2 Технологическая схема установки и ее описание

Многотрубный теплообменник (приложение А) представляет собой пучок трубок помещенных в цилиндрической камере (кожухе), таким образом, внутренность камеры является межтрубным пространством. Концы трубок развальцованы в трубных решетках, чем обеспечивается герметичность межтрубного пространства. Сверху и снизу трубные решетки закрыты крышками, которые с помощью прокладок и фланцев герметично соединяются с решеткой и корпусом. Первый теплоноситель проходит по трубам, а второй подается в межтрубное пространство. В связи с большим объемом межтрубного пространства эта конструкция предназначена для подачи туда греющего пара. При этом пар подводится в верхней части аппарата через патрубок, а конденсат отводится из нижнего сечения через патрубок, расположенный ближе к трубной решетке [6].

По трубам целесообразно направлять жидкость, так как конструкция позволяет обеспечить необходимую скорость движения жидкого теплоносителя, пропуская его по части труб, объединенных в одном пучке. По одному пучку труб жидкость совершает один ход, а по другому – второй ход и т.д., реализуя многоходовый кожухотрубный аппарат. На практике число ходов в аппаратах, применяемых в пищевой промышленности, не превышает 20.

Кожухотрубные теплообменники характеризуются компактностью. В 1 м³ объема аппарата поверхность теплопередачи может достигать 200 м².

Такая конструкция исключает температурные напряжения в кожухе и в трубах.

Корпус (кожух) кожухотрубного теплообменника представляет собой цилиндр, сваренный из одного или нескольких стальных листов. Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, а каждое из них может быть разделено перегородками на несколько ходов. Перегородки предназначены для увеличения скорости и, следовательно, коэффициента теплоотдачи теплоносителей.

Кожухи различаются главным образом способом соединения с трубной решеткой и крышками. К цилиндрическим кромкам кожуха привариваются фланцы для соединения с крышками или днищами. На наружной поверхности кожуха привариваются патрубки и опоры аппарата.

Трубки латунные, медные или стальные применяются диаметром от 10 мм и выше; трубки имеют большие диаметры при вязких или загрязненных жидкостях [7].

Крышки кожухотрубчатых аппаратов имеют форму плоских плит, конусов, сфер, а чаще всего выпуклых или вогнутых эллипсов.

3 Основные расчеты

3.1 Исходные данные для расчета

Вид нагреваемого продукта молоко

Массовая производительность G,(т/ч) 5

Температура среды

начальная t₁, (^оС) 12

конечная t₂, (^оС) 85

Давление греющего пара, р_п, (МПа) 0,140

Внутренний диаметр трубки, d_в (мм) 28

Длина трубки, l (м) 2,0

Толщина стенки трубки, δ (мм) 2,5

Предварительное число ходов, z_п 2

Число часов работы аппарата в сутки, Θ, (ч) 14

Число рабочих дней в году, z₀ 260

3.2 Гидродинамический расчет

3.2.1. Определяем режим движения молока в нагревательных трубках при оптимальной технологической скорости w = 0,6 м/с

Re = (1)

где w – средняя скорость движения молока, м/с; м²/с;

d – внутренний диаметр нагревательных трубок, м;

v – кинематический коэффициент вязкости молока при средней температуре молока, м²/с.

t_ср = 0,5 · (t₁ + t₂) = 0,5 · (12 + 85) = 48,5

В таблице физических свойств молока при t_ср = 48,5 методом интерполяции определяем значение v.

При 45 ⁰С v₄₅ = 0,92·10^-6 м/с. При 50 ⁰С v₅₀ = 0,84·10^-6 м/с.

На интервал 5 ⁰С приходится v₅ = v₄₅ – v₅₀ = (0,92 – 0,84)·10^-6 = = 0,08·10^-6 м²/с.

На интервал 1 ⁰С приходится v₁ = 0,08 / 5 = 0,016.

На интервал 2 ⁰С приходится v₂ = 2 · 0,016 = 0,032.

v_48,5 = v₅₀ – v_1,5 = 0,84 – 0,016 = 0,824·10^-6 м²/с.

Re = = = 20388

Таким образом, в трубках имеет место развитый турбулентный режим.

Объемный расход молока

V_с = (2)

где ρ – плотность молока при средней температуре t_ср = 48,5 ⁰С. Значение ρ_48,5 определяем интерполяцией по табличным данным в интервале температур 45 – 50 ⁰С.

ρ_48,5 = 0,5 · (ρ₄₅ + ρ₅₀) = 0,5 · (1018,8 + 1016,6) = 1017,7 кг/м³,

V_с = = 13,64·10^-4 м³/с = 1,364 л/с

3.2.2. Рассчитываем число трубок в одном ходу теплообменника из уравнения постоянства расхода

V_c = w · , (3)

откуда

n_x = = = 3,69 = 4