ВЕДЕНИЕ

       Теплообменниками  называются аппараты, в которых происходит теплообмен, между рабочими средами  не зависимо от их технологического или  энергетического назначения (подогреватели, выпарные аппараты, концентраторы, пастеризаторы, испарители, и др.).

       Технологическое назначение теплообменников многообразно. Обычно, различаются теплообменники, в которых передача тепла является основным процессом и реакторы, в  которых тепловой процесс играет вспомогательную роль.

       Классификация теплообменников возможна по различным признакам.

       По  способу передачи тепла различаются  теплообменники смешения, в которых  рабочие среды непосредственно  соприкасаются или перемешиваются, и поверхностные теплообменники - рекуператоры, в которых тепло  передается через поверхность нагрева - твердую (металлическую) стенку, разделяющую эти среды.

       По  основному назначению различаются  подогреватели, испарители, холодильники, конденсаторы.

       В зависимости от вида рабочих сред различаются теплообменники:

       1) жидкостно-жидкостные - при теплообмене между двумя жидкими средами;

       2) парожидкостные - при теплообмене  между паром и жидкостью (паровые  подогреватели, конденсаторы);

       3) газожидкостные - при теплообмене  между газом и жидкостью (холодильники  для воздуха) и др.

       По  тепловому режиму различаются теплообменники периодического действия, в которых наблюдается нестационарный тепловой процесс, и непрерывного действия с установившимся во времени процессом.

       В теплообменниках периодического действия тепловой обработке подвергается определенная порция (загрузка) продукта.

       Вследствие  изменения свойств продукта и  его количества параметры процесса непрерывно варьируют в рабочем  объеме аппарата во времени.

       При непрерывном процессе параметры  его также изменяются, но вдоль  проточной части аппарата, оставаясь  постоянными во времени в данном сечении потока. Непрерывный процесс характеризуется постоянством теплового режима и расхода рабочих сред, протекающих через теплообменник.

       В качестве теплоносителя наиболее широко применяются насыщенный или слегка перегретый водяной пар. В смесительных аппаратах пар обычно барботируют в жидкость (впускают под уровень жидкости), при этом конденсат пара смешивается с продуктом, что не всегда допустимо. В поверхностных аппаратах пар конденсируется на поверхности нагрева и конденсат удаляется отдельно от продукта с помощью водоотводчиков. Водяной пар как теплоноситель обладает множеством преимуществ: легкостью транспортирования по трубам и регулирования температуры, высокой интенсивностью теплоотдачи и др. Применение пара особенно выгодно при использовании принципа многократного испарения, когда выпариваемая из продукта вода направляется в виде греющего пара в другие выпарные аппараты и подогреватели.

       Обогрев горячей водой и жидкостями также  имеет широкое применение и выгоден  при вторичном использовании тепла конденсатов и жидкостей (продуктов), которые по ходу технологического процесса нагреваются до высокой температуры. В сравнении с паром жидкостный подогрев менее интенсивен и отличается переменной, снижающейся температурой теплоносителя. Однако регулирование процесса и транспорт жидкостей так же удобны, как и при паровом обогреве.

       Общим недостатком парового и водяного обогрева является быстрый рост давления с повышением температуры. В условиях технологической аппаратуры пищевых  производств при паровом и водяном обогреве наивысшие температуры ограничены 150-160 ˚С, что соответствует давлению (5-7) 105 Па.

       В отдельных случаях (в консервной промышленности) применяется масляный обогрев, который позволяет при  атмосферном давлении достигнуть температур до 200°С.

       Широко  применяется обогрев горячими газами и воздухом (до 300—1000°С) в печах, сушильных  установках. Газовый обогрев отличается рядом недостатков: трудностью регулирования  и транспортирования теплоносителя, малой интенсивностью теплообмена, загрязнением поверхности аппаратов (при использовании топочных газов) и др. Однако в ряде случаев он является единственно возможным (например, в воздушных сушилках).

       В холодильной технике используется ряд хладагентов: воздух, вода, рассолы, аммиак, углекислота, фреон и др.

       При любом использовании теплоносителей и хладагентов тепловые и массообменные  процессы подчинены основному технологическому процессу производства, ради которого создаются теплообменные аппараты и установки. Поэтому решение  задач оптимизации теплообмена подчинено условиям рационального технологического процесса.

       Для нагревания и охлаждения жидких сред разработаны теплообменники разнообразных  конструкций.  

       1 ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИП РАБОТЫ

       Установка марки ОПЯ-2,5 (рис.1) состоит из пластинчатого аппарата с набором теплообменных пластин, уравнительного бака с клапанно - поплавковым регулятором уровня, автоматического клапана возврата недопастеризованного продукта, выдерживателя, бойлера, инжектора, электронасоса для смеси мороженого, центробежного насоса для горячей воды и пульта управления с контрольно-измерительными приборами.

       Пластинчатый  аппарат (рис,2) имеет четыре секции и включает в себя станину с зажимными механизмами, нажимную и разделительную плиты.

       Теплообменные пластины изготовлены штамповкой из листовой нержавеющей стали.

       Смесь мороженого, хорошо перемешанная, поступает  из резервуара хранения при температуре 313-318К (40-45С) в уравнительный бак, откуда электронасосом подается в секцию регенерации пластинчатого аппарата и нагревается до 343К (70С) горячей смесью, движущейся противотоком. Из секции регенерации смесь направляется в секцию пастеризации, где нагревается до температуры пастеризации 359-363К (86-90С), после чего проходит клапан возврата, гомогенизатор и выдерживатель.

       Затем смесь последовательно охлаждается" в секциях регенерации, водяного и рассольного охлаждения. Из аппарата смесь выходит при температуре 277-281 К (4-8 С).

       Процессы  пастеризации и охлаждения регулируются автоматически. Требуемые температуры  пастеризации и охлаждения смеси мороженого поддерживаются электронными регуляторами. Запись температуры пастеризации ведется на диаграммной ленте моста. Контроль охлаждения - визуальный, по логометру.

       Звуковая  и световая сигнализации срабатывают  при падении температуры пастеризации ниже 88 С, клапан возврата автоматически переключает поток смеси на повторный подогрев.

       Подача  рассола при автоматическом переключении потока смеси на повторный подогрев прекращается также автоматически.

       Смесь мороженого в секции пастеризации нагревается горячей водой, подаваемой в аппарат насосом. Вода нагревается паром, поступающим через инжектор из паропровода, на котором установлен регулирующий клапан.

       На  рассолопроводе, так же как и на паропроводе, имеется регулирующий клапан. Термометры сопротивления установлены на трубопроводе горячей смеси после секции пастеризации и на трубопроводе охлажденной смеси после секции рассольного охлаждения.

        Рис. 1. Технологическая схема установки  марки ОПЯ-2,5: 1 - электронасос для  смеси мороженого; 2 - уравнительный бак; 3 -пульт управления; 4 - автоматический клапан возврата; 5 - пластинчатый аппарат; 6 - гомогенизатор; 7-выдерживатель; 8-инжектор; 9 - бойлер; 10 - центробежный насос для горячей воды; —¾ смесь мороженого; —¾ 1 р —¾ рассол; —¾ 1х —¾холодная вода; —¾ 1 г —¾горячая вода.

         

       Рис.2. Общий вид пластинчатого аппарата установки марки ОПЯ-2,5: 1 - зажимное устройство; 2 - ножка; 3 - нажимная плита; 4 - вход холодной воды; 5 - выход холодной воды; 6 - разделительная плита; 7 - станина; 8 - секция пастеризации; 9 - секция регенерации; 10 - вход смеси мороженого; 11 - секция водяного охлаждения; 12 - секция рассольного охлаждения; 13 - вход рассола; 14 -выход рассола; 15 - выход пастеризованной смеси из секции пастеризации; 16 - выход горячей воды; 17 -вход пастеризованной смеси в секцию регенерации; 18-выход охлажденной смеси; 19 - вход горячей воды.

 

       2 Анализ технологического процесса как объекта автоматизации

       Таблица 2.1 – Технологические параметры подлежащие контролю и управлению 

       3 Функциональные требования к системе автоматизации

       Таблица 3.1 Требование к системам автоматического регулирования 

 

       Таблица 3.2 – Требование к системам автоматического контроля