Розрахунок та проектування кожухотрубного теплообмінника для пастеризації продукту

Міністерство аграрної політики та продовольства України

Сумський національний аграрний університет

Кафедра інженерних технологій харчових виробництв

 

 

 

 

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з дисципліни:

«ПРОЦЕСИ ТА АПАРАТИ ХАРЧОВИХ ВИРОБНИЦТВ»

Тема роботи: «Розрахунок та проектування кожухотрубного теплообмінника для пастеризації продукту»

 

 

 

 

 

 

Керівник роботи                                                              Сабадаш С.М

Студент                                                                             Осічева Ю.С

Група                                                                                ХТ 1102-2

 

Суми 2013

Міністерство аграрної політики та продовольства України

Сумський національний аграрний університет

Кафедра інженерних технологій харчових виробництв

 

 

 

 

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

ДО КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

з дисципліни:

«ПРОЦЕСИ ТА АПАРАТИ ХАРЧОВИХ ВИРОБНИЦТВ»

Тема роботи: «Розрахунок та проектування кожухотрубного теплообмінника для пастеризації продукту»

 

 

 

 

 

 

Керівник роботи                                                              Сабадаш С.М

Студент                                                                             Осічева Ю.С

Група                                                                                 ХТ 1102-2

 

Суми 2013

ЗМІСТ

      Вступ                                                                                                                  4

1. Описання кожухотрубного теплообмінника для проведення технологічного процесу.                                                                            6   
2. Місце та призначення кожухотрубного теплообмінника в технологічній схемі по виробництву "Соку яблучного освітленного з цукром".       15
3. Розрахунково-конструкторська частина.

3.1. Тепловий розрахунок апарату.                                                          20 

3.2. Конструктивний розрахунок апарату.                                               23

3.3. Гідравлічній розрахунок апарату.                                                     25

3.4. Розрахунок на міцність.                                                                     26

3.5. Розрахунки і вибір допоміжного обладнання.                                 29   

3.6. Розрахунок теплової ізоляції.                                                             30

    4. Техніко - економічні показники роботи кожухотрубного теплообмінника.                                                                                                   31

     5. Умови безпечної експлуатації апарата і питання екології.                     35

     Висновок                                                                                                          37

     Список використаних джерел                                                                         38

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

Раціональне та ефективне використання теплової енергії є сьогодні визначальним чинником у виборі стратегії технічного і технологічного переозброєння підприємств. 
 Якість, ціна, надійність, економічність і доступність сервісного обслуговування - ось ті критерії, на які орієнтується більшість організацій, що приймають рішення про закупівлю необхідного обладнання. У цьому зв'язку не викликає сумнівів актуальність високоякісних теплообмінних кожухотрубні апаратів знаходять саме широке застосування в харчовій, нафтохімічній, хімічній промисловості, в ЖКГ, енергетиці. 
 Ясність, наочність і очевидність техніко-економічних переваг новітніх технічних і технологічних рішень в порівнянні з морально застарілим обладнанням є основним і необхідною умовою, яке повинно враховуватися при виборі відповідного обладнання. Але найважливішим критерієм вибору апарату є його економічна обґрунтованість. Економія теплоресурсів дозволяє знизити ціну на вироблювану продукцію, що не мало важливо в умовах жорсткої конкуренції.

Сучасний стан теорії та пратики харчової технології характеризується, з одного боку, вдосконаленням техніки і технології (інтенсифікація процесів, розробка оригінальних конструктивних і схематичних рішень, зростання одиничних потужностей устаткування), а з другого боку – все більш широким використанням  нової методології рішення наукових і практичних завдань. Ці тенденції характерні і для сучасного стану техніки теплообміну.

Теплообмінні апарати усіх типів працюють в оптимальних гідродинамічних та теплових режимах, які відповідають поєднанню заданої продуктивності, показників гідравлічного опору і теплообмінної поверхні з мінімальною витратою тепла.

Кожухотрубні теплообмінники найпоширеніші в харчовій промисловості, вони надають можливість створювати великі поверхні теплообмінув одному апараті, прості у виготовленні та надійні в експлуатації.

Виробництво продуктів харчування належить до найбільш енергоємних технологічних процесів із підвищеними вимогами до якості кінцевого продукту. У переробних галузях АПК втрачається до 40% сировини, спостерігається тенденція постійного зростання енергетичної складової в собівартості продуктів харчування. Розрахунок устаткування здійснюється за застарілими методиками, які не враховують реологічних характеристик продукту, що переробляється. Воно має підвищену металоємність та зайвий запас потужності, що істотно відбивається на собівартості продукції. З огляду на подібні чинники, гостро постають проблеми створення нового та удосконалення існуйочого устаткування, яке сприятиме скороченню енергоспоживання у поєднанні зі збереженням сировинних ресурсів, упровадження сучасних технологій з переробки харчової сировини. Слід

зазначити, що одним із перспективних напрямків в удосконаленні процесів переробки як за кордоном, так і в Україні є створення апаратів з активними гідродинамічними характеристиками, в яких досягається значна інтенсифікація процесів тепло- і масообміну.                                     

До таких апаратів відносять теплообмінники, котрі забезпечують охолодження води, рідини або низько замерзаючих розчинів і створення гарячої води в системах теплових насосів.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Описання кожухотрубного теплообмінника

   Теплообміном - називається процес перенесення теплоти, що відбувається між тілами, що мають різну температуру. При цьому теплота переходить мимовільно від більш нагрітого до менш нагрітого тіла. В результаті передачі теплоти відбуваються:

• нагрівання — охолоджування;
• паротворення — конденсація;
• плавлення — кристалізація.

Теплообмін має важливе значення для проведення процесів випаровування, сушки, перегонки і ін..

Тіла, які беруть участь в теплообміні, називаються - теплоносіями.

Теплообмінні процеси можуть відбуватися тільки за наявності різниці температур між теплоносіями, тобто, різниця температур — рушійна сила теплообміну.

Розрізняють такі теплообмінні процеси:

• стаціонарні ;
• нестаціонарні.

У періодично діючих апаратах при нагріванні або охолоджуванні, де температури міняються в часі, здійснюються нестаціонарні процеси.

В апаратах безперервної дії, де температури в різних точках не змінюються в часі, протікають стаціонарні процеси.

Теплота від одного тіла до іншого може передаватися наступними шляхами:

• теплопровідністю;
• конвекцією;
• тепловим випромінюванням.

 

Теплопровідність — це явище передачі внутрішньої енергії від однієї частини тіла до іншої або від одного тіла до іншого за їхнього

безпосереднього контакту. За явища теплопровідності не відбувається

перенесення речовини. Передача тільки за допомогою теплопровідності може відбуватися лише в твердих тілах.

Різні речовини мають різну теплопровідність. Найбільшу теплопровідність мають речовини, в яких тепло переноситься вільними електронами, що зумовлено їхньою малою масою. Саме тому теплопровідність металів зазвичай висока. В нагрітій області речовини знаходиться більше електронів із високою енергією, вони легко мігрують в холодніші області й втрачають там енергію, розсіюючись на коливаннях кристалічної ґратки. Діелектрики, наприклад, кераміка мають меншу теплопровідність, що робить їх зручними для виготовлення посуду. В діелектриках, де немає вільних електронів, тепло передається повільнішими коливаннями атомів. Гази, наприклад, повітря, мають малу теплопровідність, зважаючи на невелику густину молекул і доволі нечасті зіткнення між ними. В газах тепло швидше переноситься через конвекцію.

Конвекція — це процес розповсюдження теплоти в результаті руху і переміщення частинок рідин або газів. Перенесення теплоти можливе в умовах природної конвекції, при якій рух частинок викликається різницею густини в різних точках об'єму, внаслідок різниці температур в них і примусової конвекції при переміщенні всієї маси газу або рідини.

Перенесення теплоти від поверхні твердого тіла до газоподібного або рідкого середовища називається конвективною тепловіддачею (тепловіддачею).

Процес передачі теплоти від гарячої рідини (газу) до холодної через стінку називається теплопередачею.

Якщо теплообмін здійснюється при зміні агрегатного стану теплоносія (конденсація пари, випаровування рідини і ін.), то в тепловому балансі повинні бути враховані теплові ефекти, що супроводжують процес.

Сукупність значень температур у всіх точках тіла називається його температурним полем. Розрізняють такі види:

• стаціонарні;
• нестаціонарні.

Стаціонарним (сталим) називається таке поле, в якому температура в кожній точці не міняється в часі, якщо ж температура міняється, то поле буде нестаціонарним (несталим).

Якщо температури в двох сусідніх точках тіла рівні, то ці точки лежать на одній поверхні однакових температур, тобто, на ізотермічній поверхні, і теплота не може розповсюдяться уздовж всієї ізотермічної поверхні.

Для переходу теплоти від однієї точки до сусідньої необхідна наявність між їх температурами деякої різниці, причому теплота розповсюджується у бік пониження температури.

Для характеристики ступеня інтенсивності зміни температури в різних точках температурного поля користуються величиною, яка називається

температурним градієнтом.

Тепловим потоком називається кількість теплоти (Дж), передана в одиницю часу (с), і виражається в Дж/с, тобто, у ватах (Вт).

У різних точках температурного поля тепловий потік може бути різним по величині і по напряму. В нестаціонарному температурному полі він міняється і в часі.

Величина теплового потоку залежить від температурних умов поля і від фізичних властивостей речовини.

Основним законом передачі теплоти теплопровідністю є закон Фур’є. При дослідженні передачі теплоти в твердому тілі, Фур’є встановив, що кількість теплоти, що проходить через тіло, пропорційно падінню температури, часу і площі перетину, перпендикулярного напряму розповсюдження потоку теплоти.

  Коефіцієнт теплопровідності показує кількість теплоти, що проходить унаслідок теплопровідності за одиницю часу через одиницю поверхні теплообміну при різниці температур між стінками на одиницю товщини стінки.

Конвективний теплообмін — це теплообмін між твердим тілом і рідиною (газом), що відбувається при їх зіткненні і одночасному перенесенні теплоти шляхом теплопровідності і конвекції. Такий випадок розповсюдження теплоти називається тепловіддачею. Конвективне перенесення теплоти пов'язано з рухом теплоносія. Рух середовища викликається різними чинниками: