Теплообменник. Курсовая работа

Содержани1.doc

1.1Описание и теоретические основы технологического процесса для которого разрабатывается проект. .. 3
2.1 Требование предъявляемые к разрабатываемому аппарату .4
3.1Описание конструкции аппарата выбор материалов для его изготовления 5
4.1 Расчет аппарата .6
4.2 Конструктивный расчет 9
4.3 Расчет диаметра патрубков ..9
4.4 Гидравлический расчет ..10
4.5 Технический расчет. Стоимость амортизации и ремонта 11
5.1 Мероприятия предусмотренные по охране труда . ..12
1.1Описание и теоретические основы технологического процесса для которого разрабатывается проект.
Теплообменном - называется необратимый самопроизвольный процесс переноса теплоты в пространстве с неоднородным полем температуры. Полем температуры называется совокупность значений температуры во всех точках пространственной области в данный момент времени. Перенос тепла всегда происходит в направлении убывающей температуры [1].
Задачи тепловой обработки пищевых продуктов происходят следующие тепловые процессы:
а) направлении и охлаждение однофазных и многофазных сред (жидкостей высококонцентрированных растворов суспензий эмульсий);
б) конденсация паров химически однородных жидкостей (воды аммиака фреонов и их смесей водоспиртных паров);
в) конденсация водяных паров из паро-воздушных смесей (при осушении воздуха);
г) испарение воды в парогазовую среду (при увлажнении воздуха сушки материалов выпечке хлебов);
д) кипение жидкостей (воды высококонцентрированных растворов и сложных неоднородных систем) и др.
Теплообмен между различными теплоносителями наиболее часто происходит при следующих сочетаниях тепловых процессов:
а) нагревание “холодной” жидкости за счет охлаждения “горячей”;
б) нагревание жидкости за счет теплоты конденсации цинующего пара;
в) кипение жидкости за счет охлаждения “горячей” жидкости;
г) кипение жидкости за счет теплоты конденсации греющего пара.
На предприятиях пищевых производств широко применяют рациональное теплоиспользование когда в качестве греющего теплоносителя используются жидкие пищевые продукты вторичные пара и конденсаты.
В большинстве случаях непосредственный контакт пищевых продуктов с другими теплоносителями недопустим поэтому теплопередачу осуществляют в различных теплообменниках с поверхностью нагрева – твердой системой разделяющей рабочие (органы) среды. Такие теплообменники называются поверхностными; поверхность нагрева конструктивно выполняются в виде труб пластин змеевиков рубашек и др.
Основной задачей проектного расчета теплообменников являются определение величины и конфигурации поверхности геометрических размеров ее элементов и т.д.
Теплообменниками называют аппараты в которых происходит теплообмен между рабочими средами независимо от их технологического или энергетического названия [2].
2.1 Требования предъявляемые к разрабатываемому аппарату.
Все тепловые аппараты должны отвечать предъявляемым к ним требованиям которые могут быть разделены на следующие группы:
-требования охраны труда.
Для разработки данного аппарата при проектировании были использованы следующие требования:
Качество готового продукта и простота обслуживания (интенсификация процесса и высокая производительность годна для данного типа теплообменника но не высока по сравнению с другими более совершенными типами теплообменников).
Простота устройства (преимущество змеевикового аппарата). К преимуществам этого вида можно отнести малые размеры и небольшой вес а также необходима антикоррозийность частей соприкасающихся с продуктом.
Дешевизна – преимущество змеевиковых аппаратов необходимо обеспечить также небольшие удельные расходы энергоносителя в процессе тепловой обработки долговечность и т.д.
)Требования охраны труда.
Безопасность работы достаточная прочность аппарата и др. Основное преимущество змеевиковых аппаратов – работа под большим давлением.
3.1 Описание конструкции аппарата выбор материалов для его изготовления.
На рисунке 1 изображена принципиальная схема змеевикового аппарата:
) змеевик; 2) бак для жидкости (пара); 3) патрубок для воды; 4) патрубок для пара; 5) патрубок для конденсата.
Аппарат именуемый змеевиковым теплообменником имеет следующее устройство: змеевик (1) закреплен внутри бака (2) (бак может иметь крышку) бак имеет 4 патрубка к 2-м из которых присоединен змеевик представляющий собой длинную трубу скругленную под пружину
для компактности. Через другие 2 патрубка бака проходит вода. Аппарат предназначен для нагрева воды паром.
Для изготовления змеевиков теплообменника применим наиболее дешевую приемлемую для теплообменников “сталь –3” из нее выполняются: змеевик бак патрубки кожух и крышки а также трубка ведущая к крану. Тепловая изоляция состоит из “пермий” – специально разработанная как тепловая изоляция. Прокладка между крышкой бака и баком сделана из термостойкой резины. Крепление змеевика к патрубкам стандартное по ГОСТ 4562-72.
Данный теплообменник применяется при не интенсивном производстве изготовляется кустарным способом.
4.1 Расчет аппарата.
Производительность G=016 кгс;
Начальная температура воды t1=9
Конечная температура воды t2=72
Давление греющего пара Р=013 мПа;
Стержень сухости греющего пара х=82%;
Коэффициент теплопередачи К=230 Вт()
По справочной литературе [1] выписываем основные физические параметры пара: энтальпию пара ix. Энтальпию конденсата ik температуру tn. Для этого применяем х степень сухости греющего водяного пара зная х по таблицам справочной литературы находим наружное для расчета данные:
tk=tn=1071 св=423 кДжкг [1]
=tn-t2=1071-72=351oC
tв= (t1+t2)=(9+72)=405oC
Определим средний расход передаваемой теплоты:
Определяем расход греющего пара:
Поверхность нагрева теплообменника
Применяем предельные значения диаметров трубки змеевика по ГОСТ8734-58
dн=40 мм; dв=35 мм; =25 мм
Длина трубки змеевика
Отношение что гораздо больше =150 рекомендованного [1] для давления 130 кПа. Поэтому принимаем решение воду пропускать через змеевик. Если через змеевик пропускать воду то можно принять . Принимаем =1000 тогда поверхность отсюда
Поскольку внутри змеевика продукт должен двигаться с заданной оптимальной скоростью следует определить внутренний диаметр трубы из уравнения расхода.
Расчетный диаметр должен быть близок к найденному dв.
Согласно ГОСТ 8734-58 принимаем трубы стальные бесшовные
dн=34 мм; dв=29 мм; =25 мм – толщина стенки
что соответствует выбранному.
Итак L=3031 м dв=29 мм.
Определяем коэффициент теплоотдачи от водимого пара в случае конденсации на горизонтальных трубах диаметром d;
где - поправочный коэффициент учитывающий влияние числа труб по вертикали в нашем случае =1.
В качестве определяющего геометрического размера при конденсации на горизонтальной трубе – диаметр определяющий температуры – средняя температура пленки конденсата.
где tп - температура пара;
tст – температура стенки со стороны пара
tст1=tп - ; принимаем 3-5оС
tст1=10713-5=10213оС
=05(10713+10213)=10463оС
По значению = 10463оС принимаем и рассчитываем физические параметры конденсата входящие в критерии подобия:
-динамический коэффициент вязкости =1265 Па
Коэффициент теплопередачи от стенки к нагреваемой жидкости определяем по формуле:
=03 мс; dвн=0029 м; =1265
р=0951; Re=65404; Pr=3.54
Определяем коэффициент теплопередачи
Определяем поверхность нагрева теплообменника:
Длина трубки змеевика:
что не больше принятого нами =1000.
Итак L=774 м; dв=0029 м.
4.2 Конструктивный расчет
шаг витков змеевика:
Длина одного витка змеевика:
Число витков змеевика
Общая высота теплообменника
Внутренний диаметр корпуса теплообменника
Толщина стенки корпуса
Расчет патрубков аппарата. Диаметр любого патрубка теплообменника рассчитывается по формуле
dк= (для конденсата)
4.4 Гидравлический расчет
Гидравлический расчет сопротивление трубного пространства:
-коэффициент трения.
L=747 м – длина змеевика
=45 – из табл. 3.1.2 для воды
rн – КПД насоса rн =08
rэ - КПД привода rэ =08
4.5. Технический расчет. Стоимость амортизации и ремонта:
где Ра – стоимость м2 поверхности теплопередачи . (Ра=100).
а – годовалая доля амортизационных отчислений (а=008).
F – поверхность теплопередачи
Стоимость электроэнергии потребляемой в год электронасосом:
где Рэ – стоимость 1 электроэнергии (Рэ=002)
-суточная продолжительность работы (=8ч);
Zo= количество рабочих дней в году (Zo=324).
Стоимость теплоносителя пара
где Рm-стоимость 1 кг пара (Рm=003);
Д-расход пара (Д=1369 кгс)
Стоимость подогрева 1 кг жидкости на 1оС.
где Р – стоимость эксплуатации теплообменника (Р=Ра+Рэ=376+0933=4693 )
tk и tn – конечная и начальная температура жидкости: tк=80оС; tn=14оС.
5.1 Мероприятия предусмотренные по охране труда.
При разработке данного аппарата руководствовался следующими принципами:
)Производственное оборудование безопасно при монтаже эксплуатации и ремонте.
)Аппарат не делает вредных выбросов в атмосферу и никак не загрязняет окружающую среду.
)Материалы из которых изготовлен аппарат не опасны и не вредны для здоровья человека.
)Аппарат рассчитан при работе с давлением пара 018 мПа. Увеличение давления является нарушением техники безопасности.
)Конструкция исключает случайное соприкосновение работающих с горячими частями аппарата.
)Инструкция по технике безопасности разработана для данного аппарата с учетом рабочего места выдается каждому рабочему по тепловому оборудованию. Инструкция ГОСТ 12.2.003.-74.
Погруженный трубчатый теплообменник обычно имеет вид змеевика погруженного в сосуд с жидкостью. Горячее рабочее тело (пар) обычно подается в змеевик сверху и охлаждаясь опускается по виткам вниз. Коэффициент теплопередачи в змеевиках невелик т.к. жидкость снаружи движется с малой скоростью или вовсе не движется (при периодическом нагревании). Часто и внутри трубок скорость движения рабочего тела невелика.
Погружные змеевиковые теплообменники вытесняются другими более совершенными типами аппаратов однако они сохранились там где не требуется большая поверхность нагрева в качестве дополнительной поверхности нагрева (при другом способе нагрева жидкого тела) и при высоком давлении в трубках. Змеевиковые теплообменники являются простыми по конструкции и надежными в эксплуатации.
Лупин О.Г. Курсовое проектирование и дипломное проектирование технологического оборудования – М: Агропромиздат. 1987 – 239с.
Стабников В.Н. Процессы и аппараты пищевых производств. – М: легкая и пищевая промышленность 1983.-328с.
Вышелевский А.Н. тепловое оборудование предприятий общественного питания. –М: Экономика 1970.-446с.

змеевик.dwg

теплобменник.dwg

Крышка поз. 5 не показана
Техническая характеристика
Давление греющего пара
Поверхность теплообменника - 1
Полная высота трубы - 7
Производительность - 0
Температура в аппарате - 104

крышка-теплообменника.dwg

бак-спецификация.dwg

бак.dwg

Сварные швы по ГОСТ 5264-80.
Сварку произвести электродом Э42 ГОСТ 9467-87