Кожухотрубчатый теплообменник

0

 

Кафедра «Машин и аппаратов химических и пищевых производств»


 

Курсовая работа

по дисциплине «Процессы и аппараты пищевых производств»

Кожухотрубчатый теплообменник

 

Содержание

Введение                                                                                                         4

   Кожухотрубчатые теплообменники                                                             4

1 Исходные данные                                                                                          6

2 Тепловой расчет                                                                                            7

   2.1 Температурные условия нагревания                                                     7

   2.2Физические параметры нагреваемого раствора                                    7

   2.3Тепловая нагрузка и расход пара                                                          8

   2.4 Расчет коэффициента теплопередачи                                                         8            

   2.5 Определение поверхности нагрева                                                      11

3 Конструктивный расчет                                                                              11

   3.1 Расчет проточной части трубного пространства                                11

   3.2 Размещение трубок на трубной решетке                                            12

   3.3 Определение диаметров патрубков                                                     14

4 Гидравлический расчет                                                                               14

5.Список использованной литературы   16

 

Введение

 

Нагревание и охлаждение продуктов осуществляется в теплообменных аппаратах (теплообменниках), в которых теплота передается от одного теплоносителя другому. Аппараты для нагревания и охлаждения могут быть простыми теплообменниками, выпарными аппаратами, конденсаторами, пастеризаторами, испарителями и т.п. Их можно разделить на собственно теплообменники, в которых теплообмен - основной технологический процесс, и реакторы, в которых он имеет вспомогательное, хотя и необходимое назначение.

Теплообменники классифицируют по следующим признакам:

по технологической схеме - на прямоточные, противоточные и с поперечным током теплоносителей;

по режиму работы - на теплообменники периодического и непрерывного действия;

по способу передачи теплоты – на теплообменники смешения, или контактные, в которых теплоносители перемешиваются, и поверхностные, в которых теплоносители разделены твердыми стенками;

по основному назначению – на подогреватели, испарители, холодильники, конденсаторы (конденсоры);

по сочетанию фазовых состояний рабочих сред – на жидкостно-жидкостные, парожидкостные и газожидкостные;

по конструктивным признакам.

В качестве теплоносителя в пищевой промышленности наиболее широко применяют насыщенный или перегретый водяной пар.

Теплообменники по способу передачи теплоты разделяют на регенеративные, рекуперативные, смесительные; по конструкции - кожухотрубные, пластинчатые, спиральные, оросительные и аппараты с рубашками.

Наиболее широко используются кожухотрубные и пластинчатые.

Кожухотрубный одноходовой теплообменник с неподвижными трубными решетками состоит из цилиндрического корпуса, который с двух сторон ограничен приваренными к нему трубными решетками с закрепленными в них греющими трубами. К корпусу прикреплены с помощью болтового соединения два днища. Для ввода и вывода теплоносителей корпус и днища имеют патрубки. Один поток теплоносителя направляется в трубное пространство через один патрубок и выходит из другого. Другой поток вводится в межтрубное пространство, омывает снаружи трубы и выводится из корпуса. Теплообмен осуществляется через стенки труб. Преимущества кожухотрубных теплообменников заключается в компактности, невысоком расходе металла, легкости очистки труб изнутри. Недостатки - сложность достижения высоких скоростей теплоносителей, за исключением многоходовых теплообменников, малая доступность межтрубного пространства для очистки и ремонта, сложность изготовления из материалов, не поддающихся развальцовке и сварке.

Улучшение трубчатых теплообменников достигается путем группировки труб в отдельные пучки (ходы), для чего в распределительных коробках устраивают перегородки. Такие теплообменные аппараты называют многоходовыми. При небольшом числе ходов (до 3) перегородки делают по хордам, при большем - радиально или концентрически. Удобно устраивать четное число ходов. Возможно устройство перегородок в межтрубном пространстве, причем как продольно, так и поперечно.

 

Исходные данные

         Разобрать конструкцию кожухотрубчатого теплообменника для обработки молока производительностью 8000 кг/ч.Начальная температура вещества С0,конечная температура С0 давлением греющего пара P=0,2 мПа. Теплообменник собрать из стальных труб, внутренним диаметром dВ=0,030 м2, толщиной стенки =0,002 м, длиной l=2м, скорость холодного теплоносителя v2=1 м/с.

 

 

 

1 Тепловой расчет

 

1.1 Температурные условия нагревания

 

По давлению насыщенного пара 0,2 МПа определяем температуру его насыщения ts =120,23 °C. Тогда разности температур в начале Δtб, °C и в конце Δtм, °C нагревания определяем по формулам (1.1) и (1.2):

 

                                        

 

                                          

 

;

 

.

 

Среднюю разность температур определяем по формуле (1.3):

 

                                    

 

;

 

Среднюю температуру нагреваемого раствора определяем по формуле (1.4):

 

                                        

 

 

         1.2 Физические параметры нагреваемого раствора

    

При средней температуре горячего теплоносителя определяем физические параметры раствора (молоко):

 

- кинематическая вязкость = 850 ∙ 10-6, Па∙с ;

- плотность ρ = 1015,9кг/м3;

- теплопроводность λ = 0,516 Вт/(м∙К);

- удельная теплоемкость с = 3870Дж/(кг∙К);

        

Рассчитываем критерий Прандтля:

 

                                                                            

 

 

1.3 Тепловая нагрузка и расход пара

                                      

 

Тепловую нагрузку Q, Вт с учетом тепловых потерь, при х=1,35, определяем по формуле (1.6):

 

                                                                                                                

                                               

Вт

 

Расход пара определяем по формуле (1.7):

 

                                                                                                          

                                                

кг/с

 

1.4 Расчет коэффициента теплопередачи

 

 

Среднюю температуру пленки конденсата определяем по формуле (1.8):

 

                                        

           температура стенки :


                             ;                         (1.9)

 

     Физические параметры воды при температуре пленки конденсата:

 

- плотность ρ1= 944,5 кг/м3;

- теплопроводность λ1= 0,685 Вт/(м∙К);

- динамическая вязкость μ1= 254,25∙ 10-6, Па∙с.

 

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке определяем по формуле (1.10):

 

                                  

 

где - ρ1 - плотность;

                   λ1- теплопроводность;

       μ1- динамическая вязкость.

 

Вт/м2К,

 

Определяем значение критерия Рейнольдса Re по формуле (1.11):

 

                                          

 

 

При Re>104 критерий Нуссельта Nu определяем из критериального уравнения (1.12):

 

                                                        

 

;

Коэффициент теплоотдачи от стенки к раствору вычисляем по формуле (1.13):

 

   ,                                      

 

;

 

Коэффициент теплопередачи К вычисляем по формуле (1.14):

 

                                ,                                                  

 

Находим суммарное термическое сопротивление поверхности теплопередачи и загрязнений по формуле (1.15):

 

                                        ,                            

    

;

 

,

 

Температуру поверхности теплопередачи со стороны горячего теплоносителя находим по формуле (1.16):

 

   ,                                    

 

С,

 

Уточняем правильность расчета по формуле (1.17):

 

     ,                                      

 

 

Так как Δ < 5%, расчет выполнен верно.

 

 

  • Определение поверхности нагрева

 

 

Поверхность нагрева подогревателя F, м2, определяем из формулы (1.18):

 

   ,                                    

 

м2

 

 

  1. Конструктивный расчет подогревателя

 

2.1 Расчет проточной части трубного пространства

 

 

Определяем площадь сечения трубок одного хода по формуле (2.1):

 

,                                          

 

,

 

Количество трубок одного хода находим из формулы (2.2):

 

                                      

                                                   ,

 

Определяем расчетную длину пучка трубок во всех ходах из формулы (2.3):

 

     ,                                    

 

м;

 

,

 

Число ходов в трубном пространстве находим из формулы (2.4):

 

                                            

 

 

Общее число трубок, размещаемое на трубной решетке, n найдем из формулы (2.5):

 

,                                          

 

.

 

2.2 Размещение трубок на трубной решетке

 

 

Зависимость между общим числом трубок , числом трубок по диагонали и числом трубок на стороне шестиугольника определяется соотношением, выраженным в формуле (2.6):

 

                                                                                 

 

Из формулы (2.6) найдем количество трубок, расположенных на стороне наибольшего шестиугольника, :

 

 

Найдем количество трубок по диагонали наибольшего шестиугольника

 

                                                                                                                              

                                  

 

Шаг размещения трубок S, мм, находим из формулы (2.7):

 

                                                                                         (2.7)                                            

 

м

 

Диаметр окружности , на котором размещаются крайние трубки, определяем по формуле (2.8):

 

                                                 (2.8)                                  

                                      

м,

 

Внутренний диаметр корпуса найдем из формулы (2.9):

 

                                             (2.9)                                

 

м,

 

Находим толщину трубчатки:

 

                                                                                                            (2.10)

                                             мм

      

2.3 Определение диаметров патрубков:

         Диаметр патрубка для раствора определяем из формулы (2.11):

 

   ,                                               

 

 

                             м,                            

 

Диаметр патрубка для подачи пара определяем из формулы (2.12):

 

                                     

 

 

м.

 

 

3 Гидравлический расчет подогревателя

 

 

Основной задачей гидравлического расчета является определение мощности, затрачиваемой на перемещение рабочей среды через аппарат.

 

Относительная шероховатость трубы найдем из формулы (3.1):

 

                                                

 

 

Коэффициент сопротивления трению определяем из формулы (3.2):

 

                                                                  (3.2)  

 

 

Потери давления на трение определяется по формуле (3.3):

 

                                      ,                       (3.3)

 

      

где - скорость молока в канале, м/с;

       l – длина канала;

       dвн – внутренний диаметр канала, dвн=0,030 м;

       - коэффициент сопротивления трению.

 

Потери давления на прохождение ее местных сопротивлений определяем по формуле (3.4) :

              (3.4)                            

 

Гидравлическое сопротивление определяем по формуле (3.5):

                                                                             (3.5)

 

=38400,68+19302,1=57702

 

Мощность на валу насоса рассчитывают по формуле (3.6):

 

 

м3/c

КПД = 0,4 [5].

Вт

 

Используем насос для подачи холодного теплоносителя марки X8/18 КПД 0.4, потребная мощность 3 кВт, электродвигатель 4А90L с номинальной мощностью 3кВт при синхронной частоте вращения ротора 50 с-1 массой 28,7 кг.

 

Список используемой литературы:

 

 

  1. Стабников, В. Н.Процессы и аппараты пищевых производств[Текст] : учеб. для вузов / В. Н. Стабников, В. М. Лысянский, В. Д.Попов.- 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Агропромиздат, 1976. - 664 с.
  2. Расчеты и задачи по процессам и аппаратам пищевых производств[Текст] : учеб. пособие / под ред. С. М. Гребенюка, Н. С. Михеевой. - М. : Агропромиздат, 1987. - 304 с. : ил.
  3. Расчеты и задачи по процессам и аппаратам пищевых производств[Текст] : учеб. пособие / под ред. С. М. Гребенюка, Н. С. Михеевой. - М. : Агропромиздат, 1987. - 304 с. : ил.
  4. Теплофизические характеристики пищевых продуктов и материалов [Текст] : справочное пособие / под ред. А. С. Гинзбурга . - М. : Пищевая промышленность, 1975. - 224 с. : ил.. - Библиогр.: с. 206-221.
  5. Соловых, С. Ю.Расчет теплообменника[Электронный ресурс] : метод. указания / С. Ю. Соловых, С. В. Антимонов, В. П. Ханин; М-во образования и науки Рос. Федерации, Федер. агентство по образованию, Гос. образоват. учреждение высш. проф. образования "
  6. , Каф. машин и аппаратов хим. и пищевых пр-в. - Электрон. текстовые дан. (1 файл: 2,37 МБ). - , 2006. -Adobe Acrobat Reader

 

 Чертеж Кожухотрубчатый теплообменник

Скачать: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

 

Категория: Курсовые / Курсовые по пищевому производству

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.