Розрахунок та проектування кожухотрубного теплообмінника для охолодження продукту бродильної промисловості пиво «Жигулівське».

Q=Gc_пр(t₂-t₁)=3,8×3913× (70-10)=892 164 Вт.

Потрібна поверхня теплообміну F, м² (за формулою (1.1)):

м².

Витрата теплоносія  G_гр, кг/с:

кг/с.  (2.15)

де	x – коефіцієнт, який враховує теплові витрати у навколишнє середовище.

 

Конструктивний розрахунок апарату

Площа перетину всього потоку продукту (площу перетину пучка труб) f, м²:

м²,      (2.16)

Кількість труб n₁ у трубному пучку:

,    (2.17)

приймається n₁=2 теплообмінних труб у кожному ході по трубному простору.

Уточнене значення швидкості  руху продукту w, м/с:

= =  0,45 м/с. (2.18)

Розрахункова довжина однієї трубки у трубному пучці L, м:

м.      (2.19)

Кількість ходів теплообмінника z:

z=L/l_Т=8,6/2,5=3,44,       (2.20)

приймається z=4 ходів по трубному простору кожухотрубчатого теплообмінника.

Необхідна кількість  теплообмінних труб у трубній  решітці n:

n=zn₁=4×2=8 труб.        (2.21)

Діаметр трубної решітки D_р, мм:

мм,  (2.22)

де	y1 – коефіцієнт заповнення трубної решітки (y1=0,6…0,8 для багатоходових по трубному простору теплообмінних апаратів); a – кут, який утворюється центральними лініями трубних рядів з горизонталлю (a=60…700).

 

Внутрішній діаметр  кожуху теплообмінника D, мм:

D=t(b-1)+4d= D_в = (4 · 30) + 70(5 – 1) = 400 мм,   (2.23)

Живий переріз міжтрубного  простору f_мт, м²:

f_мт=0,785((D-2s) ²-nd ²)=       (2.24)

=0,785(0,4²-19×0,03²)=0,11 м².

За рівнянням об’ємних витрат V, м³/с:

,         (2.25)

визначаються діаметри патрубків  d, м, для робочих середовищ:

.         (2.26)

Діаметр патрубка для  входу пару в апарат d_п, м:

м.

Діаметр патрубка для виходу конденсату пару d_к, м:

м.

Діаметр патрубка для  входу продукту у апарат d_вх, м:

м.

Діаметр патрубка для  виходу продукту із апарат d_вих, м:

м.

Гідравлічний розрахунок апарату

Повний гідравлічний опір теплообмінного апарату DР, Па:

   (2.27)

Па

де	l – коефіцієнт гідравлічного тертя; xм – коефіцієнт місцевого опору.

 

Для ізотермічного турбулентного  руху в гідравлічно шорстких трубах (відповідно до /2/):

      (2.28)

де	D – абсолютна шорсткість поверхні труб (для чистих цільнотянутих мідних труб D=0,0015…0,01 мм відповідно до /2/), мм.

 

Розрахунки на міцність

Сума коефіцієнтів місцевих опорів x_м у апараті:

    (2.29)

де	xi – коефіцієнти місцевих опорів (вхідна і вихідна камери x1=1,5, вхід в труби та вихід з них x2=1, поворот на 1800 між ходами x3=2,5 відповідно до /2/).

 

Потужність приводу насосу N, Вт, потрібна для переміщення продукту по трубному простору теплообмінного апарату:

Вт,     (2.30)

де	V – об’ємна витрата продукту, м3/с; h – коефіцієнт корисної дії насоса.

 

V=G/r_пр=3,8/1008=3,76×10^-3м³/с.     (2.31)

Допустимі напруги при  розрахунку по граничним навантаженням

посудин та апаратів, що працюють при статичних одноразових навантаженнях, визначаються згідно ГОСТ 14249-89.

Розрахунок на міцність гладкої циліндричної обичайки кожуху, навантаженої внутрішнім надлишковим тиском, проводиться згідно ГОСТ 14249-89.

Рисунок 2 –	Розрахункова схема  обичайки кожуху теплообмінника

 

Виконавча товщина  стінки обичайки s, мм:

s³s_р+с=0,1+1,9=3,1 мм,       (2.32)

де	sр – розрахункова товщина стінки обичайки, мм; с – сума збільшень до розрахункової товщини стінки, мм.

 

мм,    (2.33)

где

р – розрахунковий внутрішній надлишковий тиск, МПа; D – внутрішній діаметр посудини, мм; [s] – допустимі напруги для матеріалу обичайки кожуху при розрахунковій температурі стінки, МПа; jр=1,0 – коефіцієнт міцності подовжнього стикового зварного шва (обичайка кожуха не має останнього завдяки вибору для її виготовлення труби).

 

с=с₁+с₂+с₃=1,5+0+0=1,5 мм,       (2.34)

Розрахунки  на міцність

 

с₁=Пt=0,1×15=1,5 мм,        (2.35)

де	П – корозійна проникність матеріалу, мм/год; t – термін служби апарата, років.

 

2.4.2.2 Відповідно до наведених у ГСТУ 3-17-191-2000 значень мінімальних товщин стінок обичайок та днищ приймається s=5,0 мм.

Допустимий внутрішній надлишковий тиск [р], МПа:

МПа.  (2.36)

2.4.4 Умова застосування розрахункових формул (для обичайок та труб при D³200 мм):

,      (2.37)

умова виконується.

Розрахунки і вибір допоміжного  обладнання

У відповідності до технологічної  схеми дільниці пастеризації продукту та розрахунків підрозд.2.3 для перекачування  продукту обирається чотири відцентрових насоси марки Х8/18 з параметрами: подача Q=2,4×10^-3 м³/с, напор Н=11,3 м, частота обертання валу n=48,3 с^-1, коефіцієнт корисної дії h_н=0,40, приводний електродвигун типу АО2-31-2 потужністю N_н=3 кВт та коефіцієнтом корисної дії h_дв=0,82.

Рисунок	Схема встановлення насоса

 

Обраний насос дозволяє досягти геометричної висоти підйому  рідини H_Г£10 м з урахуванням втрат напору на подолання гідравлічного опору теплообмінного апарату DР=11850 Па.

Розрахунок об’єму накопичувального резервуару та баку урівнюючого для пастеризованого продукту.

Номінальний об’єм ємності накопичувального резервуару та баку урівнюючого для вихідного розчину пастеризованого продукту:

м³,     (3.1)

де	t – тривалість робочої зміни, с; j – коефіцієнт заповнення ємності.

 

Обирається чотири горизонтальних ємнісних апарати ГЭЭ1-1-80-0,6 (V_ном=80 м³, р_у=0,6 МПа, D=3000 мм, L=11500 мм).

Новизна прийнятих конструктивних та технологічних рішень

Мідно-алюмінієвий теплообмінник «ВЕЗА» НТО-243, захищений від розморожування Найбільш причиною, що часто зустрічається, виходу з буд мідно-алюмінієвих теплообмінників, використовуваних в системах вентиляції і кондиціонування повітря, є руйнування їх в результаті замерзання теплоносія усередині трубок. Системи автоматичного регулювання, що використовуються в процесі експлуатації теплообмінників, не завжди дозволяють захистити їх від руйнувань в результаті замерзання, зазвичай це пов'язано з з прагненням замовника мінімізувати витрати на пристрій систем вентиляції. Пропонована конструкція мідно-алюмінієвого теплообмінника дозволяє вирішити проблеми руйнування трубок мідно-алюмінієвих теплообмінників при замерзанні теплоносія. При цьому надлишок теплоносія що розширюється при замерзанні витісняється по обвідному каналу в подаючу трубу, запобігаючи небезпечній напрузі усередині трубок самого теплообмінника. При замерзанні теплоносія не відбувається механічного руйнування  конструкції і при подальшому підвищенні температури припливного повітря до температур, що дозволяють відтавання теплоносія і появи можливості його протоки, теплообмінник стає працездатним. Конструкція дозволяє багатократне замерзання теплоносія усередині теплообмінника.

 

 

Така конструкція теплообмінника дозволяє експлуатувати його в умовах нестабільної подачі теплоносія або електроенергії і використовувати прості системи автоматичного управління. Пропонована серія теплообмінника НТО-243 розроблена спеціально для північного виконання припливних камер і кондиціонерів центральних «КЦКП-з», але так само може бути виготовлена як спецзамовлення в будь-яких габаритах. Підбір теплообмінників здійснюється з використанням комп'ютерних програм ООО «Веза» з врахуванням рекомендацій співробітників технічного відділу.

 

висновок

Курсова робота по дисципліні "Процеси та апарати харчових виробництв" являє собою науково-технічний документ, що містить результати рішення конкретних задач з розрахунку, конструювання та виконання технічної документації на проектовану машину (апарат) харчових виробництв.

Спроектований на підставі проведених технологічних та проектних розрахунків двоходовий теплообмінний кожухотрубчатий апарат дозволить проводити технологічний процес охолодження продукту з заданими технологічними параметрами.

Проведеними проектними та перевірочними розрахунками на міцність визначено розміри конструктивних елементів, підтверджено механічну надійність і конструктивну досконалість спроектованого апарату, що є неодмінною умовою тривалої та безперебійної роботи устаткування у виробничих умовах.

список використаних джерел

1. Стабников В.Н., Лисянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. М.:Агропромиздат, 1985.

2. К.Ф.Павлов, П.Г.Романков, А.А.Носков. Примеры и задачи по  курсу процессов и аппаратов  химической технологии: Учебное  пособие для вузов / Под ред.  П.Г.Романкова. — 9-е изд., перераб. и доп. — Л.: Химия, 1981.

3. Машины и аппараты  химических производств: примеры  и задачи. Учебное пособие для студентов втузов, обучающихся по специальности «Машины и аппараты химических производств» / И.В.Доманский, В.П.Исаков, Г.М.островский и др.; Под общ. ред. В.Н.Соколова. — Л.: Машиностроение, 1982.

4. Основные процессы  и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Г.С.Борисов, В.П.Брыков, Ю.И.Дытнерский и др. Под ред. Ю.И.Дытнерского, 2-е изд., перераб. И дополн. — М.:Химия, 1991.

5. Проектирование процессов  и аппаратов пищевых производств  / Под ред. В.Н. Стабникова. — К.: Вища школа, 1982.

6. ГОСТ 14249-89. Сосуды и  аппараты. Нормы и методы расчета  на прочность. — Взамен ГОСТ 14249-89; Введ. 18.05.89. — М.: Гос. ком. СССР по стандартам, 1989. — 80 с., ил.

7. ГСТУ 3-17-191-2000. Посудини  та апарати стальні зварні. Загальні технічні умови. — На заміну ОСТ 26-291-94; Введ. 16.02.2000. — К.: Державний комітет промислової політики України, 2000. — 301 с., іл.

, 1994. — 200 с., ил.