Проект трубчатого теплообменика для подогрева продукции перед упариванием

 

 

 

 

2.25. Погрешность расчета:

 

2.26. Коэффициент теплопередачи  для плоской стенки определяется  по формуле (коэффициент теплопередачи К является основной величиной, характеризующей эффективность работы теплообменных аппаратов):

 

где α1 - коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке,

Вт/м2∙К;

α2- коэффициент теплоотдачи от стенки к холодному теплоносителю

(продукту), Вт/м2∙К;

δ-толщина стенки с учетом слоя накипи и белковых отложений, м; я - ------λ—λ  λ-коэффициент теплопроводности материала поверхности нагрева,

Вт/м∙К.

 

 

2.27. Площадь поверхности теплообмена рассчитываю по формуле:

 

 

 

3. Конструктивный расчет

 

3.1.  Рассчитаем общую длину трубы по формуле:

 

Где m - число параллельно работающих секций. Принимаем конструктивно .

 

Принимаем длину одного элемента

3.2. Определим число элементов в каждой секции:

 

 

3.3.  Длина одного элемента теплообменника определяется по формуле:

 

Где: r - радиус отвода 180° (колена). Определяется по формуле:

 

 

 

3.4. Находим шаг (расстояние между осями соседних элементов):

 

 

3.5. Определим высоту теплообменника:

 

 

3.6. Находим габаритную высоту аппарата:

 

Где: h0 - высота опоры, которая принимается конструктивно = 0,5м

 

3.7. Найдем габаритную длину теплообменника:

 

 

 

4. Гидравлический расчет.

4.1. Разбиваем весь путь движения  томатной пасты на три участка:

1. Участок трубопровода холодной  томатной пасты, т.е. от расходного  бака с томатной пастой до  теплообменника;

3. Теплообменный аппарат;

2. Участок подачи нагретой томатной  пасты от теплообменного аппарата  до бака сборника.

4.2. Полное гидравлическое сопротивление  аппарата:

 

Где λ - коэффициент трения;

l,dвн - длина и эквивалентный диаметр, м;

- средняя скорость течения среды в канале, м/с;

- местные сопротивления.

⍴ - плотность томатной пасты, кг/м3

4.3. Первый участок. Находим гидравлическое  сопротивление трубопровода холодной  томатной пасты, т.е. от расходного  бака с томатной пастой до  теплообменника. Диаметр трубопровода  с!=38*3мм, длина 1=6м.

4.4.Внутренний диаметр:

dB=dH- 2δст = 0,038 - 2∙0,003 = 34мм = 0,034м

Эквивалентный диаметр:

dвн=dB= 0,034м

4.5. Теплофизические характеристики  томатной пасты при t = \б°с: Плотность томатной пасты, кг/м3:

⍴ = 1016,8 + 4,4 ∙ В - 0,53 ∙ t = 1016,8 + 4,4 - 3,2 - 0,53 ∙ 16 = 1022,4кг / м3 Динамическая вязкость томатной пасты, Па-с:

=0,0199-В2,94 -t-1,17 =0,0199-3,22,94 -16-1,17 = 0,02367Па∙с 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Скорость томатной пасты в трубопроводе:

= 2м/с

4.6. Критерий Рейнольдса:

 

4.7. Для ламинарного режима (Re<=2320) коэффициент трения:

 

где А - коэффициент, зависящий от формы сечения трубопровода (канала). Для каналов круглого сечения (труб) А=64.

 

4.8. Местные сопротивления.

Вход в трубу с острыми краями:

 = 0,5

Вентиль нормальный при диаметре трубы 38мм:

= 4.9

Сумма коэффициентов местных сопротивлений:

∑ = 1 + 2 =0,5 + 4,9 = 5,4

4.9. Полное гидравлическое сопротивление  трубопровода от расходного бака  с томатной пастой до теплообменника:

 

4.10. Второй участок. Находим гидравлическое  сопротивление в самом теплообменнике.

Эквивалентный диаметр:    dвн=dB= 0,034м

4.11. Теплофизические характеристики масла при t = 56°C:

Плотность масла, кг/м3

⍴ = 1016,8 + 4,4 ∙ В - 0,53 ∙ t = 1016,8 + 4,4 - 3,2 - 0,53 ∙ 56 = 1001,2кг / м3

Динамический коэффициент вязкости, Па-с

=0,0199-В2,94 -t-1,17 =0,0199-3,22,94 -56-1,17 = 0,00546 Па∙с

 

Скорость томатной пасты в трубопроводе:

 

4.12 Критерий Рейнольдса:

12469,1

4.13. При турбулентном режиме  течения среды в зоне гладкого  трения

(2320<Re<10/e) коэффициент трения равен:

 

4.14. Относительная шероховатость  стенок трубы (канала):

 

 

где Δ - абсолютная шероховатость стальных бесшовных новых труб

(Δ = 0,00001м)

2320<8801,76<32258,064

4.15. Местные сопротивления.

Поворот на 180°C в секционном теплообменнике (труба в трубе):

= 2,0

Сумма коэффициентов местных сопротивлений:

 

 

 

4.16. Полное гидравлическое сопротивление  в теплообменном аппарате:

 

 

 

4.17. Третий участок. Находим гидравлическое  сопротивление на участке подачи  нагретой томатной пасты от  теплообменника до бака сборника.

Эквивалентный диаметр:

dвн=dB= 0,034м

 

4.18. Теплофизические характеристики  томатной пасты при t = 96°С: Плотность томатной пасты, кг/м3

⍴ = 1016,8 + 4,4∙В-0,53∙t = 1016,8 + 4,4∙3,2 - 0,53∙96 = 980кг / м3

 Динамический коэффициент вязкости, Па∙с

=0,0199-В2,94 -t-1,17 =0,0199-3,22,94 -96-1,17 = 0,0029 Па∙с

Скорость томатной пасты в трубопроводе:

 

4.19 Критерий Рейнольдса:

22979.3 Па

4.20. При турбулентном режиме  течения среды в зоне гладкого  трения

(2320<Re<10/e) коэффициент трения равен:

 

4.21. Местные сопротивления.

 Выход из трубы в резервуар:

= 1,0

Вентиль нормальный при диаметре трубы 38мм:

= 4,9

Сумма коэффициентов местных сопротивлений:

 

4.22. Полное гидравлическое сопротивление  трубопровода от теплообменника  до сборного бака с томатной  пастой:

 

4.23. Конечное уравнение для расчета  общих потерь давления можно  представить в виде:

ΔPобщ=ΔР1+ ΔР2+ ΔР3+ ΔРr

где ΔPr - потери напора на подъем жидкости на некоторую высоту

ΔPr=⍴∙g∙hr

 где hr - принимаем конструктивно 5м,

⍴- средняя плотность томатной пасты, кг/м2

ΔPr=997.4∙9.81∙5=48992.47 Па

ΔPобщ=+ + + 48922.47=108812.26 Па

4.24. Находим суммарные потери  напора:

 

11,12 м.в.ст.

4.25. Пересчитываю объемный расход  томатной пасты:

V=

Зная суммарные потери напора и объемный расход (V) подбираем насос и электродвигатель к нему:

 Марка насоса К 8/18;

Данные насоса:

V = 8м3 1час,

 Н = 18 м.в.ст.,

 п = 2900об/мин .

Тип электродвигателя 4А80А2 мощностью 1,5 кВт.

 

 

5. Расчет толщины тепловой изоляции.

5.1. Температура на поверхности  изоляции из условий безопасной  работы и экономии энергии  принимаем по СНиП:

tИЗ=40°С

5.2. Температура окружающей среды (воздух в помещении цеха):

t0=20°С

5.3. Теплоизоляционный материал - асбестовая  ткань:

λИЗ = 0,12Вт/м∙К

5.4. Общий коэффициент теплоотдачи  от поверхности изоляции в  окружающую среду:

α0 =αл +αк = 9,74 + 0,07(tИЗ -t0) = 9,74 + 0,07(40-20) =11.14Вт/(м2-К)

5.5. Толщина тепловой изоляции:

 

 

Список использованной литературы.

1.Лунин, О.Г., Вельтищев, В.Н. Теплообменные аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1987. – 239с.

2.Гинзбург, А.С., Громов, М.А, Красовская, Г.И. Теплофизические характеристики пищевых продуктов: Справочник. – М.: Пищ. пром-сть, 1980. – 286с.

3. Процессы и аппараты пищевых производств и химической технологии: Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию/В.Д.Солнцев. - Владивосток: Изд-во ТГЭУ,2006.

4. Процессы и аппараты пищевой технологии: Уч. Пос. для вузов/ Г.Д.Кавецкий, Б.В.Васильев. - М.: Колосс, 1999.

5. Теплообменные аппараты пищевых производств/ О.Г.Лунин, В.Н.Вельтищев. - М.: Агропромиздат, 1987.

6. Теплообменные аппараты пищевых производств:Учебник/ С.Д.Угрюмова, Ж.П.Павлова.- Дальневост. Коммерч. Ин-т. Владивосток, 1995.

7. Чубик, И.А., Маслов, А.М. Справочник по теплофизическим константам пищевых продуктов и полуфабрикатов. – М.: Пищевая промышленность, 1965. – 184 с.

8. Угрюмова, С.Д. Теплотехника: Учебник. Владивосток: Издательство ДВГАЭУ,1999. – 296с.

9. Теплообменники [Электронный ресурс]

10. Погонец, В.И. Новое оборудование для сушки морепродуктов и основы его расчета. Владивосток: Дальрыбвтуз, 1996. 107 с.

11. Горбатюк, В.И. Процессы и аппараты пищевых производств. М.; Колос, 2000. 335 с.

12. Гидравлика и теплотехника, учебное пособие. В.С Калекин, С.Н. Михайлец; Омск 2007; Изд-во ОмГТУ, 2007. 320 с.