технологічного обладнання, що мають, газо-, паро-, пневмо-, гідро-, і інші системи виконуються відповідно до вимог безпеки, що

діють для цих систем.

7. Конструкція обладнання повинна виключити можливість їх випадкового зіткнення, що працюють з гарячими і переохолодженими частинами.

8. Виділення і поглинання устаткуванням тепла, а також виділення ним волога у виробничих приміщеннях не повинно перевищувати гранично допустимих концентрацій в робочій зоні.

9. Конструкція обладнання повинна передбачати захист від поразки електричним струмом, включаючи випадки помилкових дій обслуговуючого персоналу.

10. Конструкція обладнання повинна забезпечувати виключення або зниження до регламентованих рівнів шуму, ультразвука, вібрації, а також шкідливих випромінювань.

11. Для забезпечення безпеки основного обладнання при його експлуатації додатково передбачають захисні пристрої (спеціальні і загальні). Спеціальні - об'єднують захисні установки від радіоактивних випромінювань, електричного струму і тому подібне Загальні захисні пристрої включають огорожі, блокування, гальма і інші пристосування.

Автоматизовані пластинчасті теплообмінники. Перед експлуатацією пластинчастого апарату перевіряють правильність його збірки. На бічних відбортовках пластин нанесені порядкові номери, відповідно до яких повинна проводитися збірка. Переконавшись в правильності збірки, проводять затягування пластин поверненням спеціальним ключем гайок горизонтальних штанг. За допустиму вважається затягування, при якому риски знімної накладки горизонтальної штанги збігається з віссю вертикальної стійки або декілька зміщена у бік затискної плити (рисунок ). Тільки після підтискання пластин під'єднують трубопроводи до затискних і розділових плит.

Потім включають під напругу пульт управління, заповнюють зрівняльний бак водою, відкривають вентилі перед паровим пристроям.

Рисунок 6.1 - Перевірка правильності затягування пластин пластинчастого теплообмінника.

Після цього включають винний насос і насос бойлера гарячої води, перевіряють (ручним управлінням) роботу виконавчих механізмів на паро- і холодорегулірующем пристроях, а також перепускного клапана, справність манометрів і самописних приладів, переконуються в герметичності системи. В цей час установка працює в режимі повторної пастеризації. Переконавшись в справному стані всіх систем і вузлів, переходять до пастеризації (або охолоджуванню) продукту.

Трубопроводи гарячої води мають бути ізольовані, замочна арматура розташована в доступних місцях і легко відкривається. На манометрах мають бути нанесені контрольні ризики.

До повного останову теплообмінника заборонено відгортати затяжні гайки. Розбирання апарату після роботи дозволено проводити тільки після зниження температури деталей корпусу до 40єС. Якщо в процесі роботи по яких-небудь причинах припиниться подача електроенергії, негайно закривають вентилі подачі пари і холодагента на регулюючих пристроях і ставлять вимикач пульта в положення «Вимкнено».

ВИСНОВОК

При виконанні курсового проекту розрахунку пластинчастого теплообмінника ми виконували наступні розрахунки: конструктивний, тепловий, гідравлічний. У конструктивному розрахунку ми визначали кількість пластин, робочу поверхню, число пластин складає 96 і пакетів - 6. У гідравлічному ми розрахували втрати насоса які складають 3,04 м визначили насос по втраченому насосу і продуктивності - електронасос МУ-6. У тепловому розрахунку ми визначали теплові навантаження по секціях. У секції регенерації складає - 205700 Вт, в секції пастеризації = 75675,6 Вт, а в секції водяного охолоджування = 73854 Вт.

А також зробили технологічну лінію виробництва вина при впровадженні пластинчатого теплообмінника.

Провели економічний розрахунок. Розрахували вартість апарату, а також собівартість продукції З = 11 грн/т і виявили, що проведений нами економічний розрахунок показав ефективність впровадження пластинчатого теплообмінника в лінію виробництва вина.

СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Зайчик Ц.Р. Оборудование предприятий винодельческого производства / Ц.Р. Зайчик - М.: Агропромиздат 1992. 384 с.

2. В.П. Притыко Охрана труда в молочной промышленности/В.П. Притыко - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984 - 144 с.

3. Вакарчук Л.Т. Технология переработки винограда / Л.Т. Вакарчук - М.: Агропромиздат, 1990. - 271 с.

4. Кавецкий Г.Д. Процессы и аппараты пищевых производств /

Г.Д. Кавецкий, Королев А. В. - М.: Агропромиздат, 1991. - 432 с.

5. Ярошевська В. М. Охорона праці в галузі / Ярошевська В. М.,

В.Й. Чабан - К.: ВД «Професіонал», 2004. - 288 с.

6. Глазунов А.И. Технология вин и коньяков / А.И. Глазунов, И.Н. Царану - М.: Агропромиздат, 1988. - 342 с.

7. Плаксин Ю. М. Процессы и аппараты пищевых производств /

Ю.М.Плаксин, Малахов Н.Н., Ларин В.А. - М.: КолосС, 2007. - 760 с.

8. Єресько Г. О. Технологія, обладнання молочних виробництв /

Г.О.Єресько, М.М. Шинкарик, В.Я. Ворощук - Київ: Фірма «Інкос», Центр навчальної літ., 2007. -346с.

9. Валуйко Г.Г. Технология вина / Г.Г. Валуйко, В.А. Домарецкий, В.О.Загоруйко - Киев: Центр учебной литературы, 2003 604 с.

10. Жидецький В.Ц. Основи охорони праці: [підручник] / В.Ц. Жидецький, В.С. Джигирей, О.В. Мельников - Львів: Афіша, 2000. - 350 с.

11. А.А. Курочки Оборудование и автоматизация перерабатывающих производств / А.А. Курочки, Г.В. Шабурова, А,С. Гордеев, А.И. Завражнов. - М: КолосС, 2007 - 591 с.

12. С. О. Апостолюк Безпека праці: ергономічні та естетичні основи /

[С.О. Апостолюк, В.С.Джигирей, А.С. Апостолюк та ін.] - К.: Знання, 2007. - 215 с.

13. А. П. Нечаєв Технология пищевых производств: [підручник] /

[А. П. Нечаев, И. С. Шуб, О. М. Аношина и др.]; Под ред. А. П. Нечаева. - М.: КолосС, 2005. - 768 с.

14. Поперечний А. М. Процеси та апарати харчових виробництв: [підручник] / [А.М.Поперечний, О.І. Черевко, В.Б. Гаркуша, Н.В. Кириченко та ін.]; за ред. А.М.Поперечного - К.: Центр учбової літератури, 2007. - 304 с.

15. І.С. Гулий Обладнання підприємств переробної і харчової промисловості/ [І.С. Гулий, М.М. Пушанко, Л.О. Орлов, В.Г. Мирончук, А.І. Українець, О.Т.Лісовенко, В.М.Таран, В.М.Гуцалюк, В.Л. Яровий, І.М. Литовченко, Н.М. Пушанко.]; за ред.. академіка УААН Гулого І.С.- Вінниця: Нова книга, 2001, -576 с.

1. Размещено на www.allbest.ru