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

Текст из файла

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Тихоокеанский государственный экономический университет

Кафедра пищевой биотехнологии

Курсовой проект по дисциплине

Процессы и аппараты химической технологии

Тема: «Расчет кожухотрубного теплообменника для стерилизации молока»

Студентка Аржаева А. И.

Группа 441 Пб

Руководитель: доцент Фищенко Е. С.

Владивосток 2007

Содержание

Введение

I.Теоретическая часть. Теплообменные процессы

II.Описание технологической операции

Задание

1. Тепловой расчет

2. Гидравлический расчет

3. Расчет тепловой изоляции

4. Механический расчет

Список использованной литературы

Введение

Любой технологический процесс, несмотря на различие методов, представляет собой ряд взаимосвязанных типовых технологических стадий, протекающих в аппаратуре определенного класса. Однако высокие требования к качеству продукции, эффективности производства, снижению его энерго- и материалоемкости, охране окружающей среды определяли специфику, отличающую эти технологические стадии получения пищевых продуктов и аппаратурно-технологическое оформление от подобных процессов в других отраслях народного хозяйства.

Процессы в пищевой технологии в большинстве своем сложны и зачастую представляют собой сочетание гидродинамических, тепловых, массообменных, биохимических и механических процессов.

Технологический процесс в пищевой технологии необходимо анализировать, рассчитать его, определить оптимальные параметры, разработать и рассчитать аппаратуру для его проведения. В нем изучаются закономерности масштабного перехода от лабораторных процессов и аппаратов к промышленным. Знание этих закономерностей необходимо для проектирования и создания современных многоэтажных промышленных процессов пищевой технологии.

Теплоиспользующие аппараты, применяемые в пищевых производствах для проведения теплоообменных процессов, называются теплообменниками. Теплообменники характеризуются разнообразием конструкций, которое объясняется различным назначением аппаратов и условиями проведения процессов.

По принципу действия теплообменники делятся на рекуперативные, регенеративные и смесительные (градирни, скрубберы, конденсаторы смешения и т. д.).

В рекуперативных теплообменниках теплоносители разделены стенкой и теплота передается от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку.

В регенеративных теплообменниках одна и та же теплообменная поверхность омывается попеременно горячим и холодным теплоносителями.

В смесительных аппаратах передача теплоты происходит при непосредственном взаимодействии теплоносителей.

І. Теоретическая часть. Теплообменные процессы

Теплообмен – самопроизвольный, необратимый процесс переноса теплоты от более нагретых тел (или участков тел) к менее нагретым.

Теплота (количество теплоты) – энергетическая характеристика процесса теплообмена, которая определяется количеством энергии, отдаваемой или получаемой в процессе теплообмена.

Теплообменные процессы – это процессы, связанные с переносом теплоты от более нагретых тел к менее нагретым. К ним относятся процессы нагревания, пастеризации, стерилизации, охлаждения, конденсации, выпаривания и т. п. Скорость тепловых процессов определяется законами теплопередачи.

В процессах теплопередачи участвует не менее двух сред (веществ) с различными температурами. Среда с более высокой температурой, отдающая при теплообмене теплоту, называется горячим теплоносителем, среда с более низкой температурой, воспринимающая теплоту, называется холодным теплоносителем (хладагентом). Теплоносители и хладагенты должны быть химически стойкими, не вызывать коррозии аппаратуры, не образовывать отложений на стенках аппаратов. В качестве теплоносителей в пищевой промышленности наибольшее распространение получили насыщенный водяной пар, вода, дымовые газы, а в качестве хладагентов – аммиак, фреоны, рассол хлорида кальция, воздух, азот. Выбор теплоносителя или хладагента определяется их назначением, температурами процесса, стоимостью.

К теплообменным относят такие технологические процессы, скорость которых определятся скоростью подвода или отвода теплоты: нагревание, испарение (в том числе выпаривание), охлаждение, конденсация.

ІІ. Описание технологической операции

Молоко, из которого производят молочные продукты, должно быть пастеризовано для уничтожения в молоке патогенных бактерий и нежелательных вегетативных форм вредных для этих продуктов, а в некоторых случаях и стерилизовано. Эффективность стерилизации зависит от температуры и времени воздействия на молоко.

Температурная обработка молока установлена стандартами и преследует две цели: соблюдение гигиенических требований для охраны здоровья, повышение стойкости молока при хранении.

Стерилизация молока – способ термической обработки молока при температуре выше 100⁰С с целью уничтожения вегетативных клеток и большинства спор бактерий. Стерилизованное молоко должно отвечать требованиям промышленной стерильности, т.е. в нем не должно содержаться патогенных и токсигенных микроорганизмов, а также микроорганизмов – возбудителей порчи. Поэтому готовят стерилизованное молоко из сырья высокого качества, в котором содержание спор бактерий не должно превышать 100 КОЕ в 1 см³ сырого молока. В стерилизованном молоке допускается наличие небольшого количества спор бактерий, которые не размножаются и не вызывают изменений в продукте на протяжении всего срока хранения.

Существует 3 способа стерилизации молока:

• пастеризация при 75⁰С стерилизация при 135-140⁰С в потоке охлаждение до 70⁰С розлив в стерильные бутылки стерилизация при 116-120⁰С;

• стерилизация в потоке при 140⁰С охлаждение асептический розлив в стерильные пакеты;

• пастеризация при 800С стерилизация в потоке при 1400С асептический розлив в стерильные пакеты.

Наиболее современным и распространенным способом производства стерилизованного молока является способ однократной стерилизации молока в потоке с последующим розливом.

Микробиологический контроль стерилизованного молока осуществляется не реже 2-3 раз в неделю. Отобранные образцы должны соответствовать требованиям промышленной стерильности. Для определения промышленной стерильности образцы со стерилизованным молоком термостатируют при 37⁰С в течение 3 суток. После термостатной выдержки проводят осмотр образцов продукта.

При наличии вздутия упаковки или изменения внешнего вида молока в бутылках (наличия сгустка, хлопьев, отстоя сыворотки и др.) упаковки считают несоответствующими требованиям промышленной стерильности. Упаковки без внешних дефектов вскрывают, а продукт анализируют органолептически. Продукт отвечает требованиям промышленной стерильности если не установлено изменений вкуса и консистенции.

Для обработки молока в закрытом потоке при высоких скоростях его движения служат трубчатые стерилизационные установки.

Недостатки трубчатых стерилизационных установок - высокая металлоемкость и большие габаритные размеры по сравнению с пластинчатыми при равной производительности; необходимость значительного свободного пространства со стороны торцов цилиндрических теплообменных секций для работы длинными ершами при чистке и мойке аппарата; отсутствие секций для рекунерации теплоты, что снижает экономичность работы и сужает область применения этих теплообменников.

Вследствие малой скорости движения теплоносителей одноходовые теплообменники работают со сравнительно невысоким коэффициентом теплопередачи. Повышение этого коэффициента может быть достигнуто путем применения трубок небольшого диаметра, в которых продукт будет двигаться с большей скоростью. Однако это часто приводит к необходимости создавать многокорпусные или многоходовые аппараты.(Лунин)

Многоходовые кожухотрубчатые теплообменники чаще всего используют в качестве парожидкостных подогревателей, в которых жидкость пропускают по трубкам, имеющим несколько ходов. Как правило, они могут иметь жескую конструкцию.

Задание

Спроектировать кожухотрубный теплообменник для нагревания G, кг/с, продукта от начальной температуры t^н₂ до конечной t^к₂ теплоносителем с начальной температурой t^н₁ и конечной температурой t^к₁.

Исходные данные для расчета:

Производительность G₁ = 3,36 кг/с

Начальная температура молока t^н₂ = 8ºC

Температура пастеризации t₃ = 100,2ºC

Конечная температура молока t^к₂ = ºC

Коэффициент рекуперации тепла ε = 0,8.

Начальная температура водяного пара t^н₁ = 130ºC

Конечная температура водяного пара t^к₁ = 100ºC

Степень сухости водяного пара x = 0,9

Общее допустимое гидравлическое сопротивление Р = 0,22 МПа

Средняя удельная теплоемкость молока с_м = 3890,9 Дж/ (кг∙ºС)

Плотность молока ρ_м = 1032,5 кг/ м³

1. Тепловой расчет

1. Определяем среднюю температуру продукта (молока) в подогревателе:

t_м = 0,5(t_н1 + t_н2)

t_м = (100,2+8)/2 = 54,1^°С.

1. Из таблицы 11[1] определяются физические свойства молока при tм:

с_р = 3,875 кДж/(кг*К),

ρ = 1014 кг/м³,

λ = 0,593 Вт/(м*К),

ν = 0,76*10^-6 м²/с,

Ρr = 5.

1. По таблице 11.2 [6] по давлению водяного пара Р определяем характеристики насыщенного пара:

энтальпия пара ί^″= 2707 кДж/кг,

энтальпия конденсата ί^′ = 504,8 кДж/кг.

1. Количество тепла, необходимое для подогрева продукта (молока) до заданной температуры, т. е. до 100,2°С:

Q = G*c_р*(t_к2 – t_н2)φ_n, кВт,

Q = 3,36*3,875*(100,2-8)*1,04 = 1248,5 кВт,

где φ_n – поправочный коэффициент, φ_n = 1,03-1,05.

1. Средний логарифмический напор, создаваемый в теплообменнике между горячим и холодным теплоносителями рассчитывается:

Δt_ср = (Δt_б – Δt_м)/2,3lg (Δt_б/Δt_м),

где Δt_б = t_1н – t_2н = 130-8 = 122^°С, Δt_м = t_2к - t_1н = 100,2 – 100 = 0,2^°С.

Δt_ср = (122 – 0,2)/(2,3lg122/0,2) = 18,98 ≈ 20^°С.

1. Задаем скорость движения продукта в трубах при условии, что скорость движения в трубах лежит в пределах ω = (0,6-1,5), м/с: ω^′ = 1м/с.

2. Задаем наружный и внутренний диаметры трубок, учитывая, что внутри трубок протекает продукт, а снаружи трубки омываются паром:

d_н = 35 мм, d_вн = 25 мм.

1. Определяем необходимое количество трубок для обеспечения данной скорости продукта в одном ходу:

n^′ = 1,27*G/d_вн²*ω^′*ρ

n^′ = 1,27*3,36 / (0,025)² *1*1014 = 4,2672/0,634 = 6,73.

Значение n^′ округляем до целого десятка n = 10 трубок.

1. Уточняем скорость движения продукта по трубам по округленному числу n:

ω = 3600*G/2825* d_вн² * ρ, м/с,

ω = 3600*3,36 / 2825*(0,025)² *1014*10 = 12096/17903,4 = 0,68 м/с.

1. Определяем значение коэффициента теплоотдачи молока α2:

α₂ = Νu*λ/d_вн,

Νu = 0,0225*Re^0,8 * Pr^0,4,

Re = ωd_вн /ν,

Re = 0,68*0,025/0,76*10^-6 = 22368 > 10000, следовательно, имеет место турбулентный режим.

Νu = 0,0225*(22368)^0,8 * 5^0,4 = 129,014,

α₂ = 129,014*0,593 / 0,025 = 3060,2 Вт/(м² *К) = 3,06 кВт/(м²*К).

1. Необходимая поверхность для нагрева продукта с учетом возможности загрязнений:

F = Q/ α₂ * Δt_ср * ή_з,

где ή_з – коэффициент загрязнений (ή_з = 0,7-0,9),

F = 1248,5 / 3,06*20*0,8 = 1248,5/48,96 = 25,5 м².

Выбираем тип теплообменника ТК ГОСТ 15118-79 для нагревания – охлаждения.

1. Исходя из того, что длина теплообменника лежит в пределах 1,5-4 м, для компоновки трубного пучка принимается число ходов продукта по трубам подогревателя, число ходов может быть 2, 4, 6 (в первом приближении принимается произвольно). Пусть Zм = 6.

2. Средняя длина трубки одного хода:

l´ = F / π* d_н * Z_м, м,

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов курсовой работы