Автор работы: Пользователь скрыл имя, 10 Сентября 2012 в 18:47, курсовая работа
Тепловые балансы, определение недостающих начальных и конечных температур теплоносителей. Определение тепловых нагрузок. Определение средних температурных напоров. Выбор скоростей продукта и рабочих жидкостей. Определение теплофизических характеристик молока и рабочих жидкостей, расчет режимов движения. Расчет коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи. Расчет рабочих поверхностей, числа пластин и числа пакетов. Компоновка секций в аппарате. Поверочный расчет.
Вт/(м2 · К).
При охлаждении пастеризованного продукта
Вт/(м2 · К)
Коэффициент теплопередачи
Вт/(м2 · К).
Секция пастеризации (II)
При нагревании продукта
Вт/(м2 · К).
При охлаждении горячей воды
Вт/(м2 · К).
Коэффициент теплопередачи
Вт/(м2 · К).
Секция водяного охлаждения (III)
При охлаждении продукта
Вт/(м2 · К).
При нагревании воды
Вт/(м2 · К).
Коэффициент теплопередачи
Вт/(м2 · К).
Секция рассольного охлаждения (IV) .
При охлаждении продукта
Вт/(м2 · К).
При нагревании рассола
Вт/(м2 · К).
Коэффициент теплопередачи
Вт/(м2 · К).
2.6 Расчет рабочих
поверхностей, числа пластин и
числа пакетов. Компоновка
Секция регенерации (I)
Поверхность теплопередачи секции
м2
Число пластин в секции
,
где f = 0,21 м2 – рабочая поверхность пластины.
При числе каналов в пакете m = 3 число пакетов
Принимаем компоновку секции с xрег = 3, m = 3
Компоновка секции
Поверхность теплопередачи:
м2
Секция пастеризации (II)
Поверхность теплопередачи секции
м2
Число пластин в секции
При числе каналов в пакете m = 6 число пакетов в секции со стороны молока
Принимаем xп = 2.
Число параллельных каналов в пакетах со стороны горячей воды определим из уравнения массового расхода:
Отсюда
Компоновка секции: Хп = 2, m = 6
Учитываем поправку εt в Δtп на смешанный ток теплоносителя
°С
и уточняем все параметры:
режим движения горячей воды
коэффициент теплоотдачи
Вт/(м2 · К)
коэффициент теплопередачи
Вт/(м2 · К)
поверхность теплопередачи
м2
число пластин
,
необходимое число пакетов
Таким образом, целое число пакетов в секции xп = 2.
Поверхность теплопередачи:
м2.
Секция водяного охлаждения (III)
Поверхность теплопередачи секции
м2
Число пластин в секции
При числе каналов в пакете m = 6 число пакетов в секции со стороны молока
Принимаем xв = 1.
Число параллельных каналов в пакетах со стороны холодной воды определим из уравнения массового расхода:
Отсюда
Компоновка секции: Хв = 1, m = 3
Учитываем поправку εt в Δtв.охл на смешанный ток теплоносителя
°С
и уточняем параметры:
поверхность теплопередачи
м2
число пластин
,
необходимое число пакетов
Таким образом, целое число пакетов в секции xв = 1.
Поверхность теплопередачи:
м2.
Секция рассольного охлаждения (IV)
Поверхность теплопередачи секции
м2.
Число пластин в секции
,
Число пакетов в секции со стороны молока
Принимаем xрох = 2
Число параллельных каналов в пакетах со стороны рассола определим из уравнения массового расхода:
.
Отсюда
Поверхность теплопередачи:
м2.
По данным расчетам принимаем следующую компоновку секции аппарата:
секция регенерации
секция пастеризации
секция водяного охлаждения
секция рассольного охлаждения
Общее число рабочих пластин
n = 2 · m (xрег + хп + хр) = 2 · 6 (3 + 3 + 6) = 144
Поверочный расчет
Секция пастеризации (I)
Первый пакет. Схема движения прямоток
Поверхность пакета F1 = 2 · m · f = 2 · 3 · 0.20 =1,2 м2
Для горячей воды
δt1= (tгвн –
tпр2) · П
W1 / W2 = 2,22*4190/0,556*3854=4,34 ; K · F1 / W1 = 0,246
П = 1 – e-(1 + W1 / W2) · (K · F1 / W1) / 1 + W1 / W2 = 0.137
δt1 = (76 – 55.97) · 0.177 = 3.54 0С
Температура горячей воды на выходе из первого пакета:
tгв1 = tгвн - δt1 = 76 – 2,05 = 76,95 0С
Для молока
δt2 = (tгвн – tпр2) (W1 / W2) · П = (79 – 64,03) · 4,34 · 0.137 = 8,9 0C
Для молока на выходе из первого пакета
tпр1 = tпр + δt2 = 64,03 + 8,9 = 72,93 0С
Второй пакет. Схема движения противоток.
Для горячей воды изменение температуры – δt1
δt1=(tгвн –
t1) ·Z=(79–72,93)·0.144=0,8740C
где Z – функция
W1 / W2 = 4,34
Kп · F1 / W1 =
0.246
Z =1 – e-(1
– W1 / W2) · (K ·
F1 / W1) / 1 – W1 / W2
· e-(1 – W1 / W2) · (K ·
F1 / W1)=0,144
Температура горячей воды на выходе из второго пакета:
tгв2 =tгвн
– δt1 = 79 – 0,874 = 78,1260С
Для более холодного теплоносителя (молока) изменение температуры δt2
δt2 = (tгвн
– t1) (W1 / W2) · Z = (79 – 72,93)
· 4,34 · 0.144 = 3,79 0C
Температура молока на выходе из первого пакета
tпр2 = t1 + δt2 = 72,93 + 3,79 = 76,72 0С
2.7 Расчёт гидравлического сопротивления теплообменника
Секция регенерации теплоты (I)
Для потока сырого продукта при Re = 1569,54
Гидравлическое сопротивление секции со стороны сырого молока
Па, (42)
где Lп – приведённая длина одного канала, м;
dэ – эквивалентный диаметр канала, м;
ξ – коэффициент гидравлического сопротивления единицы длины канала.
Для потока пастеризованного молока при Re = 2438,7
.
Гидравлическое сопротивление секции со стороны пастеризованного молока
Па.
Секция пастеризации (II)
Для потока пастеризованного молока при Re = 2176,4
.
Гидравлическое сопротивление секции
Па.
Секция водяного охлаждения (III)
Для потока молока при Re = 1193,8
.
Гидравлическое сопротивление секции
Па.
Секция рассольного охлаждения (IV) .
Для потока молока при Re =659,2
.
Гидравлическое сопротивление секции
Па
Общее сопротивление теплообменника по линии движения продукта
∆Р = ∆Ррег,1 + ∆Ррег,2 + ∆Рп+∆Рв.охл + ∆Ррох
∆Р =22309,27+19585,9+13548,8+
2.8 Конструктивный расчёт
Общее число пластин
Общее число пластин определяется компоновочной схемой установки и рассчитывается по выражению:
,
где nрег, nп, nох – число рядовых пластин в секциях регенерации, пастеризации и охлаждения соответственно;
nк и nгр – число концевых и граничных пластин.
.
Расчёт диаметра штанг
Допустимое напряжение материала
Па.
Принимаем давление рабочей среды в аппарате P = 0.3 МПа и определяем расчётную силу от этого давления
Н.
Принимаем ширину прокладки b = 15 мм, тогда средняя длина уплотняемой поверхности равна:
м.
Расчётная сила осевого сжатия прокладки:
Н.
Расстояние между опорами, без учёта толщин стоек и межсекционных плит:
м.
Вес пластин Gпл и жидкости Gж в межпластинных каналах:
Равномерно распределённая нагрузка:
Н/м.
Изгибающий момент:
Н м.
Расчётное растягивающее усилие в штангах: Н.
Диаметр штанги dшт:
м.
Расчёт толщины опорных стоек и межсекционных плит
Ширина и длина плит:
м,
м.
Коэффициент ослабления стоек отверстиями:
Принимаем φ0 = 1.
Давление, обусловленное растягивающим усилием:
Па.
Толщина опорных стоек (межсекционных плит):
материал стоек (плит) чугун СЧ 12-28;
предел σв = 120*106 Па и запас nв = 4 прочности [6],
допустимое напряжение материала
Па;
толщина опорных стоек δ
м,
где K1=f · (L1/B1) [6], поскольку L1/B1 = 1.04/0.335 = 3.1 для прямоугольных плоских стенок, жёстко закрепленных по периметру, принимаем K1 = 0,5
Общая длина пластинчатого аппарата
м.
Длина штанг
м.
Расчет выдерживателя
В пастеризационно - охладительной установке серии АПП – 5 используем трубчатый выдерживатель большого диаметра (160 мм).
dв = 0.16 м
Необходимое время выдерживания продукта [1]:
τ = exp (36.84 – 0.48 · tп) = exp (36.84 – 0.48 · 72) = 9.78 с
Площадь поперечного сечения трубчатого выдерживателя:
Sв = 0.785 · dв2 = 0.785 · 0.162 = 0.02 м2
Общая длина выдерживателя [1]:
Lв = {1 + (2 · λ)0.5} · τ · Vм / Sв = 1.25 · 9.78 · 0.0014 / 0.02 = 0.84 м
где Vм – объемная производительность аппарата, м3/с;
λ – коэффициент трения;
{1 + (2 · λ)0.5} – поправка, зависящая от критерия Рейнольдса и изменяющаяся в пределах 1.3 ÷ 1.19 при Re = 2500 ÷ 10000 [1],
принимаем {1 + (2 · λ)0.5} = 1.25
Vпр = Gпр / (ρпр · 3600) = 2000 / 1008 · 3600 = 0.0014 м3/с
Принимаем 1 трубу длиной Lв = 1 м