Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования «Алтайский государственный
технический университет имени И.И. Ползунова»
Факультет Пищевых и химических производств
Кафедра Технология бродильных производств и виноделия
Методическое указание
по выполнению лабораторной работы
«Испытание пластинчатого теплообменника в производственных условиях»
по дисциплине
«Оборудование предприятий бродильных производств»
для студентов направления 19.03.02
«Продукты питания из растительного сырья», очной формы обучения
Барнаул 2015
Содержание
Введение………………………………………………………………………………...3
1 Общие сведения о пластинчатом теплообменнике и его производственных аналогах……………………………………………………………………………...….4
1.1 Общие сведения о пластинчатом теплообменнике…………………………....4
1.2 Устройство, принцип работы и паспортные данные пластинчатого
теплообменника TL 400 KBFE №31405 .................………………………………5
1.3 Анализ устройства пластинчатого теплообменника……………………..……9
1.4 Технические характеристики отечественного и зарубежного аналогов..…..10
1.5 Направления совершенствования пластинчатых теплообменников…....….12
2 Научное обеспечение основного процесса в пластинчатом теплообменнике,
вычислительный эксперимент ……………………………………….…………….13
2.1 Основы теории процесса теплопередачи……………..………………….…...13
2.2 Блок-схема вычислительного эксперимента…………………………….……15
2.3 Технологическая схема аппарата………………………………………...……18
3 Программа учебно-производственного испытания…………….……………...…19
4 Испытательный стенд………………………………………………………………21
4.1Схема испытательного стенда…………..…..…………………..………………21
4.2 О методике выбора измерительных приборов………....…………………..…22
5 Методики испытаний пластинчатого теплообменника………………………….23
5.1 Методики измерения отдельных параметров …………………..……...…..…23
5.2 Общая последовательность заключительных работ по испытанию
пластинчатого теплообменника…………………………….…………...……..26
6 Основные требования к технике безопасности при испытании аппарата ……..27
7 Об обработке, представлении и анализе данных по испытанию………...……..28
8 О разработке методики заключения…………………….…………………………29
Вопросы для самоподготовки. Рекомендуемые информационные источники...…30
Введение
Цель лабораторной работы – освоить методику испытания пластинчатого теплообменника в производственных условиях.
В ходе данной лабораторной работы необходимо провести учебно-производственное испытание пластинчатого теплообменника. Испытание разделено на три ключевых этапа:
Подготовительный этап включает в себя ознакомление с теоретическими данными, разработку программ испытания
Непосредственно испытание заключается в получении практических данных
Заключительный этап включает в себя обработку полученных результатов, подведение итогов проделанной работы, разработка рекомендаций и выводов.
Основные задачи, поставленные в работе, заключаются в изучении классификации устройства и принципа действия пластинчатого теплообменника, основных требований к технике безопасности и эффективной эксплуатации; в освоении методики испытания оборудования; в получении навыков подбора оборудования для технической линии.
1 Общие сведения о пластинчатом теплообменнике и его производственных аналогах
1.1 Общие сведения о пластинчатом теплообменнике
Пластинчатый теплообменник — устройство, в котором осуществляется отдача тепла от горячего теплоносителя к холодной среде через стальные рифлёные пластины, которые стянуты в пакет. Между пластинами устанавливаются прокладки, для каждого типоразмера и производителя теплообменника индивидуальные, что исключает вариант смешивания сред. В процессе теплообмена жидкости движутся навстречу друг другу (в противотоке). Пластины в пакете развернуты одна за другой на 180°, поэтому при стягивании пакета пластин образуются каналы, по которым и протекают жидкости, участвующие в теплообмене. Такая установка пластин обеспечивает чередование горячих и холодных каналов, что способствует максимальной теплопередачи. Профиль и размер пластин зависят от эксплуатационных требований.
Назначение:
Пластинчатые теплообменники предназначены для проведения теплообменных процессов, в частности, охлаждения сусла после осветления до начальной температуры брожения, за счет подачи хладагента.
Классификация:
Пластинчатые теплообменники относятся ко второй функционально-технологической группе, является полуавтоматизированным отдельным аппаратом непрерывного действия, в котором происходит изменение свойств (температура) и агрегатного состояния продукта (при охлаждении происходит доосаждение неотделенных в гидроциклоне взвешенных частиц).
Зарубежные машиностроительные заводы выпускают пластинчатые теплообменники следующих марок: Clip2, М-line, FrontLine, BaseLine, AlfaNova.
Отечественные машиностроительные заводы выпускают следующие теплообменные пластинчатые установки: ВГ-35-0 (производительность 35 м3/ч), BГ-6,0-ПОУ (производительность 6 м3/ч), ВГ-3,0-ПОУ (производительность 3 м3/ч), ВГ-1,0-ПОУ (производительность 1 м3/ч), ВГ-4,0-П (производительность 4 м3/ч), ВГ-10,0-ОУ (производительность 10 м3/ч), теплообменные аппараты серии FР, серии ООЛ (OOJI - 3 производительностью З м3/ч, OOJI - 5 производительностью 5 м3/ч, ООЛ - 25 производительностью 25 м3/ч).
1.2 Устройство, принцип работы и паспортные данные пластинчатого
теплообменника TL 400 KBFE №31405
Рисунок 1 - Принципиальная схема пластинчатого аппарата:
1, 2, 11, 12 – штуцера; 3 – неподвижная плита; 4 – верхнее угловое отверстие;
5 – кольцевая резиновая прокладка; 6 – граничная пластина; 7 – штанга;
8 – нажимная плита; 9 – задняя стойка; 10 – винт; 13 – большая резиновая прокладка;
14 – нижнее угловое отверстие; 15 – теплообменная пластина
На рисунке 1 изображена принципиальная схема пластинчатого теплообменника.
Холодная рабочая среда входит в аппарат через штуцер 1, расположенный на неподвижной плите, и через верхнее угловое отверстие 4 попадает в продольный коллектор, образованный угловыми отверстиями пластин после их сборки. По коллектору холодная среда доходит до пластины 6, имеющей глухой угол (без отверстия), и распределяется по нечётным межпластинным каналам, которые сообщаются (через один) с угловым коллектором благодаря соответствующему расположению больших и малых резиновых прокладок 5 и 13. При движении вверх по межпластинному каналу среда обтекает гофрированную поверхность пластин, обогреваемых с обратной стороны горячей средой. Затем подогретая среда проходит в продольный коллектор, образованный нижними угловыми отверстиями 14, и выходит из аппарата через штуцер 11.
Горячая рабочая среда движется в аппарате навстречу холодной. Она поступает в штуцер 12, проходит через нижний коллектор, распределяется по чётным каналам и движется по ним вверх. Через верхний коллектор и штуцер 2 охлаждённая горячая среда выходит из теплообменника.
Сами теплообменные аппараты по конструктивному оформлению весьма разнообразны.
Пластинчатый теплообменник состоит из рельефных пластин. Они расположены между верхней и нижней направляющими, между одной жестко закрепленной и одной съемной рамной плитой и зажаты с помощью винтовых стяжек.
Участвующие в теплообмене среды подаются в пакет пластин через патрубки на неподвижной и подвижной рамных плитах. Распределение сред осуществляется по щелевидным каналам, образованным параллельно расположенными пластинами. Пластины в верхней и нижней части имеют четыре отверстия, которые в собранном виде образуют каналы для притока и отвода теплообменивающихся жидкостей. Благодаря движению потоков сусла и холодной воды в противотоке и их высокой турбулентности в теплопередающем канале интенсивность теплопередачи в пластинчатом теплообменнике намного выше, чем в аппаратах других типов.[1]
Рисунок 2.1 - Пластина теплообменника и схема движения сусла и хладагентов:
1 - входное отверстие для сусла; 2 - пазы для установки на штангу; 3 - отверстие для выхода хладагента; 4 - отверстие для входа хладагента; 5 - прокладки (обеспечивают герметичность); 6 -пластина (очень тонкая, металлическая с рифленой поверхностью);
7 - выходное отверстие для сусла
Рисунок 2.2 - Схема движения сред через пластины
Таблица 1 – Паспортные данные теплообменного аппарата TL 400 KBFE №31405
Начальная температура хладагента, |
воды |
15 |
|
|||
|
рассола |
-3 |
|
|||
Конечная температура хладагента, °С |
воды |
65 |
|
|||
|
рассола |
2 |
|
|||
Давление хладагента, атм |
воды |
0,6 |
|
|||
|
рассола |
0,08 |
|
|||
Расход хладагента на охлаждение, м3 |
воды |
13,675 |
|
|||
|
рассола |
43,295 |
|
|||
Температура сусла, °С |
начальная |
90 |
|
|||
|
конечная |
6-25 |
|
|||
Материал изготовления основных элементов |
корпус |
ASCI 304 |
|
|||
|
Трубопров-в и арматуры |
ASCI 304 |
|
|||
Длина, м |
1,71 |
|
||||
Ширина, м |
0,52 |
|
||||
Высота,м |
0,475 |
|
||||
Тип обслуживающего насоса |
центробежный |
|
||||
Гидравлический напор подающего насоса, м водн. ст. |
30 |
|
||||
Частота вращения вала электродвигателя насоса, об/мин |
1500 |
|
||||
Мощность Электродвигателя насоса, кВт |
2,2 |
|
||||
Производительность, м3 /ч |
10,5 |
|
||||
Температура окружающей среды, °С |
20…25 |
|
||||
Пивное сусло |
6...90 |
|
||||
Вода |
15...65 |
|
||||
Рассол |
-3…2 |
|
||||
Количество пластин в секции |
водяная |
42 |
|
|||
рассольная |
32 |
|
||||
Площадь одной пластины, м2 |
Вод. секция |
0,476 |
|
|||
Расс. секция |
0,476 |
|
||||