Ім'я файлу: Курсова.docx
Розширення: docx
Розмір: 309кб.
Дата: 28.05.2022
скачати
Пов'язані файли:
курсова алгоритми.doc
журналистика.docx

ЗМІСТ

ВСТУП

РОЗДІЛ 1. ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

1.1. Описання об’єкта проектування

1.2. Місце та призначення об’єкта проектування в технологічній схемі

РОЗДІЛ 2. РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

2.1. Тепловий розрахунок

2.2. Конструктивний розрахунок

2.3. Гідравлічний розрахунок

2.4. Розрахунок теплової ізоляції

РОЗДІЛ 3. УМОВИ БЕЗПЕЧНОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ОБ’ЄКТА ПРОЕКТУВАННЯ І ПИТАННЯ ЕКОЛОІЇ

ВИСНОВКИ ТА ПРОПОЗИЦІЇ

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

ВСТУП
Теплообмінні апарати призначені для здійснення процесу передачі теплоти від гарячого теплоносія (гріюча сторона) до холодного (сторона, що нагрівається) між середовищами “вода-вода”, “пар-вода”. Процеси теплообміну посідають одне з найважливіших місць при обробці харчових продуктів.Умовно їх можна поділити за їх характером начисті теплообмінні де масообмін відіграє підпорядковану роль (нагрівання, охолоджування, заморожування, конденсації, випаровування), а також на суміщенні тепло та масообмінні процеси (сушіння, дистиляція, ретифікація, випічка, адсурбації).

До обладнання для здійснення чисто теплообмінних процесів належать теплообмінники — підігрівачі, охолоджувачи, випарні установки та апарати, конденсатори, електронагрівачі, тощо.

У ролі теплоносія у виробництві харчових продуктів використовують водяну пару, повітря, воду та інше. Найбільш часто використовується водяна пара завдяки тому, що вона зручна для транспортування, легко корегується і її температура та витрати має вилику теплоту конденсації, незначна її дія на матеріал паропроводів та апаратів, а також її можна використовувати в умовах безпосереднього контакту с харчовими продуктами.

Найбільш поширенні в харчовій промисловості кожухотрубні теплообмінники. Вони забезпечують великі поверхні теплообміну в одному апараті, прості у використанні та надійні в експлуатації.

Технологічне призначення теплообмінників різноманітне. Загалом розрізняють

власне теплообмінники, в яких передача тепла – основний процес, і реактори, де тепловий процес відіграє допоміжну роль.

РОЗДІЛ 1. ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

1.1. Описання об’єкта проектування

Технологічне призначення теплообмінників різноманітне. Як правило розрізняються:

теплообмінники, у яких передача тепла є основним процесом;

реактори, у яких тепловий процес відіграє допоміжну роль,

Класифікація теплообмінників можлива по різних ознаках.

1. За способом передачі тепла розрізняються теплообмінники:

змішування, у яких ро6ітничі середовища безпосередньо стикаються або перемішуються;

поверхневі теплообмінники — рекуператори, у яких тепло передається через поверхню нагрівання — тверду (металеву) стінку, що розділяє ці середовища.

2. За основним призначенням розрізняються підігрівники:

випарники;

холодильники;

конденсатори;

3. В залежності від виду робочих середовищ розрізняються теплообмінники:

рідинно-рідинні — при теплообміні між двома рідкими середовищами;

паро-рідинні — при теплообміні між парою i рідиною (парові підігрівники, конденсатори);

газорідинні — при теплообміні між газом i рідиною (холодильники для повітря) i ін.

4. За тепловим режимом розрізняються теплообмінники:

періодичної дії, у яких спостерігається нестаціонарний тепловий процес;

безперервної дії - зі сталим у часі процесом.

У теплообмінниках періодичної дії тепловій обробці піддається окрема порція (завантаженого) продукту; в наслідок зміни властивостей продукту i його кількості параметри процесу безперервно варіюють, у робочому режимі апарата в часі.

При безперервному процесі параметри його також змінюються, але уздовж проточної частини апарата, залишаючись постійними в часі в даному перерізі потоку. Безперервний процес характеризується сталістю теплового режиму i витрати робітничих середовища, що протікають через теплообмінник.

Як теплоносій най6ільш широко застосовуються насичена чи злегка перегріта водяна пара. У змішувальних апаратах, пар як правило барботують у рідину (впускають під рівень рідини); при цьому конденсат пари змішується з продуктом, що не завжди припустимо. У поверхневих апаратах пар конденсується на поверхні нагрівання i конденсат віддаляється окремо від продукту за допомогою водо-відвідників. Водяний пар як теплоносій має безліч переваг: легкість транспортування по трубах і регулювання температури, високою інтенсивністю тепловіддачі та iн. Застосування пари особливо вигідно при використанні принципу багаторазового випарювання, коли з продукту вода направляється у вигляді пари, що гріє, інші випарні апарати i підігрівники.

06iгpiв гарячою водою i рідинами також має широке застосування i вигідне при вторинному використанні. Тепло конденсатів i рідини (продуктів), що по ходу технологічного процесу нагріваються до високої температури. У порівнянні з паром, рідинний підігрів менш інтенсивний. Однак регулювання процесу i транспорт рідини так само зручний, як i при паровому о6ігріві.

Загальним недоліком парового i водяного обігріву є швидкий ріст тиску з підвищенням температури. В умовах технологічної апаратури харчових виробництв при паровому i водяному обігріві найвищі температури обмежені 150 - 160 0С, що відповідає тиску (5 - 7) 105 Па.

В окремих випадках (у консервній промисловості) застосовується масляний обігрів, що дозволяє при атмосферному тиску досягти температур до 2000С.

Широко застосовується обігрів гарячими газами i повітрям (до 300 - 1000 0С) у печах, сушильних установках. Газовий обігрів має велику кількість недоліків: труднощі регулювання i транспортування теплоносія, малою інтенсивністю теплообміну, забрудненням поверхні апаратури (при використанні топкових газів) i ін. Однак у ряді випадків він є єдино можливим (наприклад, у повітряних сушарках) .

У холодильній техніці використовуються ряд холодоагентів: повітря, вода, розсоли, аміак, вуглекислота, фреон та ін.

При будь-якому використанні теплоносіїв i холодоагентів, теплові i масообміні процеси підлеглі основному-технологічному процесу виробництва, заради якого створюється теплообмінні апарати й установки. Тому рішення задач оптимізації теплообміну підлеглі умовам раціонального технологічного процесу.

1.2. Місце та призначення об’єкта проектування в технологічній схемі
Кожухотрубні теплообмінники. Вони найпоширеніші в харчовій промисловості, дають можливість створювати великі поверхні теплообміну в одному апараті, прості у виготовленні й надійні в експлуатації.

Складається з корпусу, приварених до нього нерухомих трубних решіток 2, пучка труб 3, кінці яких закріплені в трубних решітках розвальцюванням або зварюван¬ням. До трубних решіток прикріплені кришки 4. Один з теплоносіїв (І) рухається всередині труб, а другий (ІІ) — у просторі між кожухом і трубами (в міжтрубному просторі).

Через малу швидкість руху теплоносіїв одноходові теплообмінники працюють з низьким коефіцієнтом тепловіддачі. Щоб збільшити швидкість руху теплоносіїв, застосовують багатоходові тепло-обмінники, в яких пучок труб за допомогою поперечних перегородок , встановлених у кришках, розділений на кілька секцій (ходів), по яких теплоносій І проходить послідовно. Швидкість руху теплоносія II в міжтрубному просторі підвищують, встановлюючи ряд сегментних перегородок 2. З двох теплоносіїв, що рухаються в трубках і в міжтрубному просторі, треба збільшувати швидкість руху насамперед того, в якого при теплообміні вищий термічний опір.

Труби в трубних решітках розміщують переважно по периметрах правильних шестикутників (рис. 3, а). Для цієї схеми, обчислюючи загальну кількість п труб у теплообміннику, виходять з кількості труб а, розміщених на стороні найбільшого шестикутника:

n = 3a(a - 1) + 1

Кількість труб, розміщених по діагоналі найбільшого шестикутника, визначають за формулою:

b = 2a - 1

У разі закріплення труб у трубних решітках розвальцюванням крок 5 розміщення труб вибирають залежно від їхнього зовнішнього діаметра в межах s= ( 1,3 ... 1,5 )d3 (13)
У разі закріплення труб зварюванням крок розміщення труб вибирають меншим (s = 1,25d3).

Діаметр теплообмінника визначають із співвідношення

D = s( b - 1 ) + 4d3 (14)

Іноді труби розміщують по периметрах квадратів або

по концентричних колах.

Проектуючи кожухотрубні теплообмінники, теплоносій, що найбільше забруднює поверхню теплообміну, спрямовують у труби (трубний простір), які легше очищати.

При різниці температур між кожухом і трубами понад 50°С або при значній довжині труб застосовують кожухотрубні теплообмінники з різними компенсаторами температурних подовжень.

На (рис. 4, а) зображено теплообмінник з лінзовим компенсатором З на корпусі 1.

Температурні деформації компенсуються ьовим стисканням або розширенням цього компенсатора. Такі теплообмінники використовують при температурних деформаціях, що не перевищують 15 мм, і при тисках у міжтрубному просторі до 6 • 103 Па.

Недоліком такого теплообмінника є складність очищення внутрішньої поверхні труб.
РОЗДІЛ 2. РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

2.1. Тепловий розрахунок





де , - температура насиченої пари за тиску Р на вході і на виході відповідно.


103

105



=15°C



=88°C



90





15


,

Отже, середню різницю температур між парою та рідиною, що нагрівається, визначають як середньо логарифмічну різницю:



Середня температура рідини, яку нагрівають:



2. Теплофізичні властивості сухої насиченої водяної пари визначаємо з відповідних таблиць, за значенням тиску сухої насиченої водяної пари :

температура сухої насиченої водяної пари

густина

Ентальпія

Теплота пароутворення

3. Теплофізичні параметри води за :











4. Визначаємо витрати тепла на підігрівання води (теплове навантаження):



5. Визначаємо витрати пари

,де х — коефіцієнт, що враховує втрати теплоти в навколишнє середовище; х = 1,02...1,05; Q — витрата рідини, кг/с; С — теплоємність рідини, Дж/(кг • К), І, і — ентальпія нагрівної пари і конденсату, Дж/кг .

Вибираємо орієнтовне значення Рейнольдса

Re=22000

Кількіть труб одного ходу



Швидкість руху води в трубках



Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі для води



Тоді коефіцієнт тепловіддачі



Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від водяної пари до станки. Орієнтовно обираємо температуру стінки з боку пари . Тоді температура плівки конденсату



За цієї температури знаходимо фізичні характеристики конденсату:



Тоді розраховуємо коефіцієнт теплопередачі від пари до стінки:



Коефіцієнт теплопередачі для чистої поверхні



Коефіцієнт передачі для забрудненої поверхні за значенням коефіцієнта використання поверхні теплообміну :



Перевіряємо правильність прийнятого значення температури стінки:

,



Різниця між прийнятим значенням температури стінки і визначеним становить менш як 1°С, що допускається.

Площа поверхні передачі:



2.2. Конструктивний розрахунок

Вихідними даними для конструктивного розрахунку являються результати теплового розрахунку. З теплового розрахунку маємо:

Швидкість руху води у трубках

Площа поверхні теплообміну

Робоча довжина труб

1. Розраховуємо довжину всіх ходів:

Оскільки:



Тоді:



2. Визначаємо число ходів в теплообміннику:



3. Загальне число труб в апараті становить:



При розміщені труб на стороні правильного шестикутника обираємо найближчу кількість труб , Тоді на стороні найбільшого шестикутника труб, а кількість труб, по діагоналі шестикутника, .

Відстань між осями:



Розраховуємо внутрішній діаметр корпусу:



Вибираємо нормалізований теплообмінник, зовнішній діаметр сталевого кожуха якого і товщина стінки . Тоді внутрішній діаметр такого теплообмінника .

Розраховуємо діаметр патрубків:

  • Патрубок для входу пари





  • Для води на вході



  • Для води на виході



Розраховуємо загальну висоту теплообмінника:



Висоту кришки без патрубків беремо 0,4 діаметра кожуха , а з патрубками на 200мм більшу за діаметр патрубка Оскільки число ходів непарне то таких кришки у нас дві.

2.3. Гідравлічний розрахунок

Цей розрахунок потрібний для визначення потужності насосів і вентиляторів та встановлення оптимального режиму роботи апарата.

Коефіцієнт тертя для при Re=22000:



Для ізотермічного турбулентного руху в гладеньких трубах

З
начення коефіцієнтів місцевих опорів беруть з відпо­відних таблиць:

1.Гідравлічний опір апарата складається з опору тертя і місцевих опорів. Отже, повний гідравлічний опір



д е — коефіцієнт гідравлічного тертя; L — загальна довжина труби, м; d — діаметр труби, м; — коефіцієнт місцевого опору; w — швидкість руху теплоносія, м/с; — густина теплоносія, кг/'м3.



2. Потужність, що потрібна для переміщення теплоносія через апарат.



де - коефіцієнт корисної дії насоса.

Розрахунок при :











Розраховуємо критерій Рейнольдса за заданою швидкістю:



Кількіть труб одного ходу



Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі для води:



Тоді:



Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від водяної пари до станки. Орієнтовно обираємо температуру стінки з боку пари . Тоді температура плівки конденсату





За цієї температури знаходимо фізичні характеристики конденсату:



Тоді розраховуємо коефіцієнт теплопередачі від пари до стінки:



Коефіцієнт теплопередачі для чистої поверхні





Перевіряємо правильність прийнятого значення температури стінки:

,

Різниця між прийнятим значенням температури стінки і визначеним становить менш як 1°С, що допускається.

Площа поверхні передачі:



2.4. Розрахунок теплової ізоляції

Теплова ізоляція – один із основних факторів, які необхідні для безпечної, продуктивної та економічно вигідної роботи теплообмінника. Товщина ізоляції повинна бути такою, щоб температура на її поверхні була не більшою за 50°С.

4.1 Сумарний коефіцієнт тепловіддачі від стінки до повітря:



4.2 Товщина теплової ізоляції:



де температура в апараті;

температура на поверхні ізоляції;

температура повітря;

Ізоляційний матеріал – совеліт; його коефіцієнт теплопровідності:

λ =0,098 Вт/(м2· К).

2.5. Техніко-економічний розрахунок

Для остаточного вибору варіанту розрахунку потрібно провести технічно-економічний розрахунок. Співвставити капітальні витрати на виготовлення апарату і річні експлуатаційні витрати.







При

Визначаємо амортизаційні витрати

Ка = F · СF · а,

де F – площа теплообміну;

СF – вартість 1 м2 поверхні теплообміну апарата, яка складає 1000 грн/м2;

а – річна частина амортизаційних відрахувань, яка становить 0,03%.



Енергетичні затрати:

,

де N – потужність електродвигуна насоса;

Се – вартість 1 кВт·год електроенергії, яка становить 0,74 грн/(кВт·год);

τ – кількість годин роботи теплообмінника за рік, яка складає 7420 год. Визначаємо сумарні витрати:



При

Амортизаційні затрати:



Енергетичні затрати:



Сумарні затрати на процес:



При

Амортизаційні затрати:



Енергетичні затрати:



Сумарні затрати на процес:



За отриманими даними будуєм графіки залежності

Визначаємо найменші витрати при яких і буде оптимальна швидкість руху

Графік техніко-економічного розрахунку



РОЗДІЛ 3. УМОВИ БЕЗПЕЧНОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ОБ’ЄКТА ПРОЕКТУВАННЯ І ПИТАННЯ ЕКОЛОІЇ

Загальні вимоги безпеки до конструкції виробничого обладнання встановлені ДНАОП.

Безпека виробничого обладнання забезпечується: при проектуванні - дотриманням принципів технологічності і ергономічності конструкції, застосуванням раціональних кінематичних схем, принципу безперервності процесу, дистанційного або автоматичного управління, забезпеченням запобіжними та захисними системами;

при виготовленні - застосуванням сучасних технологій машинобудування, дотриманням передбачених допусків та посадок;

при збірці та монтажі - точним дотриманням технології;

при експлуатації - своєчасним обслуговуванням та профілактичними оглядами, дотриманням експлуатації, тощо.

Виробниче обладнання має бути пожежо- і вибухобезпечним. Воно не повинно створювати небезпеки в результаті дії вологості, сонячної радіації, механічних коливань, високих і низьких тисків і температур, агресивних речовин і мікроорганізмів.

Важливою умовою безпечної експлуатації обладнання є дотримання вимог санітарних норм і правил, галузевих стандартів і правил техніки безпеки щодо розмірів виробничих приміщень, галерей і тунелів, мінімальної висоти до низу виступаючих будівельних конструкцій, ширини проходів.

Матеріали, що застосовуються в конструкції виробничого обладнання, не повинні бути небезпечними і- шкідливими. Складові частини обладнання (в тому числі трубопроводи, проводка, кабелі і т.п.) повинні виконуватися з таким розрахунком, щоб виключалась можливість їх випадкового пошкодження, що може створити небезпеку. Конструкція обладнання, що має газо-, паро-, пневмо-, гідросистеми та інші, повинна відповідати вимогам безпеки для цих систем.

Рухомі частини обладнання, що є джерелом небезпеки, повинні бути огороджені, за виключенням частин, огородження яких не допускається за їх функціональним призначенням. У цих випадках передбачається сигналізація, що

попереджує про пуск машин в роботу, засоби зупинки і відключення джерел енергії. Елементи конструкцій виробничого обладнання не повинні мати гострих кутів, кромок і поверхонь з нерівностями, що становлять собою джерело небезпеки, якщо їх наявність не визначається функціональним призначенням обладнання.

Конструкція обладнання повинна виключати можливість випадкового дотику працюючих до гарячих і переохолоджених частин. Виділення і поглинання обладнанням тепла, а також виділення їм вологи у виробничих приміщеннях не повинно перевищувати гранично допустимі! рівні (концентрації) в межах робочої зони.

Виробниче обладнання, обслуговування якого пов'язане із переміщенням персоналу, має бути обладнане безпечними і зручними за конструкцією і розмірами проходами і пристосуваннями для ведення робіт (робочими майданчиками, драбинами тощо).

При необхідності, конструкція обладнання повинна передбачати установлення місцевого освітлення, що відповідає умовам експлуатації, при цьому повинна виключатись можливість випадкового доторкання людини до струмоведучих частин системи освітлення.

Конструкцією виробничого обладнання повинна передбачатись сигналізація, а у разі потреби і засоби автоматичної зупинки і відключення обладнання від джерел енергії при небезпечних несправностях, аваріях і при режимах роботи, близьких до небезпечних. В необхідних випадках виробниче обладнання повинно мати засоби гальмування, ефективність дії яких має бути достатня для забезпечення безпеки і відповідати вимогам стандартів на вироби. Спрацьовування термінової зупинки не повинно створювати небезпеки для працюючих або аварійної ситуації.

Конструкція обладнання повинна передбачати захист від ураження електричним струмом (включаючи випадки помилкових дій обслуговуючого персоналу), а також виключати можливість накопичення зарядів статичної електрики в небезпечних кількостях. Виробниче обладнання, в якому є кола, вміщуючі електричні ємності, слід обладнувати пристроями для зняття залишкових електричних зарядів.

Виробниче обладнання повинно мати вбудовані пристрої для виводу шкідливих, вибухо- і пожежонебезпечних речовин, що виділяються в процесі роботи, безпосередньо від місць їх утворення і накопичення або мати місця для встановлення таких пристроїв, якщо вони не входять в конструкцію обладнання.

Конструкція виробничого обладнання повинна забезпечувати виключення чи зниження до регламентованих рівней шуму, ультразвуку, вібрації. ГОСТ і ДНАОП вміщують такі вимоги до органів управління виробничим обладнанням і засобами захисту, що входять в конструкцію виробничого обладнання. Зокрема, зазначається, що знімні, відкриті і розсувні пристрої робочих органів, що відвертають небезпеку при роботі обладнання, а також двері, кришки, щитки в огородженнях чи корпусах обладнання, що відчиняються, повинні мати улаштування, які виключають їх випадкове зняття і відмикання за допомогою інструменту тощо, а при потребі - мати блокування, що забезпечує припинення робочого процесу при зніманні чи відчиненні огороджень.

Важливе значення має правильне проектування, улаштування та експлуатація органів управління обладнанням, як одного з основних елементів систем, що забезпечує його безпечну експлуатацію. Органи управління повинні відповідати таким вимогам: кнопки "Пуск" для уникнення випадкового їх включення мають бути заглиблені в корпуси коробок управління; кнопки "Стоп" повинні виступати і бути пофарбовані в червоний колір і встановлені в тих місцях, де частіше всього виникає чи може виникнути необхідність у терміновій зупинці обладнання.

Крім цього, існує чимало запобіжних засобів і методів, які використовуються залежно від умов технологічного процесу і конструктивних особливостей обладнання, що експлуатується.

Висновок

Процес теплообміну займає провідне місце на підприємствах харчової технології тому інженер-технолог повинен, для кращого розуміння процесів, що відбуваються з продукцією, знати принцип роботи та вміти робити розрахунки теплообмінних апаратів.

В даному курсовому проекті було проведено комплексну розробку теплообмінного апарату:

 Розрахунок площі теплообмінника;

 Розрахунок конструктивних розмірів;

 Розрахунок необхідного двигуна;

 Розрахунок та підбір типу та розмірів ізоляції;

 Викреслені креслення за вимогами ЕЄСКД для можливості виготовлення теплообмінника.

Так як харчові продукти дуже чутливі до змін температури, то розрахунок i підбір конструкції теплообмінника посідає важливе місце при проектуванні апаратів.

Даний курсовий проект направлений на розрахунок оптимального варіанту кожухотрубного теплообмінника, який повинен забезпечити нагрівання рідини до певної температури та з певною продуктивністю, з найменшими затратами на виготовлення теплообмінника та на його експлуатацію.

Здобуті знання допоможуть студенту надалі використовувати в подальшій науковій та промисловій роботі .

ЛІТЕРАТУРА

1. Проэктирование процессов и аппаратов пищевых производств. Под ред.В.Н.Стабникова. –К.: Вища школа. Головне изд-во, 1982.-199с.

2. Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 503 с.

3. Процеси і апарати харчових виробництв: Методичні вказівки до виконання контрольних робіт для студентів технолог. спец. заоч. Форми навчання/ Уклад.: І.Ф. Малежик, Л.В. Зоткіна, П.М. Немирович, О.В. Савова. - К.:УДУХТ, 2000.-48 с.

4. Теплофизические характеристики пищевых продуктов. А.С. Гринзбург, М.А. Громов, Г.И. Красовская. - М.: «Пищевая промышленность», 1980. – 290с.

5. Методичні вказівки до виконання курсових проектів з дисципліни “Процеси і апарати харчових виробництв” для студентів усіх спеціальностей денної та заочної форм навчання / Уклад. П.С. Циганков, О.С. Марценюк. - К.: УДУХТ, 1994. –40 с.

6. Безпека життєдіяльності: Навч.посіб. / М.П.Купчик, М.М.Яцюк, О.П.Слободян та ін.; За ред. М.П.Купчика, М.М.Яцюка. – К.: НУХТ, 2004. – 371 с.

ДОДАТКИ

Схема кожухотрубного теплообмінника



Схема розміщення труб

скачати

© Усі права захищені
написати до нас