124155 (689871), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

t_ср=t_п-t_ср=140-99=41 ⁰С. (2.3)

Разность температур теплоносителя и стенки t₁, ⁰С:

t₁=(R₁/R)t_ср=(0,6)99=59,4 ⁰С (2.4) ¹ Разность температур стенки и продукта t₂, ⁰С:

⁰С. (2.5)

Температура стенки со стороны теплоносителя t_ст1, ⁰С:

t_ст1=t_п-t₁=140-59,4=80,6 ⁰С. (2.6)

Температура стенки со стороны продукта t_ст2, ⁰С:

t_ст2=t_ср+t₂=41+33,66=74,66 ⁰С. (2.7)

Температура пленки конденсата теплоносителя t_пл, ⁰С:

t_пл=0,5(t_п+t_ст1)=0,5(140+80,6) =110,3 ⁰С. (2.8)

Теплофизические свойства пленки конденсата (при температуре пленки t_пл=110,3 ⁰С) (соответственно [6]): динамический коэффициент вязкости жидкости _пл=0,22810^-3 (Пас), удельная теплоемкость c_пл=4,210³ , коэффициент теплопроводности _пл=0,682 и плотность _пл=950 . Удельная теплота конденсации пара (при температуре t_п=140 ⁰С) r=215010³ (соответственно [6]).

Коэффициент теплоотдачи от греющего пара к стенкам теплообменных трубок ₁, :

(2.9)

.

Теплофизические свойства продукта, который нагревается (при температуре t_ср=41 ⁰С) (соответственно [6]): динамический коэффициент вязкости _пр=0,71910^-3 (Пас), коэффициент объемного расширения _пр=0,39710^-3 , удельная теплоемкость c_пр=4159 , коэффициент теплопроводности _пр=0,634 и плотность _пр=991 .

Теплофизические свойства пристеночного слоя продукта (при температуре t_ст2=74,66 ⁰С) (соответственно [6]): коэффициент динамической вязкости _ст=0,410^-3 (Пас), удельная теплоемкость c_ст=4225 , коэффициент теплопроводности _ст=0,669 и плотность _ст=975 .

Критерий Рейнольдса (Re) для потока продукта:

(2.10)

Критерий Прандтля для потока продукта (Pr) и для пристеночного слоя продукта (Pr_ст):

, (2.11)

. (2.12)

Критерий Нуссельта (Nu) (для случая развитого турбулентного движения жидкостей в трубах и каналах (Re>10000) по формуле (1.8)):

Nu=

Nu= =355.

Коэффициент теплоотдачи от стенки теплообменных труб к продукту ₂, :

(2.13)

Термическое сопротивление стенки ( без учета термического сопротивления загрязнений) R_ст, :

R_ст= ,² (2.14)

Общий коэффициент теплопередачи между средами К, (по формуле (1.7)):

.

Тепловая нагрузка аппарата (количество тепла, которое передается через поверхность теплообмена от теплоносителя до продукта) Q, (Вт) (по формуле (1.4)):

Q=Gc_пр(t₂-t₁)=2,84159(70-12)=675422 Вт.

Необходимая поверхность теплообмена F, (м²) (по формуле (1.1)):

(м²).

Затрата теплоносителя (греющего пара) G_гр, :

. (2.15) ³

2.2 Конструктивный расчет аппарата

Площадь сечения всего потока продукта (площадь сечения пучка труб) f, (м²):

(м²), (2.16)

Количество труб n₁ в трубном пучке:

(2.17)

принимается n₁= 3 теплообменных трубы в каждом ходе по трубному пространству.

Уточнённое значение скорости движения продукта w, :

. (2.18)

Расчетная длина одной трубки в трубном пучке L, (м):

(м). (2.19)

Количество ходов теплообменника z:

, (2.20)

принимается z=4 хода по трубному пространству кожухотрубного теплообменника.

Необходимое количество теплообменных труб в трубной решетке n:

n=zn₁=43=12 труб. (2.21)

Диаметр трубной решетки D_р, (мм):

(мм), (2.22) ⁴

Внутренний диаметр кожуха теплообменника D, (мм):

D=t(b-1)+4d=59,4(5-1)+430=358 (мм), (2.23)

принимается для изготовления кожуха теплообменника труба 360х5 мм.

Живое сечение межтрубного пространства f_мт, (м²):

f_мт=0,785((D-2s) ²-nd ²)=

=0,785((0,360-20,005)²-120,03²)=87,6810^-3 (м²). (2.24)

По уравнению объемных затрат V, :

, (2.25)

определяются диаметры патрубков d, м, для рабочих сред:

. (2.26)

Диаметр патрубка для входа пара в аппарат, d_п, (м):

(м).

Диаметр патрубка для выхода конденсата пара, d_к, (м):

(м).

Диаметр патрубка для входа продукта в аппарат, d_вх, (м):

(м).

Диаметр патрубка для выхода продукта из аппарата, d_вих, (м):

(м).

2.3 Гидравлический расчет аппарата

Полное гидравлическое сопротивление теплообменного аппарата, Р (Па):

(2.27) ⁵

Для изотермического турбулентного движения в гидравлично - шероховатых трубах (соответственно /6/):

(2.28) ⁶

Сумма коэффициентов местных сопротивлений _г в аппарате:

, (2.29) ⁷

(Па)

Мощность привода насоса N, (Вт), необходимая для перемещения продукта по трубному пространству теплообменного аппарата:

(Вт) (2.30) ⁸

V= . (2.31)

N= (Вт).

2.4 Расчеты на прочность

Допустимые напряжения при расчете по предельным нагрузкам емкостей и аппаратов, которые работают при статических одноразовых нагрузках, определяются согласно ГОСТ 14249-89.

Расчет на прочность гладкой цилиндрической обечайки кожуха, нагруженной внутренним избыточным давлением, проводится согласно ГОСТ 14249-89.

Исполнительная толщина стенки обечайки s, (мм):

ss_р+с (2.32) ⁹

(мм), (2.33) ¹⁰

с=с₁+с₂+с₃ (2.34) ¹¹

где с₁=П=0,115=1,5 (мм), (2.35) ¹²

с=1,5+0+0=1,5 (мм),

Исполнительная толщина стенки обечайки s, (мм):

ss_р+с=0,41+1,5=1,91 (мм).

Соответственно приведенным в ГСТУ 3-17-191-2000 значений минимальным толщинам стенок обечаек и днищ принимается s=5,0 мм.

Внутреннее избыточное давление, которое допускается [р], (МПа):

(МПа) (2.36)

Условие применения расчетных формул (для обечаек и труб при D (200 мм):

, (2.37)

условие выполняется.

3 Расчеты и выбор вспомогательного оборудования.

3.1 Выбор насоса

В соответствии с технологической схемой участка пастеризации продукта для перекачивания продукта выбирается шесть центробежных насосов марки Х20/18 с параметрами: подача Q= 5,510^-3 , напор Н= 10,5 (м), частота вращения вала n= 48,3 (с^-1), коэффициент полезного действия _н=0,6 , приводной электродвигатель типа АО2-31-2 мощностью N_н=3квт.

Выбранный насос разрешает достичь геометрической высоты подъема жидкости H_Г11 м с учетом потерь напора на преодоление гидравлического сопротивления теплообменного аппарата Р=84453 Па.

3.2 Расчет объема накопительного резервуара и уравнительного бака для пастеризованного продукта.

Номинальный объем емкости накопительного резервуара и уравнительного бака для исходного раствора пастеризованного продукта и конденсата:

(м³), (3.1) ¹³

Выбирается пять горизонтальных емкостных аппарата.

4 Новизна принятых конструктивных решений

Теплообменные аппараты составляют многочисленную группу теплосилового оборудования, занимая значительные производственные площади и превышая зачастую 50% стоимости общей комплектации в теплоэнергетике, химической, нефтеперерабатывающей и пищевой промышленности, и ряде других отраслей. Поэтому правильный выбор теплообменников представляется исключительно важной задачей.

К настоящему времени можно выделить два наиболее распространенных типа теплообменных аппаратов - кожухотрубные и пластинчатые.

Широко известные традиционные кожухотрубные аппараты, обладая рядом преимуществ, вместе с тем имеют и очень существенные недостатки. В частности - неблагоприятные массогабаритные характеристики, низкие показатели надежности. Эти аппараты почти всегда требуют применения грузоподъемного оборудования, предполагают наличие значительных свободных площадей и далеко не всегда могут быть смонтированы, а тем более заменены при ремонте без демонтажа конструкций здания. Применение в этих аппаратах латунных и гладкостенных труб дополняет неприглядную техническую характеристику. Латунь при определенных условиях (которые почти всегда создаются в теплообменниках, применяемых в отоплении и горячем водоснабжении) подвержена обесцинкованию даже в пресной воде. Цинк попадает в воду горячего водоснабжения, кроме того, происходит разрушение стенок труб.

Но даже и когда эти условия не создаются, усиливается влияние другого отрицательного фактора - образование накипи и иных отложений на стенках труб, что приводит к потере работоспособности аппаратов по критерию "тепловая эффективность".

Следует принять во внимание и достаточно высокие цены на эти аппараты вследствие использования большого количества цветного металла.

На сегодняшний день кожухотрубные теплообменники на порядок уступают пластинчатым теплообменникам.

Сравнение пластинчатых теплообменников с кожухотрубными теплообменниками (см. рис.13)

О

Рисунок 13 - Теплообменники

бычно кожухотрубные теплообменники эффективно используются при давлениях теплоносителя более 25 кгс/см². Но при давлениях до 25 кгс/см² пластинчатые теплообменники являются значительно более эффективными.

При аналогичных параметрах пластинчатые теплообменники в 3-6 раз меньше по габаритам и составляют 1/6 от веса кожухотрубных теплообменников. Таким образом, экономятся не только площади под установку, но и снижаются начальные затраты. Конструкция кожухотрубного теплообменника обеспечивает гораздо меньшие коэффициенты теплопередачи, чем пластинчатого при аналогичной потере давления. Даже в самых лучших кожухотрубных теплообменниках значительные поверхности труб находятся в мертвых зонах, где отсутствует теплопередача. В отличие от кожухотрубных пластинчатые теплообменники могут быть легко разобраны для обслуживания и ремонта без демонтажа подводящих трубопроводов. Для обслуживания пластинчатых теплообменников требуется площадь в 3-6 раз меньше, чем для кожухотрубных.

Основные преимущества использования пластинчатых теплообменников.

1. Экономичность и простота обслуживания.

Характеристики

Список файлов курсовой работы