
- •Содержание
- •Введение
- •1 Теоретическая часть. Теплообменные процессы
- •2 Технологическая схема установки и ее описание
- •3 Основные расчеты
- •3.1 Исходные данные для расчета
- •3.2 Гидродинамический расчет
- •3.3 Тепловой расчет
- •3.4 Конструктивный расчет
- •3.5 Изоляционный расчет
- •3.6 Расчет теплопотерь
- •3.7 Расчет насоса
- •3.8 Экономический расчет
- •Заключение
- •Список использованной литературы
- •Приложение а
- •Технологическая схема установки трубчатого теплообменного аппарата
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, рп, (МПа) 0,140
Внутренний диаметр трубки, dв (мм) 28
Длина трубки, l (м) 2,0
Толщина стенки трубки, δ (мм) 2,5
Предварительное число ходов, zп 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.
tср = 0,5 · (t1 + t2) = 0,5 · (12 + 85) = 48,5
В таблице физических свойств молока при tср = 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.
v48,5 = v50 – v1,5 = 0,84 – 0,016 = 0,824·10-6 м2/с.
Re
=
=
= 20388
Таким образом, в трубках имеет место развитый турбулентный режим.
Объемный расход молока
Vс
=
(2)
где ρ – плотность молока при средней температуре tср = 48,5 0С. Значение ρ48,5 определяем интерполяцией по табличным данным в интервале температур 45 – 50 0С.
ρ48,5 = 0,5 · (ρ45 + ρ50) = 0,5 · (1018,8 + 1016,6) = 1017,7 кг/м3,
Vс
=
= 13,64·10-4
м3/с
= 1,364 л/с
3.2.2. Рассчитываем число трубок в одном ходу теплообменника из уравнения постоянства расхода
Vc
= w
·
,
(3)
откуда
nx
=
=
= 3,69 = 4