Реферати українською » Промышленность, производство » Розрахунок і проектування вертикального кожухотрубного теплообмінника для пастеризації продукту


Реферат Розрахунок і проектування вертикального кожухотрубного теплообмінника для пастеризації продукту

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Міністерство аграрної політики

>Сумскийнациональний аграрний університет

Кафедра технологічного устаткування харчових виробництв

>КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

  з дисципліни “Процеси і апарати харчових виробництв”

Тема роботи: Розрахунок і проектування вертикальногокожухотрубного теплообмінника для пастеризації продукту.

Керівник проекту

Студент

Група

Юхименко М. П.

Калюжний Д.В.

>ТМЯ-0503-1

2007


Міністерство аграрної політики

>Сумскийнациональний аграрний університет

Кафедра технологічного устаткування харчових виробництв

>ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

ДоКУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

з дисципліни “Процеси і апарати харчових виробництв”

Тема роботи: Розрахунок і проектування вертикальногокожухотрубного теплообмінника для пастеризації продукту.

Керівник проекту

Студент

Група

Юхименко Н.П.

Калюжний Д.В.

>ТМЯ-0503-1

2007

Міністерство аграрної політики

>Сумскийнациональний аграрний університет

Кафедра технологічного устаткування харчових виробництв

Завдання курсової проект

з дисципліни „Процеси і апарати харчових виробництв

>Студенту Калюжному Д. У. групиТМЯ-0503-1 II курсу

1.         Тема курсового проекту “Розрахунок і проектування вертикальногокожухотрубного теплообмінника для пастеризації продукту”

2.         Основні початкові дані:Расчитать і спроектувати вертикальнийкожухотрубний теплообмінник (>G=2,8 )  для пастеризації продукту від початковій температуриt1=12 0З до кінцевої температуриt2=70 0З. Продукт потрапляє у трубне простір примусово з допомогою насоса і рухається трубами зі швидкістюw=2,0 , гарячий теплоносій (>греющий водяну пару) потрапляє умежтрубное простір зtп=140 0З

3.         Перелік обов'язкового графічного матеріалу: технологічна схема ділянки пастеризації продукту, складальний креслення теплообмінникакожухотрубного, всього 1,25 аркуша формату А1.

4.         >Рекомндуемая спеціальна література: процеси та апарати харчових виробництв; Розрахунок і проектування теплообмінників; методичні вказівки до виконання курсовогопроекта/Суми:Сумский національний аграрний університет, 2002. – 26 з.

5.         Термін виконання ____________________________________

6.         Термін захисту _______________________________________

7.         Дата видачі завдання «___» _______________2007р.

Керівник проекту Юхименко М. П.

>СОДЕРЖАНИЕ

ЗАПРОВАДЖЕННЯ

1 Теоретичні основи теплообмінного процесу. Вибір конструкції апарату

1.1Одноходовойкожухотрубний теплообмінник

1.2 Загальні інформацію проразвальцовке труб теплообмінника

2Расчетно-конструкторская частина

1. Тепловий розрахунок апарату

2. Конструктивний розрахунок апарату

3.Гидравлический розрахунок апарату

4. Розрахунки на міцність

3 Розрахунки і вибір допоміжного устаткування

3.1 Вибір насоса

3.2 Вибір резервуарів

4 Новизна прийнятих конструктивних і технологічні рішення

>ВЫВОД

СПИСОКИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛІТЕРАТУРИ

Додаток А.Кожухотрубний теплообмінник


ЗАПРОВАДЖЕННЯ

Раціональне ефективне використання теплової енергії є сьогодні визначального чинника у стратегії технічного і технологічного переозброєння підприємств.

Якість, ціна, надійність, економічність і доступність сервісного обслуговування – ось ті критерії, куди орієнтується більшість організацій, котрі приймають рішення про закупівлю необхідного устаткування. У цьому поза сумнівами актуальність високоякісних теплообміннихкожухотрубних апаратів знаходить саме широке використання у харчової, нафтохімічної, хімічної промисловості, в ЖКГ, енергетиці.

Ясність, наочність і очевидність техніко-економічних переваг новітніх технічних і технологічні рішення проти морально застарілим устаткуванням є основним необхідним умовою, які мають враховуватися під час виборів відповідного устаткування. Але найважливішим критерієм вибору апарату є його економічна обгрунтованість. Економіятеплоресурсов дозволяє знизити ціну наизготвляемую продукцію, що ні мало важливо у умовах жорсткій конкуренції.

1 Теоретичні основи теплообмінного процесу. Вибір конструкції апарату

Теплові процеси — технологічні процеси, які проходять зі швидкістю, зумовленої законами теплопередачі.

>Теплообменние апарати — апарати, призначені щодо теплових процесів.

>Теплоносители — тіла (середовища), які беруть участь втеплообмене.

Існує три способу перенесення тепла: теплопровідність,конвективний теплообмін і теплове випромінювання.

>Теплопроводность – явище перенесення теплової енергії безпосереднім контактом між частинками тіла.

>Конвективний теплообмін – процес поширення у слідстві руху рідини чи газу.

Природна (вільна) конвекція обумовлена різницею щільності у різних точках обсягу теплоносія, що виникає внаслідок різниці температурах цих точках.

Вимушена конвекція обумовлена примусовим рухом всього обсягу теплоносія.

Теплове випромінювання – процес передачі тепла від однієї тіла до іншого, поширенням електромагнітних хвиль у просторі між тими тілами.

>Теплоотдача — процес перенесення тепла від стінки до теплоносія чи напрямку.

>Теплопередача — процес передачі тепла з більш нагрітого менш нагрітомутеплоносителю через відділяють їх поверхню чи тверду стінку.

Під час проектування теплообмінних апаратів теплової розрахунок зводиться до визначення необхідної поверхні теплообміну F, (м2), по основному рівнянню теплопередачі:

,                                                                            (1.1)

де

>Q – теплова навантаження теплообмінника, (Вт);

>Dtпорівн – середня різницю температур, (0З);

До – коефіцієнт теплопередачі, .

Коефіцієнт теплопередачі показує, скільки теплоти передається від гарячого теплоносія до холодного за 1 з через 1 м2 стінки при різниці міжтеплоносителями, рівної 1 град.

>Тепловую навантаження теплообмінника визначають з рівняння теплового балансу. Якщо знехтувати втратами тепла до навколишньому середовищі, які звичайно перевищують 5%, то рівняння теплового балансу матиме вид:

>Q=Q1=>Q2,                                                                                       (1.2)

де

>Q1 іQ2 – кількість тепла, яке віддав гарячий теплоносій і який передано холодноготеплоносителю відповідно, (Вт).

Під час теплообміну міжтеплоносителями зменшуєтьсяентальпия (>теплосодержание) гарячого теплоносія і збільшуєтьсяентальпия холодного теплоносія.Уравнение теплового балансу (1.2) в розгорнутому вигляді:

>Q=G1>1п>1к) =G2>2к>2п),                                                                  (1.3)

де

G1 і G2 – витрата гарячого і холодного теплоносія відповідно, ;

і>1п, і>1к – початкова й кінцеваентальпии гарячого теплоносія, ;

і>2п, і>2к – початкова й кінцеваентальпии холодного теплоносія, .

Якщо під час теплообміну не змінюється агрегатний стан теплоносіїв,ентальпии останніх прирівнюють твору теплоємності на температуру і тоді рівняння теплового балансу (1.3) матиме вид:

>Q=G1з1(>t>1п->t>1к) =G2з2(>t>2к->t>2п),                                                  (1.4)

де

з1 і з2 – середні удільні теплоємності гарячого і холодного теплоносіїв відповідно, ;

>t>1п,t>1к – температури гарячого теплоносія на вході у апарат, і виході з нього, (0З);

 >t>2к,t>2п – температури холодного теплоносія виході з апарату і вході у нього, (0З).

З рівняння (1.4) можна знайти витрати гарячого чи холодного теплоносіїв при відомих значеннях інших, параметрів. Що стосується використання газу як гарячого теплоносія насиченого водяної пари величин і>1п, , і і>1к, , в рівнянні (1.3) будуть відповідноентальпиями пара, що надходить, і конденсату, який виходить із теплообмінника.Уравнение теплового балансу, припускаючи, що віддача тепла при охолодженні пара до температурі конденсації і за охолодженні конденсату незначна:

>Q=Gгрн>1п>1к) =G2з2(>t>2к->t>2п),                                                             (1.5)

де

де Gгрн – витрата що гріє пара, .

Припускаючи, що віддача тепла при охолодженні пара до температурі конденсації і за охолодженні конденсату незначна, рівняння теплового балансу (1.5) можна записати як:

>Q=Gгрн>r=G2з2(>t>2к->t>2п),                                                                       (1.6)

де

>r – питома теплота конденсації, .

По рівнянням (1.5) і (1.6) визначають витрати водяної пари. Якщогреющий пар є вологим, то теплоту конденсації множимо на ступінь сухості водного пара. Якщо маємо теплові втрати у довкілля, то величину теплової навантаження необхідно помножити на коефіцієнт, що враховує теплові втрати.Энтальпию і питому теплоту конденсації що гріє пара визначають за довідниками [6,10]. Коефіцієнт теплопередачі До, , для пласкоютеплообменной поверхні:

,                                                                       (1.7)

де

a1, a2 – коефіцієнти тепловіддачі відповідно для гарячого і холодного теплоносія, .

     Коефіцієнт тепловіддачі показує, скільки теплоти передається від теплоносія до 1 м2 поверхні стінки (чи то з стінки поверхнею 1 м2 дотеплоносителю) в одиницю часу при різниці температур між теплоносієм і стінкою 1 град.

>dст – товщинатеплообменной стінки, (м);

lст – коефіцієнт теплопровідності матеріалу стінки,

     Коефіцієнт теплопровідності показує, скільки теплоти проходить внаслідок теплопровідності в одиницю часу через одиницю поверхні теплообміну під час падіння температури однією градус на одиницю довжини нормальний доизотермической поверхні.

Коефіцієнти тепловіддачі визначають з критеріюНуссельта, а останній знаходять з різнихкритериальним рівнянням залежно від конкретних умов теплообміну. Що стосується розвиненого турбулентного руху рідин в трубах та канали (>Re>10000):

>Nu= (1.8)

Для критеріївNu,Re іPr за визначальну температуру приймається середня температура рідини, а критеріюPrст — температура стінки. По лінійним розмірам в критеріяхNu іRe береться внутрішній діаметр труби чи еквівалентний діаметр каналу. Приламинарном русі (>Re<2300):

>Nu= (1.9)

Для повітряного теплоносія формули (1.8) і (1.9) відповідно:

>Nu=0,018Re0,8;                                                      (1.10)

>Nu=0,13Re0,33>Gr0,1.                                                                (1.11)

Для випадку руху теплоносія вмежтрубном просторікожухотрубних теплообмінників:

>Nu=С(dе>Re)0,6>Pr0,33,                                            (1.12)

де

З – коефіцієнт, що враховує присутність сегментних перегородок вмежтрубном просторі;

>dе – еквівалентний діаметрмежтрубного простору, (м).

,                                           (1.13)

де

>f – площину поперечного перерізу потоку, (м2);

П – периметр перерізу потоку, (м);

D – внутрішній діаметр кожуха, (м);

>d – зовнішній діаметр труби, (м);

>z – кількість ходів по трубному простору;

n – кількість труб щодо одного ході.

При поперечному обтіканні пучка труб (кут атаки 90про), шаховому і коридорному розташуванні труб відповідно:

>Nu= (1.14)

>Nu= (1.15)

Середню різницю температур , (0З), у разіпрямотечения і протитечії визначають яксреднелогарифмическую різницю:

,                                               (1.16)

де

>Dtб,Dtм – велика і менша різниці температур міжтеплоносителями на кінцях теплообмінника, (0З).

Якщо <2, тосреднелогарифмическую різницю усунути без помітної похибкисреднеарифметической різницею:

.                                             (1.17)

Для апаратів з перехресним і змішаним течією теплоносіїв середня різницю температур перебуває шляхом множення значеннясреднелогарифмического температурного напору що досягається припротивотечейной схемою руху теплоносіїв на поправочний коефіцієнт, що визначається за довідниками [4-6].

1.1Кожухотрубний теплообмінник

Для проведення процесу пастеризації продукту вибираєтьсякожухотрубная конструкція теплообмінника.

>Кожухотрубние теплообмінники найширше поширені в

харчових виробництвах.

>Кожухотрубний вертикальнийодноходовой теплообмінник

з нерухомими трубними гратами (див. рис. 1) складається з циліндричногокорпуса-1, що з обох сторін обмеженийприваренними щодо нього трубнимирешетками-2 з закріпленими у якихгреющимитрубами-3 (див. рис. 2), кінці яких закріплено у спеціальних трубних ґратах шляхомразвальцовки, зварювання, пайки, інколи ж насальниках. Пучок труб ділить обшир корпусу теплообмін ніка на трубне простір, укладену всерединігреющих труб, імежтрубное. До корпусу прикріплено з допомогою болтовогосоединения дваднища-5. Для введення та виведення теплоносіїв корпус і днища маютьпатрубки-4. Один потік теплоносія, наприклад рідина, направляють у трубное простір, відбувається затрубкам і виходить ізтеплообменника через патрубок в гору ньому днище. Інший потік тепло носія, наприклад пар,вводится вмежтрубноепространство теплообмінника, омиває зовні гріють труби івиводится з корпусу теплообмін ніка через патрубок.

>Кожухотрубние теплообмінники може бути з нерухомій трубної решеткой чи з температурним компенсатором на кожусі, вертикальні чи горизонтальні. Відповідно до ГОСТ 15121-79, теплообмінники може бути двох- чотирьох- ішестиходовими по трубному простору.

>Греющие труби в трубних ґратах розміщують кількома способами: і вершин правильнихшестиугольников(в шаховому порядку), і вершин квадратів (коридорне) і зконцентрическимокружностям. Такі способи розміщення забезпечують створення компактній конструкції теплообмінника.

Через маленькій швидкість руху теплоносіїводноходовие теплообмінники характеризуються низькими коефіцієнтами тепловіддачі. З метою інтенсифікації теплообміну вкожухотрубнихтеплообменниках пучок трубсекционируют, поділяють сталася на кілька секцій (ходів), якими теплоносій проходить послідовно.Разбивка труб на цілий ряд ходів досягається з допомогою перегородок у верхній і нижньому днищах. Такожсекционировать можна ймежтрубное простір з допомогою установки направляють перегородок. Завдяки всього цього способам досягається підвищення швидкості теплоносія, що зумовлює збільшення коефіцієнта тепловіддачі в трубному просторі.

Під час проектуваннякожухотрубних теплообмінників теплоносій, який найбільш забруднює поверхню теплообміну, направляють у трубне простір, яке легше очищати.

1.2Ообщие інформацію проразвальцовке труб теплообмінника

Найпоширеніший спосіб кріплення труб в решітці — поширення. Труби вставляють в отвори грати з певним зазором, та був випробовують зсередини спеціальним інструментом, у яких роликами (>вальцовкой). Причому у стінках труби створюються залишкові пластичні деформації, а трубної решітці — пружні деформації, завдяки чому матеріал грати післяразвальцовки щільно стискує кінці труб. Однак цьому матеріал труб піддаєтьсянаклепу (металупрочняется із застосуванням часткової втратою пластичності), що може спричинити дорастрескиванию труб. З зменшенням початкового зазору між трубою і отвором в решітці наклеп зменшується, тому зазвичай приймають зазор 0,25 мм. Крім цього задля забезпечення якісноїразвальцовки й можливості заміни труб необхідно, щоб твердість матеріалу трубної грати перевищувала твердість матеріалу труб.

>Развальцовочное з'єднання має бути міцним і щільним (герметичним). Міцність сполуки оцінюють зусиллямвирива труб із гнізда, щільність — максимальним тиском середовища, у якому з'єднаннягерметично.Развальцовка є найпоширенішим способом отримання міцних і герметичних сполук труб з трубними гратами (колекторами) теплообмінних апаратів.

Для отримання надійного сполуки труби з трубної гратами (колектором) необхідні таке умова:

D' =Dо + +KxS,

де D'- розрахунковий внутрішній діаметр труби післяразвальцовки
>Dо- внутрішній діаметр труби доразвальцовки
- діаметральний зазор між трубою і трубної гратами

    (=Dотв -Dн)

   S-толщина стінки труби

    До- коефіцієнт, враховує тип теплообмінного апарату:
        До = 0,1 - для конденсаторів,маслоохладителей,водоподогревателей, випарників, бойлерів тощо.

                    До = 0,2 - для котлів

А, щоб правильно вибрати інструмент дляразвальцовки труб в трубних ґратах, необхідно розташовувати наступній інформацією:

· матеріал трубної грати;

· діаметр отворів трубної грати “>Dотв” (див. рис. 3);

· товщина трубної грати “H” (див. рис. 3);

· крок перфорації (відстань між центрами сусідніх отворів) “>t” (див. рис. 10);

· його присутність серед отворах трубної гратиуплотнительного рельєфу, формованого кульковимраскатником (див. рис. 4);

· його присутність серед трубної грати канавок (див. рис. 5);

· наявність подвійних трубних решіток, їх товщини “М1” і “М2” і відстань від “B” між трубними гратами (див. див. мал.9);

· матеріал труби;

· зовнішнє діаметр труби ">Dн" (див. див. мал.6);

· товщина стінки труби "P.S" (див. див. мал.6);

· висотавиступания труб "h" над площиною трубної грати (див. див. мал.6);

· глибинаразвальцовки труб "L" (див. див. мал.6);

· наявністьотбуртовки кінця труби (див. див. мал.8);

· наявність зварювання у поєднанні труби з трубної гратами (див. див. мал.7)

                              2Расчетно-конструкторская частина.

2.1 Тепловий розрахунок апарату.

Вихідні дані.Проектируемийкожухотрубний теплообмінник призначений для пастеризації продукту від початковій (на вході у апарат) температуриt1=12 0З, до кінцевої (виході з апарату)t2=70 0З. Продуктивність апаратуG=2,8. Продукт потрапляє у трубне простір примусово з допомогою насоса і рухається трубами зі швидкістюw=2,0 .Греющий пар підводиться в між трубне простір з температуроюtп=140 0З.Теплообменние труби302,5 мм (зовнішній діаметрd=30 мм, товщина стінкиdст=2,5 мм), довжина труб в пучку lТ=2,5 р. Матеріал

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація