Кожухотрубний теплообмінник для нагріву води

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний університет харчових технологій

Кафедра ПАХВ

Пояснювальна записка до курсового проекту

Кожухотрубний теплообмінник для нагріву води

Розробила

студентка групи ТХ-2-1

Вдовіченко М.А.

Перевірила:

д.т.н., професор Мельник Л.М.

Київ 2015

Зміст

Вступ

1. Вихідні дані

2. Тепловий розрахунок

3. Конструктивний розрахунок

4. Гідравлічний розрахунок теплообмінника

5. Розрахунок теплової ізоляції

6. Техніко-економічній розрахунок

7. Тепловий розрахунок в Mathcad

Висновок

Література

Вступ

Теплообміном називається процес передачі теплоти від одного тіла до другого. Необхідною і достатньою умовою для теплообміну є різниця температур між цими тілами. Мірою теплообміну вважають кількість переданої теплоти.

Існує три способи передачі теплоти: теплопровідність, конвекція і випромінювання.

Теплопровідністю називають явище перенесення теплової енергії безпосереднім контактом між частинами тіла.

Речовини які беруть участь у процесі теплообміну, називають теплоносіями. Речовину з вищою температурою називають гарячим теплоносієм, речовину з нижчою температурою холодним. Як гарячі теплоносії в харчовій промисловості використовуються водяна пара, гаряча вода, нагріте повітря, димові гази і гарячі мінеральні масла, а як холодні - воду, повітря, ропу(розсіл), аміак і феноли.

Кожухотрубні теплообмінники найпоширеніші в харчовій промисловості, дають можливість створювати великі поверхні теплообміну в одному апараті, прості у виготовленні і надійні в експлуатації. Однак через малу швидкість руху теплоносіїв одноходові теплообмінники працюють з низьким коефіцієнтом тепловіддачі. Щоб збільшити швидкість руху теплоносіїв застосовують багатоходові теплообмінники, в яких пучок трубок за допомогою поперечних перегородок, встановлених у кришках теплообмінників, розділений на кілька секцій(ходів), по яких теплоносій проходить послідовно.

Швидкість руху іншого теплоносія, що знаходиться в між трубному просторі підвищують, встановлюючи ряд сегментних перегородок. З двох теплоносіїв, що рухаються в трубах і в міжтрубному просторі, треба збільшувати швидкість руху насамперед того, в якому при теплообміні вищий термічний опір.

Різноманітність конструкцій теплообмінників, а також вимоги, що до них висуваються, ускладнюють вибір апаратів для різних конкретних умов перебігу процесу. Звичайно жодна з конструкцій теплообмінників не відповідає цілком усім вимогам і доводиться обмежуватись вибором такої, що задовольняє лише основні вимоги.

Багатоходові за простором, що розміщений усередині труб кожухотрубні теплообмінники застосовують переважно як паро рідинні підігрівники і конденсатори.

Через малу швидкість руху теплоносіїв одноходові теплообмінники працюють з низьким коефіцієнтом тепловіддачі. Щоб збільшити швидкість руху теплоносіїв, застосовують багатоходові теплообмінники, в яких пучок труб за допомогою поперечних перегородок , встановлених у кришках, розділений на кілька секцій (ходів), по яких теплоносій проходить послідовно. Швидкість руху теплоносія в міжтрубному просторі підвищують, встановлюючи ряд сегментних перегородок 2. З двох теплоносіїв, що рухаються в трубках і в міжтрубному просторі, треба збільшувати швидкість руху насамперед того, в якого при теплообміні вищий термічний опір.

Іноді труби розміщують по периметрах квадратів (рис. 1, б) або по концентричних колах (рис. 1, в).

Рис. 1. Схеми розміщення труб у трубних решітках

Проектуючи кожухотрубні теплообмінники, теплоносій, що найбільше забруднює поверхню теплообміну, спрямовують у труби (трубний простір), які легше очищати.

При різниці температур між кожухом і трубами понад 50°С або при значній довжині труб застосовують кожухотрубні теплообмінники з різними компенсаторами температурних подовжень.

1. Вихідні дані

Продуктивність апарата

Тиск сухої насиченої водяної пари

Температура води:

на вході в апарат

на виході із апарата

Швидкість руху води

Швидкість руху пари

Внутрішній діаметр трубок

Зовнішній діаметр трубок

Товщина стінки

Матеріал з якого виготовленні трубки - нержавіюча сталь ›=17.5 Вт/м*К

Висота вертикальної трубки Н=3м

Ціна поверхні теплообміну апарату

Кількість годин роботи теплообмінника в році

Річна частина амортизаційних відрахувань

Ціна електроенергії

Всі інші необхідні дані знаходимо самостійно по ходу розрахунку.

2. Тепловий розрахунок

1. Визначення середньої температури

При Р=0.08 МПа tп=94



, тому

2. Теплофізичні властивості сухої насиченої водяної пари визначаємо з табл.Д9 за значенням тиску сухої насиченої водяної пари

температура сухої насиченої водяної пари

густина

Ентальпія

Теплота пароутворення

3. Теплофізичні властивості води визначаємо з табл.Д9 за значенням середньої температури :

густина

теплоємність

коефіцієнт теплопровідності

динамічна в'язкість

Критерій Прандтля

4. Визначаємо витрати тепла на підігрівання цукрового розчину (теплове навантаження):

Q = x?G?C(tв2 - tв1) = = 4521574.13

х=1.03 - втрати теплоти у навколишнє середовище

і=с*tк - ентальпія конденсату

tк= tп-(2..3) °С = 91°С

і=4180*91=380380Дж/кг

5. Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від стінки до нагріваючої рідини .

Для цього знаходимо критерій :

Режим руху рідини перехідний (Re>10000) , отже критеріальне рівняння для визначення критерію Нюсельта має вигляд:

кожухотрубний теплообмінник нагрів ізоляція

6. Знаходимо коефіцієнт тепловіддачі від насиченої пари до стінки

,

де =1,

=93, значення А знаходимо залежно від температури плівки конденсату

.=93.5

7. Знаходимо коефіцієнт теплопередачі.

Приймаємо, що труби зроблені з нержавіючої сталі і товщиною стінки

=0.8 - коефіцієнт використання поверхні нагріву

Перевірка:

8. Визначаємо площу поверхні нагрівання теплообмінника

3. Конструктивний розрахунок

Вихідними даними для конструктивного розрахунку являються результати теплового розрахунку. З теплового розрахунку маємо:

Швидкість руху води в трубках

Площа поверхні теплообміну

Робоча довжина труб

1. визначаємо площу перерізу пучка труб

2. визначаємо число трубок одного ходу

, адже >

3. визначаємо загальну довжину трубок одного пучка

4. Визначаємо число ходів в теплообміннику.

5. Загальне число труб в апараті становить:



6. Далі розраховуємо діаметр апарата:

n=3a(a-1)+1

a = 7

7. Розраховуємо об'ємні витрати:

· Патрубок для входу пари

· Патрубок для виходу конденсату

· Для води на вході



· Для води на виході

де - густина конденсату = 989

4. Гідравлічний розрахунок теплообмінника

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

Коефіцієнт тертя для ізотермічного турбулентного руху:

(Re=4000…100000)

= 0,316/Re0,25

=0,316 / 34907.10,25 = 0,023

?

1. Знаходимо повний гідравлічний опір:

2. Потужність, що потрібна для переміщення теплоносія через апарат.



де коефіцієнт корисної дії насоса.

5. Розрахунок теплової ізоляції

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

1. Сумарний коефіцієнт тепловіддачі від стінки до повітря:

2. Товщина теплової ізоляції:

де температура в апараті;

температура на поверхні ізоляції;

температура повітря;

коефіцієнт теплопровідності для теплової ізоляції.

6. Техніко-економічний розрахунок

Амортизаційні затрати:

Енергетичні затрати:

Сумарні затрати на процес:

w=0.2 м/с

= 0,316/Re0,25 = 0,316/9973.50,25= 0.032

w=1.1 м/с

= 0,316/Re0,25 = 0,316/548540,25= 0.02



Графік техніко-економічного розрахунку

7. Тепловий розрахунок в Mathcad

Висновок

В ході виконання курсового проекту були проведені тепловий, конструктивний, гідравлічний, техніко-економічній

розрахунки та розрахунок теплової ізоляції для кожухотрубного теплообмінника, який використовується для підігріву води.

При техніко-економічному розрахунку для різних швидкостей був побудований графік, з якого визначена оптимальна швидкість руху теплоносія, що становить w=0.8 м/с.

Література

1. Проектування процесів і апаратів харчових виробництв. Під ред.. В.Н. Стабнікова. - Київ, Вища школа. Головне вид-во, 1989. - 199 с.

2. Процеси і апарати харчових виробництв: Метод. вказівки до виконання контрольних робіт для студ. техн. спец. заочної форми навч. / Уклад.: І.Ф. Малежик, Л.В, Зоткіна, П.М. Немирович, О.В. Саввова - К.: НУХТ, 2002. - 64с.

3. Процеси і апарати харчових виробництв: Підручник. За ред.. проф. І.В. Малежика. - К.: НУХТ, 2003. - 400 с. іл.

4. Методичні вказівки до виконання курсових проектів з дисципліни "Процеси і апарати харчових виробництв"/ Розділ "Теплообмінні апарати"/ для студентів усіх спец. ден. і заоч. форми навчання/ Укл. П.С. Циганков, О.П. Ніколаєв. - К.: НУХТ, 1995. - 24 с.

5. Методичні вказівки №6050

Размещено на Allbest.ru