Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ВСТУП
Тепловикористовуючі апарати, які використовуються в хімічній та харчовій промисловості для проведення теплообмінних процесів, називаються теплообмінниками. Процеси теплообміну мають велике значення в хімічній, металургійній, харчовій та іншій структурі промисловості.
В теплообмінних апаратах теплопередача від одного середовища до другого, через роздільну стінку, обумовлена великим числом факторів і є важким процесом, який прийнято розділяти на три різновиди теплообміну: теплопровідність, конвекцію і теплове випромінювання.
Теплообмінники відрізняються різноманітністю конструкції, яке пояснюється застосуванням апаратів і умовами проведення процесів .
За принципом дії теплообмінники поділяються на поверхневі та теплообмінники змішування. В поверхневих апаратах робочі середовищі обмінюються теплом через стінки з теплопровідного матеріалу, а в змішувальних апаратах тепло передається при безпосередньому перемішуванні робочих середовищ. Змішувальні теплообмінники за конструкцією простіше ніж поверхневі: тепло в них використовується майже повністю. Вони використовуються в тих випадках при яких необхідне (допустиме) безпосереднє перемішування робочих середовищ .
Поверхневі теплообмінні апарати, в свою чергу, поділяються на рекуперативні і регенеративні. В рекуперативних апаратах теплообмін між різними теплоносіями відбувається через роздільні стінки. При цьому тепловий потік в кожній точці зберігає одне й теж направлення. В регенеративних теплообмінниках теплоносії поперемінно стикаються з однією й тією поверхнею нагріву. При цьому напрям теплового потоку в кожній точці стінки періодично змінюється.
1.Опис об’єкту проектування
Об’єктом нашого дослідження виступає один з рекуперативних теплообмінників - апарат типу «труба в трубі». Він складається із ряду зовнішніх труб більшого діаметру і розміщених всередині них труб меншого діаметру. Внутрішні і зовнішні труби елементів з’єднанні один з одним послідовно за допомогою колін і патрубків .
Один з теплоносіїв рухається по внутрішній трубі, а інший по кільцевому каналі, створеному внутрішній і зовнішній трубами.
Теплообмін здійснюється через стінку внутрішньої труби. В цих теплообмінниках досягаються високі швидкості теплоносіїв як в трубах, так і в між трубному просторі .
При необхідності створення великих площ поверхонь теплопередачі теплообмінник роблять з декількох секцій, створюючи батарею.
Досягненням теплообмінникам типу «труба в трубі» є високий коефіцієнт теплопередачі внаслідок великої швидкості обох теплоносіїв , простота виготовлення.
Недоліками цих теплообмінників є насамперед громіздкість, висока металоємність, трудність очистки між трубчастого простору .
Теплообмінники «труба в трубі» використовуються при невеликих витратах теплоносіїв для теплообміну між двома рідинами і між рідиною і конденсуючим паром .
В моєму теплообміннику продукт (яблучне пюре з вмістом сухих речовин В=11%) рухається з позиції А до позиції Б ,по трубках меншого діаметру , які зроблені з латуні , йому на протитечії рухається теплоносій (суха насичена пара тиском з позиції В до позиції Г по трубках більшого діаметру , які зроблені з чавуну. Температура на вході продукту (яблучного пюре) повинна бути 20°С на виході 60°С. Продуктивність апарату передбачається G=1,0 кг/с.
2. Місце та призначення підігрівника типу «Труба в трубі» в технологічній схемі
В консервному виробництві широко використовується підігрів пюреподібних та рідких продуктів для різноманітних цілей .
Ось ми можемо побачити процес зображений в технологічній схемі виробництві яблучного пюре.
Рис 1. Технологічна схема виготовлення яблучного пюре
3. РОЗРАХУНОК
Початкові дані:
Продуктивність апарату: G = 1,0 кг/с;
Продукт: яблучне пюре зі вмістом сухих речовин В=11%;
Температура продукту : - на вході в апарат t1 = 20°С;
- на виході з апарату t2 = 60°С;
Теплоносій : суха насичена пара тиском Р = 0,28 МПа;
t г.п. = 131.2 °С; (2,стор 292, табл. 38)
3.1 Тепловий розрахунок
Густина пюре, яке містить В = 11% сухих речовин при температурі
20 °С визначається за формулою:
Густина складає :
Коефіцієнт динамічної в’язкості для пюре при 20°С; визначаємо за формулою:
а при середній температурі :
Теплоємність рослинної сировини в водних напівфабрикатах визначаємо за формулою :
де: W- вміст води в продукті , W=85% ;
С - теплоємність сухих речовин, С - для яблук = 3,77…3,91 кДж/кг К
Приймаємо : ;
тоді:
Коефіцієнт теплопровідності пюре з В=11% при 20°С :
а при середній температурі ;
Загальне теплове навантаження теплообмінника розраховуємо за формулою :
З рівняння теплового балансу знаходимо необхідну витрату пари:
де: - ентальпія сухої насиченої пари, кДж/кг;
= 2722 кДж/кг (2,стор 292,табл. 38)
- ентальпія плівки конденсату, кДж/кг ;
де: - ентальпія конденсату , кДж/кг ;
- величина зменшення ентальпії конденсату ,
Приймаємо :
тоді:
- коефіцієнт втрат тепла ;
Приймаємо :
тоді:
Вибираємо величину швидкості руху продукту в трубі теплообмінника такою щоб забезпечити розвинутий турбулентний рух в трубах. Швидкість руху продукту буде -0,5…1,5 м/с . Приймаємо приблизну швидкість руху :
;
Розраховуємо внутрішній діаметр внутрішньої труби :
Трубу приймаємо :
тоді :
Уточнюємо швидкість руху продукту в трубі теплообмінника :
де : - площа поперечного перетину труби ,
;
тоді : ;
За даною швидкістю знаходжу критерій Рейнольда, який характеризує режим руху рідини в трубці:
- говорить про розвинутий турбулентний рух продукту в трубі теплообмінника, що задовольняє завдання.
Для проведення подальших розрахунків, визначаємо приблизну температуру стінки та температури плівки конденсату , за допомогою формул:
Визначаємо середню логарифмічну різницю температур теплоносіїв. Розрахунок ведемо для протитоку:
При
Так як , то
Для визначення коефіцієнту тепловіддачі - від пари до горизонтальної труби при конденсації використовуємо критеріальне рівняння:
де : - критерій конденсації ,
де : - критерій Галілея ;
- критерій Прандтля ;
- критерій Кутателадзе ;
де : характерний лінійний розмір (зовнішній діаметр), м;
- прискорення вільного падіння, ;
- коефіцієнт кінематичної в’язкості конденсату ,
теплоємність конденсату,
коефіцієнт теплопровідності конденсату , ;
прихована теплота пароутворення,
- температурний напір ;
Значення фізичних констант конденсату при температурі плівки конденсату : (2,стор 273, табл. 4)
тоді :
тоді :
Визначаємо величину коефіцієнта тепловіддачі
Коефіцієнт теплообміну від стінки труби до продукту визначаємо зрівняння :
де : - критерій Прандтля при середній температурі продукту :
де : - критерій Прандтля при середній температурі стінки ; при
Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від стінки трубки до продукту:
Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від пари до продукту:
де : - товщина стінки, м;
- коефіцієнт теплопровідності матеріалу стінки при температурі стінки, при (3, стор. 253, табл.. 1)
тоді :
Визначаємо зовнішню поверхню нагріву теплообмінника за формулою:
Визначаємо питомий тепловий потік:
;
Знаючи питомий потік, визначаємо температури на поверхні труби:
Визначаємо середню температуру стінки :
Отримане значення середньої температури стінки відрізняється від раніше прийнятої
на : , що перевищує допустиму різницю в
. Тому повторюємо розрахунок, застосовуючи нове значення температури стінки тоді температура плівки конденсату:
;
Визначаємо фізичні константи плівки і конденсату :
тоді : ;
;
тоді :
Коефіцієнт тепловіддачі від пари до стінки труби :
;
Коефіцієнт теплообміну від стінки труби до продукту 6
; ;
Визначаємо уточнений коефіцієнт тепловіддачі від пари до продукту , що нагрівається :
; при ;
;
Уточнене значення поверхні нагріву теплообмінника :
;
Визначаємо питомий тепловий потік:
;
Уточнені значення температури стінки :
Середня температура стінки в другому наближенні:
;
Отримане значення відрізняється від раніше прийнятого на , що менше допустимих , тому розрахунок можна вважати вірним .
3.2 КОНСТРУКТИВНИЙ РОЗРАХУНОК
Активну довжину трубки теплообмінника знаходимо за формулою :
;
де : - середній діаметр трубки, м.
;
тоді : ;
Як ми бачимо довжина в одному ході виходить великою, то для зменшення довжини теплообмінника робимо його чотирьохходовим
;
де : - кількість ходів.
Використовуючи рекомендовані довжини труб, приймаємо довжину одного ходу -
Внутрішній діаметр зовнішньої труби розраховуємо за формулою :
;
де : - густина пари при ;
- швидкість руху пари, м/с.
; Приймаємо:
тоді :
Приймаєте найближче значення відповідно рекомендаціям, а оптимальним варіантом є: труба стальна газопровідна - ;
Тоді дійсна швидкість пари :
;
3.3 РОЗРАХУНОК ПАТРУБКІВ
Патрубки розраховуємо з урахуванням витрат та допустимих швидкостей. Патрубки для підведення й виведення продукту виконані в одне ціле з трубою теплообмінника.
Діаметр патрубка для подачі пари:
приймаємо швидкість руху пари у патрубку - ;
тоді : ;
Приймаємо : ;
Діаметр патрубка для виведення конденсату :
;
де : - густина конденсату , ; при ; (2,стор 273, табл. 4)
- швидкість руху конденсату в патрубку, м/с; Приймаємо: ;
.
Приймаємо: .
3.4 ГІДРАВЛІЧНИЙ РОЗРАХУНОК
Гідравлічний опір апарату розраховуємо за формулою :
;
де: - опір рідини по довжині труби, Па ;
- опір рідини місцевим опорам, Па;
де: - довжина руху рідини в теплообміннику, м.
;
де: x - кількість місцевих опорів ,
R - радіус гнуття калачів , (1,стор.18)
тоді:
;
;
;
Загальний опір: .
3.5 РОЗРАХУНОК ПОТУЖНОСТІ НА ВАЛУ НАСОСА
По сумарній втраті тиску визначаємо потужність на валу насоса , необхідну для переміщення теплоносія через апарат :
;
де: - ККД насоса, для центробіжних насосів
приймаємо:
тоді:
.
3.6 РОЗРАХУНОК ТЕЛОВОЇ ІЗОЛЯЦІЇ
Приймаємо ізоляцію із совеліта. Вона підходить за багатьма факторами.
Температура на зовнішній поверхні ізоляції повинна бути в інтервалі .
Для совелітової ізоляції при середній температурі ізоляції :
Коефіцієнт теплопровідності складе :
;
Необхідну товщину теплової ізоляції обчислюється за формулою :
;
де: - температура відповідно в апараті, на поверхні ізоляції та повітря,
- сумарний коефіцієнт тепловіддачі від стінки до повітря, ;
;
тоді:
;
Приймаємо товщину теплової ізоляції .
4. ТЕХНІЧНІ ПОКАЗНИКИ
Спроектований апарат має такі техніко-економічні властивості :
Отже, ми можемо сказати що, в цілому наш спроектований апарат не відрізняється від аналогів .
5. Умови безпечної експлуатації апарату та питання екології .
Машини, апарати та інше обладнання, що застосовується в різних галузях промисловості, різні за принципом дії, типами, конструкціями та розмірами. Тому існують вимоги, які забезпечують безперебійну та безпечну роботу обладнання
Необхідними умовами безпечної експлуатації є :
Перш за все, теплообмінник повинен працювати в оптимальному тепловому режимі, який відповідає технологічному режиму теплової обробки. Теплообмінник повинен забезпечувати системою автоматичного регулювання температури і тиску вхідного теплоносія і температури продукту , що входить .
Питання екології.
Шкідливих відходів і викидів при роботі теплообмінника немає. Тому при зупинці виробництва повинно тільки вжити заходів, що включають псування і втрату води .
При відновленні теплоізоляцій і фарбуванні устаткування , повинно бути вжити заходів, що виключають забруднення навколишнього середовища .
При проведенні очищення поверхні теплообмінника від забруднень повинно бути вжити заходів що виключають забруднення навколишнього середовища шкідливими речовинами (каустичною содою, хлорним вапном, гасом і т.п.) .
Закінчення
Отже, ми підійшли до закінчення курсового проектування і можемо сказати що спроектований апарат, в цілому, не відрізняється від аналогів описаних в літературі.
Отож наш розрахований теплообмінник типу «Труба в трубі» відповідає нормам і може бути використаний для здобування нових перемог в харчовій промисловості.
Список використаної літератури
1 Теплообмінні апарати. Методичні рекомендації до виконання курсових проектів з дисципліни « Процеси та апарати харчових виробництв» - Полтава: ПКІ, 2000.—36 с.
2. Расчеты и задачи по процессам и аппаратам пищевых производств. С.М. Гребенюк и др. – Агропромиздат, 1987.Том 2 -346с.
3. Справочник по теплообменникам. Том 2.-М.Енергоиздат, 1985. 240 с.
4. Процеси і апарати харчових виробництв. І.Ф. Малежик. Київ ◦ НУХТ , 2003. – 395 с.
Стерилізація t=110°C 5-30 хв.
Сортування , миття , очищення.
Доочищення вручну від насіння і плодоніжки
Подрібнення
Підігрівання
Варіння
Протирання
Зберігання та реалізація
асування і закупорювання