Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Кожухотрубний теплообмінник

Міністерство освіти і науки України

Національний університет харчових технологій

Кафедра ПАХВ

Пояснювальна записка

до курсового проекту на тему :

«Кожухотрубчастий теплообмінник»

Розробив

студент групи ТБ-2-3

Юркевич О.Ю.

Перевірив:

Бодров В.С.

Київ

2009

Зміст:

Вступ;
Вихідні дані;
Тепловий розрахунок:
Конструктивний і механічний розрахунок:
Гідравлічний розрахунок теплообмінника:
Розрахунок теплової ізоляції:
Техніко-економічний розрахунок:
Графік техніко економічного-розрахунку
Питання екології при використанні природних ресурсів
Екологічні вимоги до розміщення, проектування, будівництва, реконструкції, введення в дію та експлуатації підприємств, споруд та інших об’єктів
Техніка безпеки. Вимоги до території підприємства
Охорона праці та протипожежні заходи
Висновок
Література.

Класифікація теплообмінників

За способом передавання теплоти усі теплообмінники поділяють на дві великі групи: поверхневі і змішувальні. В поверхневих теплообмінниках обидва теплоносії відокремлені один від одного твердою стінкою або по черзі контактують з однією і тією самою стінкою, яка бере участь у процесі теплообміну й утворює так звану поверхню теплообміну. Залежно від призначення теплообмінного апарата цю поверхню також часто називають поверхнею нагріву або охолодження. У змішувальних теплообмінниках, або апаратах змішування, теплообмін здійснюється внаслідок безпосереднього контакту і змішування гарячого й холодного теплоносіїв.

Поверхневі теплообмінники, у свою чергу, поділяють на рекуперативні і регенеративні. В рекуперативних апаратах один бік поверхні теплообміну весь час омиває гарячий теплоносій, а другий — холодний. Теплота від одного теплоносія до другого передається крізь стінку з теплопровідного матеріалу, що їх розділяє. Напрямок теплового потоку в стінці лишається незмінним. У регенеративних апаратах одна й та сама поверхня теплообміну поперемінне омивається то одним, то другим теплоносієм. У період нагрівання, тобто під час контакту з гарячим теплоносієм, у твердих тілах (насадці), що заповнюють апарат, акумулюється теплота, яка в період охолодження віддається рухомому холодному теплоносію. Напрямок потоку теплоти в стінках періодично змінюється. /

У харчовій промисловості для нагрівання й охолодження використовують переважно рекуперативні теплообмінники. Тому далі під назвою «поверхневі теплообмінники» або просто «теплообмінники» ми розумітимемо рекуперативні теплообмінники.

Теплообмінники класифікують так:

1) за видом теплоносіїв залежно від агрегатного стану їх — парорідинні, рідиннорідинні, газорідинні, газогазові, парогазові;

2) за конфігурацією поверхні теплообміну — трубчасті апарати з прямими трубками, трубчасті апарати з II-подібним трубним пучком, спіральні, пластинчасті, змійовикові, ребристі;

3) за компонуванням поверхні нагріву -- кожухотрубні, типу «труба в трубі», зрошувальні, заглибні, оболонкові.

Крім зазначених основних класифікаційних ознак теплообмінних апаратів, останні можна також класифікувати за рядом додаткових ознак. Усі теплообмінні апарати поверхневого типу можна класифікувати залежно від напрямку потоків теплоносіїв:

1) прямотечійні, коли обидва теплоносії рухаються паралельно в одному напрямку;

2) протитечійні, коли обидва теплоносії рухаються в протилежних напрямках назустріч один одному;

3) з перехресною течією -- теплоносії рухаються взаємно перпендикулярно;

4) із складнішими схемами різного поєднання прямотечії, протитечії і перехресної течії.

Теплообмінні апарати можна також класифікувати за призначенням (підігрівники, охолодники тощо), за кількістю ходів теплоносія і т.д.

Кожухотрубні теплообмінники найпоширеніші в харчовій промисловості, дають можливість створювати великі поверхні теплообміну в одному апараті, прості у виготовленні й надійні в експлуатації.

На рис. VII.2 зображено схему вертикального кожухотрубного однохо-дового теплообмінника, що складається з корпусу /, приварених до нього нерухомих трубних решіток 2, пучка труб 3, кінці яких закріплені в трубних решітках розвальцюванням або зварюванням. До трубних решіток прикріплені кришки 4. Один з теплоносіїв (/) рухається всередині труб, а другий (//) — у просторі між кожухом і трубами (в міжтрубному просторі).

Рис. VII.2. Схема кожухотрубного Рис. VII.3. Схема кожухотрубного

одноходового теплообмінника багатоходового теплообмінника

Через малу швидкість руху теплоносіїв одноходові теплообмінники працюють з низьким коефіцієнтом тепловіддачі. Щоб збільшити швидкість руху теплоносіїв, застосовують багатоходові теплообмінники (рис. VII.3), в яких пучок труб за допомогою поперечних перегородок /, встановлених у кришках, розділений на кілька секцій (ходів), по яких теплоносій / проходить послідовно. Швидкість руху теплоносія // в міжтрубному просторі підвищують, встановлюючи ряд сегментних перегородок 2. З двох теплоносіїв, що рухаються в трубках і в міжтрубному просторі, треба збільшувати швидкість руху насамперед того, в якого при теплообміні вищий термічний опір.

Іноді труби розміщують по периметрах квадратів (рис. VII.4, б) або по концентричних колах (рис. VII.4, в).

Рис. VII.4. Схеми розміщення труб у трубних решітках

Рис. VII.5. Схеми кожухотрубних теплообмінників з компенсаторами температурних подовжень

Проектуючи кожухотрубні теплообмінники, теплоносій, що найбільше забруднює поверхню теплообміну, спрямовують у труби (трубний простір), які легше очищати.

При різниці температур між кожухом і трубами понад 50 °С або при значній довжині труб застосовують кожухотрубні теплообмінники з різними компенсаторами температурних подовжень.

На рис. VII.5, а зображено теплообмінник з лінзовим компенсатором З на корпусі /. Температурні деформації компенсуються осьовим стисканням або розширенням цього компенсатора. Такі теплообмінники використовують при температурних деформаціях, що не перевищують 15 мм, і при тисках у міжтрубному просторі до 6 • 10⁵ Па.

Якщо треба забезпечити значні переміщення труб і кожуха, використовують теплообмінники з ІІ-подібними трубками 2 (рис. VII.5, 6}, обидва кінці яких закріплені в одній трубній решітці. Кожну трубу можна вільно подовжувати незалежно від інших. Недоліком такого теплообмінника є складність очищення внутрішньої поверхні труб.

Різноманітність конструкцій теплообмінників, а також вимог, що до них ставляться, утруднюють вибір апаратів для різних конкретних умов перебігу процесу. Звичайно жодна з конструкцій не відповідає цілком усім вимогам і доводиться обмежуватись вибором такої, що задовольняє лише основні вимоги.

В одноходових кожухотрубних теплообмінниках досить великої швидкості в трубах, а отже, і високого коефіцієнта тепловіддачі можна досягти тільки при значних витратах середовища, що в них рухається. Це пояснюється відносно великим сумарним поперечним перерізом труб. Тому такі апарати застосовують, коли швидкість процесу визначається коефіцієнтом тепловіддачі в міжтрубному просторі, а також як кип'ятильники.

Багатоходові за простором, що розміщений усередині труб, кожухотрубні теплообмінники застосовують переважно як парорідинні підігрівники і конденсатори. Тоді взаємний напрямок руху теплоносіїв не впливає на значення середньої рушійної сили..

Теплообмінні апарати усіх типів мають працювати в оптимальних теплових режимах, що відповідають поєднанню заданої продуктивності та інших показників технологічного процесу з мінімальною витратою теплоти.

НАГРІВАННЯ І ОХОЛОДЖЕННЯ

Нагрівання й охолодження рідин і газів належать до найпоширеніших процесів у різних галузях харчової промисловості. Залежно від температурних та інших умов ведення процесу застосовують різноманітні методи нагрівання й охолодження. Для кожного конкретного процесу доводиться вибирати технологічно та економічно найдоцільніший метод нагрівання і відповідні теплоносії.

Апарати, призначені для нагрівання й охолодження, називають теплообмінниками. За технологічним призначенням та конструктивним оформленням такі апарати досить різноманітні.

Вихідні дані:

Продуктивність апарата

Температура виноградного соку:

на вході в апарат

на виході із апарата

Температура води:

на вході в апарат

на виході із апарата

Швидкість руху води

Швидкість руху виноградного соку

Висота трубок

Внутрішній діаметр трубок

Зовнішній діаметр трубок

Товщина стінки

Матеріал з якого виготовленні трубки – мідь

Ціна поверхні теплообміну апарату

Кількість годин роботи теплообмінника в році

Річна частина амортизаційних відрахувань

Ціна електроенергії

1. Тепловий розрахунок

1.1 Визначення середньої температури

/= 1,2 ≤ 2

Отже

=(42+35)/2=38,5

= (30+65)/2=47,5

1.2 Теплофізичні властивості виноградного соку:

густина

теплоємність

коефіцієнт теплопровідності

в’язкість

1.3 Теплофізичні властивості води

густина

теплоємність

коефіцієнт теплопровідності

в’язкість

1.4 Визначаємо витрати тепла на охолодження спиртової пари (теплове навантаження).

= x×Ġ×C(t_n2 – t_k2) = =

1.5 Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від стінки до нагріваючої рідини .

Для цього знаходимо критерій :

1.6 Знаходимо коефіцієнт тепловіддачі від води до стінки.

, де

1.7 Знаходимо коефіцієнт теплопередачі.

Приймаємо, що труби зроблені з міді і товщиною стінки

1.8 Визначаємо площу поверхні нагрівання теплообмінника.

2 Конструктивний і механічний розрахунок

Вихідними даними для конструктивного розрахунку являються результати теплового розрахунку. З теплового розрахунку маємо:

Швидкість руху спиртової пари в трубках

Площа поверхні теплообміну

Робоча довжина труб

2.1 визначаємо площу перерізу пучка труб

2.2 визначаємо число трубок одного ходу

2.3 визначаємо загальну довжину трубок при умові одного пучка.

2.4 Визначаємо число ходів в теплообміннику.

2.5 Загальне число труб в апараті становить:

2.6 Крок між трубами (відстань між осями труб) в залежності від складає

Патрубок для входу води

Патрубок для виходу води

Для спиртової пари на вході

Для спиртової пари на виході

2.14 Оскільки трубки в апараті розташовані по шестикутнику, то за рівнянням знаходимо кількість трубок на стороні найбільшого шестикутника і на його діагоналі.

де кількість трубочок розміщених на стороні найбільшого шестикутника.

кількість трубочок розміщених на діагоналі найбільшого шестикутника.

3. Гідравлічний розрахунок теплообмінника.

Цей розрахунок потрібний для визначення потужності насосів і вентиляторів та встановлення оптимального режиму роботи апарата.

Коефіцієнт тертя для ізотермічного турбулентного руху:

Приймаємо слідуючи місцеві опори на шляху руху охолоджуваної рідини:

3.1 Знаходимо повний гідравлічний опір:

3.2 Потужність, що потрібна для переміщення теплоносія через апарат.

де коефіцієнт корисної дії насоса.

4. Розрахунок теплової ізоляції.

Теплова ізоляція – один із основних факторів, які необхідні для безпечної, продуктивної та економічно вигідної роботи теплообмінника.

4.1 Сумарний коефіцієнт тепловіддачі від стінки до повітря:

4.2 Товщина теплової ізоляції:

де температура в апараті;

температура на поверхні ізоляції;

температура повітря;

коефіцієнт теплопровідності для теплової ізоляції.

5. Техніко-економічний розрахунок

; ; ; ;;

При

амортизаційні затрати:

енергетичні затрати:

сумарні затрати на процес:

При

амортизаційні затрати:

енергетичні затрати:

сумарні затрати на процес:

При

амортизаційні затрати:

енергетичні затрати:

сумарні затрати на процес:

При

амортизаційні затрати:

енергетичні затрати:

сумарні затрати на процес:

При

амортизаційні затрати:

енергетичні затрати:

сумарні затрати на процес:

Графік техніко економічного-розрахунку

3. Питання екології при використанні природних ресурсів

Використання природних ресурсів громадянами, підприємствами, установами та організаціями здійснюється з додержанням обов’язкових екологічних вимог закріплених Законом України «Про охорону навколишнього середовища» ст..40, яка передбачає:

раціональне і економічне використання природних ресурсів на основі широкого застосування новітніх технологій;
здійснення заходів, щодо відтворення відновлювальних природних ресурсів;
здійснення заходів, щодо запобігання псуванню, забрудненню, виснаженню природних ресурсів, негативному впливу на стан навколишнього середовища;
застосування біологічних, хімічних та інших методів поліпшення якості природних ресурсів;
збереження територій та об’єктів природно-заповідного фонду, а також інших територій, що підлягають особливій охороні;
Здійснення господарської та іншої діяльності без порушення екологічних прав інших осіб.

При використанні природних ресурсів має забезпечуватись виконання і інших вимог, встановлених Законом та іншим законодавством України.

4. Екологічні вимоги до розміщення, проектування, будівництва, реконструкції, введення в дію та експлуатації підприємств, споруд та інших об’єктів

При проектуванні, розміщенні, будівництві, введенні в дію нових і реконструкції діючих підприємств, споруд та ін. об’єктів, удосконаленні існуючих і впровадженні нових технологічних процесів, та устаткування, а також в процесі експлуатації цих об’єктів забезпечується екологічна безпека людей, раціональне використання природних ресурсів, додержання нормативів шкідливих впливів на навколишнє природне середовище навколишнє природне середовище. При цьому повинні передбачатися вловлювання, утилізація, знешкодження шкідливих речовин і відходів або їх повна утилізація чи ліквідація, виконання інших вимог щодо охорони навколишнього природного середовища, здоров’я людей.

Проекти господарської та іншої діяльності повинні мати матеріали оцінки її впливу на навколишнє природне середовище і здоров’я людей.

Оцінка здійснюється на основі вимог законодавства про охорону

навколишнього природного середовища в місці, де планується розміщення об’єктів – його стану, екологічної ємкості даної території та впливу шкідливих факторів.

5. Техніка безпеки. Вимоги до території підприємства

Створення здорових і безпечних умов праці починається з правильного вибору території для розміщення підприємства та раціонального розташування на цій території виробничих і допоміжних будівель і споруд.

Особливо важливо передбачити вимоги до чистоти повітря в місцях, що прилягають до харчових та переробних підприємств, які мають великі об’ємі газопилових викидів у повітря. Планування будівель і споруд на території підприємств, належна їх вогнестійкість, наявність достатньої кількості протипожежних ровів і перепон, забезпечення безпечної евакуації людей, наявність інших допоміжних пристроїв рекомендуються відповідно до вимог санітарних норм СН245-71, СНиП2.01.02-85, СНиП2.10.05-85 і СНиП11-89-80. Територія підприємства повинна бути рівною, мати каналізацію, штучне освітлення, належне покриття транспортних шляхів і достатньо широкі проходи і проїзди.

Основні шляхи руху працівників, як правило, не перетинаються із залізничною колією або з іншим механізованим транспортом.

6. Охорона праці та протипожежні заходи

Закон України «Про охорону праці», прийнятий Верховною Радою України 14 жовтня 1992 року, був переглянутий і затверджений Президентом України в новій редакції 21 листопада 2002 року. Він складається з преамбули та 9 розділів.

Цей закон визначає основні положення щодо реалізації конституційного права працівників на охорону їх життя і здоров’я у процесі трудової діяльності; належні, безпечні і здорові умови праці, регулює за участю відповідних органів державної влади відносини між роботодавцем і працівником з питань безпеки, гігієни праці та виробничого середовища і встановлює єдиний порядок організації охорони праці в України.

В України розробляються державні стандарти України (ДСТУ). В галузі охорони праці вже діють такі стандарти: ДСТУ 2293-99 «Охорона праці. Терміни та визначення основних понять»; ДСТУ 2272-93 «Пожежна безпека. Терміни та визначення»; ДСТУ 3038-95 «Гігієна. Терміни та визначення основних понять» та деякі інші.

Відповідно до цих нормативних актів у кожному цеху та відділені харчових виробництв є конкретні правила та інструкції щодо охорони праці, техніки безпеки, санітарних вимог до промислових приміщень й обладнання, а також протипожежних заходів.

Для створення безпечних умов праці всі частини обладнання, що мають гарячу поверхню – термоізолюють. Машини і апарати повинні мати механічне та електричне блокування, бути заземлені, а також обладнані сигналізацією, яка при пуску і зупинці машини автоматично приводиться у дію.

Особливу увагу слід приділяти охороні ізоляції електромережі від руйнування та вологи. На цих ділянках дозволяється користуватися лише низьковольтною напругою.

Теплообмінники належать до обладнання, що працює під тиском. Їх головна небезпека при експлуатації заклечається в можливому раптовому руйнуванні, що супроводжується вибухом, при якому потенційна енергія стисненого середовища в короткий проміжок часу за рахунок його адіабатичного розширення переходить в кінетичну енергію осколків зруйнованого обладнання, що розлітаються, тому особливу увагу слід приділяти протипожежній безпеці. Головними причинами аварії цих апаратів є дефекти виготовлення, корозійне руйнування та інші види пошкоджень, порушення технологічного режиму і правил експлуатації, несправність арматури і приборів. З ціллю попередження аварії правила устрою та експлуатації ємкостей, що працюють під тиском, визначають, щоб матеріли призначені для їх виготовлення і ремонту мали сертифікати, що підтверджують їх відповідність призначенню і спеціальним технічним умовам. Конструкція ємностей повинна бути надійною, забезпечувати надійність при експлуатації, можливість їх внутрішнього огляду, очистки і ремонту. Зварні шви повинні бути тільки стиковими і доступними для контролю при виготовленні, монтажі і експлуатації ємкості.

Для попередження аварій через порушення технологічного режиму і правил експлуатації, крім допуску до обслуговування спеціально навченого персоналу і періодичної перевірки знань, стаціонарні ємкості в залежності від їх конструкції і призначення обов’язково постачаються відповідними контрольно-вимірювальними приборами, запобіжними пристроями, засобами автоматики, запірною та іншою арматурою.

Для забезпечення уникнення пожежі необхідно мати протипожежні засоби: сухий пісок, листовий азбест, достатня кількість вогнегасників і пожежні рукава.

Висновки

Нагрівання й охолодження рідин належать до найпоширеніших процесів у різних галузях харчової промисловості. Залежно від температурних та інших умов ведення процесу застосовують різноманітні методи нагрівання й охолодження. Для кожного конкретного процесу доводиться вибирати технологічно та економічно найраціональніший метод охолодження і відповідні теплоносії.

У даному курсовому проекті, виходячи з даних, які були поставлені задачею, були проведені розрахунки кожухотрубного теплообмінника:

- був здійснений тепловий розрахунок даного теплообмінника, розраховано площу теплообміну F=32,3м².

- був здійснений гідравлічний розрахунок теплообмінника, розраховано потужність N = 271,75 Вт

Завдяки великій площі теплопередачі і малій різниці тисків досягається високий коефіцієнт теплопередачі при незначному гідравлічному опорі, що характеризується малою потужністю насосів і малими техніко-економічними витратами.

Конструктивні, експлуатаційні та теплотехнічні переваги кожухотрубних теплообмінників сприяють дедалі широкому застосуванню їх на підприємствах харчової промисловості. Переваги: даний теплообмінник можна використовувати при високих температурах.

Література

Проектування процесів і апаратів харчових виробництв. Під ред.. В.Н. Стабнікова. – Київ, Вища школа. Головне вид-во, 1989. - 199с.
Барановський Н.В., Коваленко Л.М. и др. Пластинчастые и спиральные теплообменники. – Н.: Машиностроение, 1973. – 160с.
Процеси і апарати харчових виробництв: Метод. вказівки до виконання контрольних робіт для студ. техн.. спец. заочної форми навч../ Уклад.: І.Ф. Малежик, Л.В, Зоткіна, П.М. Немирович, О.В.Саввова – К.: НУХТ, 2002.-64 с.
Процеси і апарати харчових виробництв: Підручник. За ред.. проф.. І.В. Малежика. – К.: НУХТ, 2003. -400с. іл.
Методические указания к выполнению курсовых проектов по дисциплине «Процессы и аппараты пищевых производств» для студентов технологических специальностей всех форм обучения/ сост. П.С. Цыганков. – К.: КТИПП, 1989. – 48 с.
Методичні вказівки до виконання курсових проектів з дисципліни «Процеси і апарати харчових виробництв»/ Розділ «Теплообмінні апарати»/ для студентів усіх спец. ден. і заоч. форми навчання/ Укл. П.С. Циганков, О.П. Ніколаєв. – К.: НУХТ, 1995. – 24 с.
Никитин В.С., Бурашников Ю.М. Охрана труда на предприятиях пищевой промышленности. – М.: Агропромиздат., 1991. – 350с.іл.
Методичні вказівки № 6050

Кожухотрубний теплообмінник 📙 Курсовая → 🆔 104233