Міністерство освіти і науки Російської Федерації
Федеральне агентство з освіти
ІРКУТСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра хімічної технології
Припускаю до захисту
Керівник доцент каф. ХТ
Губанов Н.Д.
І. Б. Прізвище
Розрахувати і підібрати двосекційний пластинчастий теплообмінник
для охолодження пивного сусла
найменування теми
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
до курсового проекту з дисципліни
Технологічне обладнання
1.000.00.00 ПЗ
позначення документа
Виконав студент групи ТПП-04-1 _______.
шифр підпис І. Б. Прізвище
Нормоконтролер ________________.
підпис І. Б. Прізвище
Курсовий проект захищений
з оценкой____________
Іркутськ
2008
Федеральне агентство з освіти
ІРКУТСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра хімічної технології
Припускаю до захисту
Керівник доцент каф. ХТ
Губанов Н.Д.
І. Б. Прізвище
Розрахувати і підібрати двосекційний пластинчастий теплообмінник
для охолодження пивного сусла
найменування теми
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
до курсового проекту з дисципліни
Технологічне обладнання
1.000.00.00 ПЗ
позначення документа
Виконав студент групи ТПП-04-1 _______.
шифр підпис І. Б. Прізвище
Нормоконтролер ________________.
підпис І. Б. Прізвище
Курсовий проект захищений
з оценкой____________
Іркутськ
2008
ЗМІСТ
Введення
1 Технологічний розрахунок
1.1 Загальний тепловий баланс
1.2 Розрахунок орієнтовної поверхні теплопередачі. Вибір теплообмінного апарату
1.3 Уточнений розрахунок теплообмінного апарату
1.3.1 Розрахунок коефіцієнтів тепловіддачі в секції водяного охолодження
1.3.2 Розрахунок коефіцієнтів тепловіддачі в розсільної секції
1.4 Необхідна поверхню теплопередачі
2 Гідравлічний розрахунок
2.1 Розрахунок гідравлічних опорів
2.1.1 Секція водяного охолодження
2.1.2 Секція розсільного охолодження
Список літератури
Введення
1 Технологічний розрахунок
1.1 Загальний тепловий баланс
1.2 Розрахунок орієнтовної поверхні теплопередачі. Вибір теплообмінного апарату
1.3 Уточнений розрахунок теплообмінного апарату
1.3.1 Розрахунок коефіцієнтів тепловіддачі в секції водяного охолодження
1.3.2 Розрахунок коефіцієнтів тепловіддачі в розсільної секції
1.4 Необхідна поверхню теплопередачі
2 Гідравлічний розрахунок
2.1 Розрахунок гідравлічних опорів
2.1.1 Секція водяного охолодження
2.1.2 Секція розсільного охолодження
Список літератури
Введення
Для розрахунку і підбору нормалізованими теплообмінного апарату складемо і розрахуємо тепловий баланс з якого визначимо теплове навантаження теплообмінного апарату і витрата теплоносія. Розрахуємо середню різницю температур, виберемо за дослідними даними орієнтовний коефіцієнт теплопередачі. Розрахуємо орієнтовне значення поверхні теплообміну і по ньому виберемо стандартний теплообмінник. Зробимо уточнений розрахунок стандартного теплообмінника: уточнимо коефіцієнти тепловіддачі для гарячого і холодного теплоносія і уточнений розрахунок коефіцієнта теплопередачі. Зіставимо поверхні теплообміну розрахункової та нормованої. Зробимо гідравлічний розрахунок.
Теплообмінні апарати застосовуються для проведення теплообмінних процесів (нагрівання або охолодження). У даному курсовому проекті ми розраховуємо рекуперативного теплообмінника, в якому теплоносії розділені стінкою і теплота передається від одного теплоносія до іншого через розділяє їх стінку.
Запропоновано на розрахунок пластинчастий теплообмінний апарат. Поверхня теплообміну в такому апараті утворена набором штампованих гофрованих пластин. Самі апарати можуть бути розбірними, полуразборнимі і нерозбірними (зварними).
Розбірні теплообмінники можуть працювати при тиску 0,002 - 1,0 МПа і температурі робочих середовищ від -20 до +180 єС, полуразборние - при тиску 0,002 - 2,5 МПа і тієї ж температури; нерозбірні (зварені) апарати можуть працювати при тиску 0, 0002 - 4,0 МПа і температурі від - 100 до +300 єС.
Пластинчасті теплообмінники широко використовуються в харчовій промисловості в якості нагрівачів, холодильників, а також комбінованих теплообмінників для пастеризації і стерилізації.
Пластинчасті теплообмінники компактні, володіють великою площею поверхні тепловіддачі, що досягає гофрированием пластин.
Ефективність обумовлена великою величиною відношення площі теплопередачі до обсягу теплообмінника. Це досягається високими швидкостями теплоносіїв, а також турбулізації потоків гофрованими поверхнями пластин і низькому термічному опору стінок пластин.
Ці теплообмінники виготовляють у вигляді модулів, з яких може бути зібраний теплообмінник з площею поверхні теплопередачі, необхідної для здійснення технологічного процесу.
До недоліків відносяться складність виготовлення, можливість забруднення поверхні пластин зваженими в рідині твердими частинками.
Для розрахунку і підбору нормалізованими теплообмінного апарату складемо і розрахуємо тепловий баланс з якого визначимо теплове навантаження теплообмінного апарату і витрата теплоносія. Розрахуємо середню різницю температур, виберемо за дослідними даними орієнтовний коефіцієнт теплопередачі. Розрахуємо орієнтовне значення поверхні теплообміну і по ньому виберемо стандартний теплообмінник. Зробимо уточнений розрахунок стандартного теплообмінника: уточнимо коефіцієнти тепловіддачі для гарячого і холодного теплоносія і уточнений розрахунок коефіцієнта теплопередачі. Зіставимо поверхні теплообміну розрахункової та нормованої. Зробимо гідравлічний розрахунок.
Теплообмінні апарати застосовуються для проведення теплообмінних процесів (нагрівання або охолодження). У даному курсовому проекті ми розраховуємо рекуперативного теплообмінника, в якому теплоносії розділені стінкою і теплота передається від одного теплоносія до іншого через розділяє їх стінку.
Запропоновано на розрахунок пластинчастий теплообмінний апарат. Поверхня теплообміну в такому апараті утворена набором штампованих гофрованих пластин. Самі апарати можуть бути розбірними, полуразборнимі і нерозбірними (зварними).
Розбірні теплообмінники можуть працювати при тиску 0,002 - 1,0 МПа і температурі робочих середовищ від -20 до +180 єС, полуразборние - при тиску 0,002 - 2,5 МПа і тієї ж температури; нерозбірні (зварені) апарати можуть працювати при тиску 0, 0002 - 4,0 МПа і температурі від - 100 до +300 єС.
Пластинчасті теплообмінники широко використовуються в харчовій промисловості в якості нагрівачів, холодильників, а також комбінованих теплообмінників для пастеризації і стерилізації.
Пластинчасті теплообмінники компактні, володіють великою площею поверхні тепловіддачі, що досягає гофрированием пластин.
Ефективність обумовлена великою величиною відношення площі теплопередачі до обсягу теплообмінника. Це досягається високими швидкостями теплоносіїв, а також турбулізації потоків гофрованими поверхнями пластин і низькому термічному опору стінок пластин.
Ці теплообмінники виготовляють у вигляді модулів, з яких може бути зібраний теплообмінник з площею поверхні теплопередачі, необхідної для здійснення технологічного процесу.
До недоліків відносяться складність виготовлення, можливість забруднення поверхні пластин зваженими в рідині твердими частинками.
1 Технологічний розрахунок
1.1 Загальний тепловий баланс
Тепловий потік через пластини водяний секції:
Тепловий потік через пластини розсільної секції:
Приймаються кінцеву температуру води 40 ° С.
Різниця температур охолоджуваного сусла та води:
Різниця температур охолодженого сусла та води:
Середня різниця температур теплообменівающіхся рідин при противотоке:
Різниця температур охолоджуваного сусла і розсолу:
Різниця температур охолодженого сусла і розсолу:
Середня різниця температур теплообменівающіхся рідин у розсільної секції:
1.2 Розрахунок орієнтовної поверхні теплопередачі
Вибір теплообмінного апарату
Орієнтовне значення коефіцієнта теплопередачі вибираємо на підставі [3]. Вид теплообміну: від рідини до рідини, при вимушеному русі
Знаючи теплове навантаження апарату, розрахувавши среднею різниця температур і вибравши орієнтовний коефіцієнт теплопередачі, визначимо орієнтовну поверхню теплообміну для водяної секції:
і для розсільної секції:
За ГОСТ 15518-83, при такій площі теплообміну вибираємо теплообмінний апарат типу Р виконання 3 для секції розсільного охолодження:
f - поверхня теплообміну однієї пластини (f = 0,2 м 2);
F - поверхня теплообміну (F = 31,5 м 2);
N - кількість пластин (N = 160шт);
M - маса апарату (M = 1485кг).
За ГОСТ 15518-83, при такій площі теплообміну вибираємо теплообмінний апарат типу Р виконання 3 для секції розсільного охолодження:
f - поверхня теплообміну однієї пластини (f = 0,2 м 2);
F - поверхня теплообміну (F = 16м 2);
N - кількість пластин (N = 84шт);
M - маса апарату (M = 1222кг).
Відповідно до [1] пластина з f = 0,2 м 2, має габаритні розміри:
довжина - 960 мм;
ширина - 460 мм;
товщина - 1,0 мм;
d е - еквівалентний діаметр каналу (d е = 8,8 мм = 0,0088 м);
S - поперечний переріз каналу (S = 17,8 · 10 -4 м 2);
L - приведена довжина каналу (L = 0,518 м);
m - маса пластини (m = 2,5 кг);
d ш - діаметр умовного проходу штуцерів (d ш = 150мм = 0,15 м).
1.1 Загальний тепловий баланс
Тепловий потік через пластини водяний секції:
Тепловий потік через пластини розсільної секції:
Приймаються кінцеву температуру води 40 ° С.
Різниця температур охолоджуваного сусла та води:
Різниця температур охолодженого сусла та води:
Середня різниця температур теплообменівающіхся рідин при противотоке:
Різниця температур охолоджуваного сусла і розсолу:
Різниця температур охолодженого сусла і розсолу:
Середня різниця температур теплообменівающіхся рідин у розсільної секції:
1.2 Розрахунок орієнтовної поверхні теплопередачі
Вибір теплообмінного апарату
Орієнтовне значення коефіцієнта теплопередачі вибираємо на підставі [3]. Вид теплообміну: від рідини до рідини, при вимушеному русі
Знаючи теплове навантаження апарату, розрахувавши среднею різниця температур і вибравши орієнтовний коефіцієнт теплопередачі, визначимо орієнтовну поверхню теплообміну для водяної секції:
і для розсільної секції:
За ГОСТ 15518-83, при такій площі теплообміну вибираємо теплообмінний апарат типу Р виконання 3 для секції розсільного охолодження:
f - поверхня теплообміну однієї пластини (f = 0,2 м 2);
F - поверхня теплообміну (F = 31,5 м 2);
N - кількість пластин (N = 160шт);
M - маса апарату (M = 1485кг).
За ГОСТ 15518-83, при такій площі теплообміну вибираємо теплообмінний апарат типу Р виконання 3 для секції розсільного охолодження:
f - поверхня теплообміну однієї пластини (f = 0,2 м 2);
F - поверхня теплообміну (F = 16м 2);
N - кількість пластин (N = 84шт);
M - маса апарату (M = 1222кг).
Відповідно до [1] пластина з f = 0,2 м 2, має габаритні розміри:
довжина - 960 мм;
ширина - 460 мм;
товщина - 1,0 мм;
d е - еквівалентний діаметр каналу (d е = 8,8 мм = 0,0088 м);
S - поперечний переріз каналу (S = 17,8 · 10 -4 м 2);
L - приведена довжина каналу (L = 0,518 м);
m - маса пластини (m = 2,5 кг);
d ш - діаметр умовного проходу штуцерів (d ш = 150мм = 0,15 м).
1.3 Уточнений розрахунок обраного теплообмінного апарату
Нехай компонування пластин найпростіша: Сх: 80/80 і 42/42, тобто по одному пакету (ходу) для обох потоків.
1.3.1 Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі для секції водяного
охолодження.
Швидкість сусла в 68 каналах з прохідним отвором 0,00178 м 2 дорівнює
де
Визначимо тип руху в каналах, для цього знайдемо число Рейнольдса
де, Re - число Рейнольдса;
У секції водяного охолодження середня температура сусла:
Для сусла при 100 ° С за формулою (1.11)
Режим руху турбулентний.
Критерій Прандтля для потоку сусла:
У секції водяного охолодження середня температура води:
Знайдемо число Рейнольдса з формули (1.6)
Режим руху турбулентний.
Приймемо термічні опори для води середньої якості 1 / r З.в. = 2000 Вт / м 2 · К, для сусла 1 / r З.сус. = 1800 Вт / м 2 · К. Підвищена корозійна активність води диктує застосовувати нержавіючу сталь в якості матеріалу для пластин. Теплопровідність нержавіючої сталі [1] при товщині пластини 1,0 мм, приймемо рівну λ СТ = 17,5 Вт / м 2 · К. Сума термічних опорів стінки і забруднень дорівнює:
Для секції водяного охолодження коефіцієнт теплопередачі:
Перетворимо формулу (1.8), і отримаємо
Уточнений розрахунок враховуючи температури стінок:
Рівняння інтерполяції:
Коефіцієнт теплопередачі для секції водяного охолодження
Нехай компонування пластин найпростіша: Сх: 80/80 і 42/42, тобто по одному пакету (ходу) для обох потоків.
1.3.1 Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі для секції водяного
охолодження.
Швидкість сусла в 68 каналах з прохідним отвором 0,00178 м 2 дорівнює
де
Визначимо тип руху в каналах, для цього знайдемо число Рейнольдса
де, Re - число Рейнольдса;
У секції водяного охолодження середня температура сусла:
Для сусла при 100 ° С за формулою (1.11)
Режим руху турбулентний.
Критерій Прандтля для потоку сусла:
У секції водяного охолодження середня температура води:
Знайдемо число Рейнольдса з формули (1.6)
Режим руху турбулентний.
Приймемо термічні опори для води середньої якості 1 / r З.в. = 2000 Вт / м 2 · К, для сусла 1 / r З.сус. = 1800 Вт / м 2 · К. Підвищена корозійна активність води диктує застосовувати нержавіючу сталь в якості матеріалу для пластин. Теплопровідність нержавіючої сталі [1] при товщині пластини 1,0 мм, приймемо рівну λ СТ = 17,5 Вт / м 2 · К. Сума термічних опорів стінки і забруднень дорівнює:
Для секції водяного охолодження коефіцієнт теплопередачі:
Перетворимо формулу (1.8), і отримаємо
Уточнений розрахунок враховуючи температури стінок:
Рівняння інтерполяції:
Коефіцієнт теплопередачі для секції водяного охолодження
1.3.3 Коефіцієнт теплопередачі для розсільної секції
Швидкість руху розсолу приймаємо в 1.5 рази нижче швидкості сусла, так як розсіл має низьку температуру і значну в'язкість:
У секції розсільного охолодження середня температура сусла:
Для сусла при 15 ° С за формулою (1.5)
Режим руху турбулентний.
Критерій Прандтля для потоку сусла:
У секції розсільного охолодження середня температура розсолу:
Знайдемо число Рейнольдса з формули (1.5)
Режим руху турбулентний.
Для секції розсільного охолодження коефіцієнт теплопередачі:
Перетворимо формулу (1.10), і отримаємо
Швидкість руху розсолу приймаємо в 1.5 рази нижче швидкості сусла, так як розсіл має низьку температуру і значну в'язкість:
У секції розсільного охолодження середня температура сусла:
Для сусла при 15 ° С за формулою (1.5)
Режим руху турбулентний.
Критерій Прандтля для потоку сусла:
У секції розсільного охолодження середня температура розсолу:
Знайдемо число Рейнольдса з формули (1.5)
Режим руху турбулентний.
Для секції розсільного охолодження коефіцієнт теплопередачі:
Перетворимо формулу (1.10), і отримаємо
1.4 Необхідна поверхню теплопередачі
Відповідно до формули (1.3), знайдемо поверхню теплопередачі, тільки замість
Вибрані нами теплообмінники для водяний і розсільної секцій підходять з запасом.
Відповідно до формули (1.3), знайдемо поверхню теплопередачі, тільки замість
Вибрані нами теплообмінники для водяний і розсільної секцій підходять з запасом.
2 Гідравлічний розрахунок
2.1 Розрахунок гідравлічних опорів
Гідравлічний опір розраховуємо:
де x - число пакетів для даного теплоносія, компонування однопакетного (x = 1);
L - приведена довжина каналу (L = 0,518 м);
d Е - еквівалентний діаметр каналу (d Е = 0,0088 м);
Знайдемо коефіцієнт місцевого опору - ξ, який залежить від типу пластини і руху теплоносія [1].
2.1.1 Секція водяного охолодження
Знайдемо коефіцієнт місцевого опору - ξ, який залежить від типу пластини і руху теплоносія.
Режим руху для води - турбулентний. Отже коефіцієнт місцевого опору при ламінарному режимі руху
де коефіцієнт а 1 = 320. Для води за формулою (2.2)
Знайдемо швидкість в штуцерах [1]
де
Швидкість в штуцерах для гарячого теплоносія
Так як
Гідравлічний опір води за формулою (2.1), з урахуванням швидкості в штуцерах
2.1 Розрахунок гідравлічних опорів
Гідравлічний опір розраховуємо:
де x - число пакетів для даного теплоносія, компонування однопакетного (x = 1);
L - приведена довжина каналу (L = 0,518 м);
d Е - еквівалентний діаметр каналу (d Е = 0,0088 м);
Знайдемо коефіцієнт місцевого опору - ξ, який залежить від типу пластини і руху теплоносія [1].
2.1.1 Секція водяного охолодження
Знайдемо коефіцієнт місцевого опору - ξ, який залежить від типу пластини і руху теплоносія.
Режим руху для води - турбулентний. Отже коефіцієнт місцевого опору при ламінарному режимі руху
де коефіцієнт а 1 = 320. Для води за формулою (2.2)
Знайдемо швидкість в штуцерах [1]
де
Швидкість в штуцерах для гарячого теплоносія
Так як
Гідравлічний опір води за формулою (2.1), з урахуванням швидкості в штуцерах
2.1.2 Секція розсільного охолодження
Режим руху для розсолу - турбулентний. Отже коефіцієнт місцевого опору при турбулентному режимі руху
де коефіцієнт а 2 = 15,0. Для холодного теплоносія за формулою (2.4)
Знайдемо по формулі (2.3) швидкість у штуцерах, для холодного теплоносія
Так як
Гідравлічний опір розсолу за формулою (2.1)
Режим руху для розсолу - турбулентний. Отже коефіцієнт місцевого опору при турбулентному режимі руху
де коефіцієнт а 2 = 15,0. Для холодного теплоносія за формулою (2.4)
Знайдемо по формулі (2.3) швидкість у штуцерах, для холодного теплоносія
Так як
Гідравлічний опір розсолу за формулою (2.1)
Список літератури
1. Основні процеси та апарати хімічної технології: Посібник з проектування / Г. С. Борисов, В. П. Бриків, Ю. І. Дитнерскій та ін Під. ред. Ю. І. Дитнерского, 2-е вид., Перераб. і додатк. М.: Хімія, 1991. - 496 с.
2. Павлов К.Ф., Романків П.Г., Носков А.А. Приклади і задачі за курсом процесів і апаратів хімічної технології: навчальний посібник для вузів; під. ред. чл. - Кор. АН Росії П. Г. Романкове. - 13-е вид., Стереотипне. Передрук з видання 1987р. М.: ТОВ ТІД «Альянс», 2006. - 576 с.
3. Ульянов Б.А., Баденіков В.Я., Лікучев В.Г. Процеси та апарати хімічної технології. Навчальний посібник - Ангарськ: Видавництво Ангарської державної технічної академії, 2005 р. - 903 с.
4. ГОСТ 15518-87 Апарати теплообмінні пластинчасті.
5. І.Т. Кретов, С. Т. Антіпов, С. В. Шахов Інженерні розрахунки технологічного устаткування підприємств бродильної промисловості - М.: Колос, 2004 р. - 391 с.
1. Основні процеси та апарати хімічної технології: Посібник з проектування / Г. С. Борисов, В. П. Бриків, Ю. І. Дитнерскій та ін Під. ред. Ю. І. Дитнерского, 2-е вид., Перераб. і додатк. М.: Хімія, 1991. - 496 с.
2. Павлов К.Ф., Романків П.Г., Носков А.А. Приклади і задачі за курсом процесів і апаратів хімічної технології: навчальний посібник для вузів; під. ред. чл. - Кор. АН Росії П. Г. Романкове. - 13-е вид., Стереотипне. Передрук з видання 1987р. М.: ТОВ ТІД «Альянс», 2006. - 576 с.
3. Ульянов Б.А., Баденіков В.Я., Лікучев В.Г. Процеси та апарати хімічної технології. Навчальний посібник - Ангарськ: Видавництво Ангарської державної технічної академії, 2005 р. - 903 с.
4. ГОСТ 15518-87 Апарати теплообмінні пластинчасті.
5. І.Т. Кретов, С. Т. Антіпов, С. В. Шахов Інженерні розрахунки технологічного устаткування підприємств бродильної промисловості - М.: Колос, 2004 р. - 391 с.