Теплообмінні апарати

Зміст

 

Вступ

   1. Теплообмінні апарати

  1.1.Теплообмінні процеси в теплообмінниках

  1.2.Класифікація теплообмінників, технологічне призначення

  1.3.Порівняльна характеристика теплообмінних апаратів

 

  1.4 Кожухотрубні  теплообмінники

   2. Місце і призначення кожухотрубного теплообмінника в технологічній схемі

   3.Розрахунки

 3.1.1.Тепловий розрахунок теплообмінника при швидкості   

 3.1.2.Розрахунок коефіцієнта теплопередачі при швидкості   

           0,5 м/с                           

                      3.1.3.Конструктивний розрахунок теплообмінника при                                                                                                                                                            

          швидкості 0,5 м/с (перша частина)                           

   3.1.4.Гідравлічний розрахунок теплообмінника

   3.1.5.Техніко-економічний розрахунок теплообмінника

                       3.2.1.Розрахунок коефіцієнта теплопередачі при швидкості   

           1 м/с                           

   3.2.2.Конструктивний розрахунок теплообмінника при                                                                                                                                                            

          швидкості 1 м/с (перша частина)                           

    3.2.3.Гідравлічний розрахунок теплообмінника

  

3.2.4.Техніко-економічний  розрахунок телообмінника   

  3.3.1.Розрахунок коефіцієнта теплопередачі при швидкості   

           1,5 м/с                             

       3.3.2.Конструктивний розрахунок теплообмінника при                                                                                                                                                            

          швидкості 1,5 м/с (перша частина)                           

        3.3.3.Гідравлічний розрахунок теплообмінника

        3.3.4.Техніко-економічний розрахунок теплообмінника    

       3.4.   Діаграма економічних розрахунків   

       3.5.   Конструктивний розрахунок теплообмінника (друга  частина)                                                         

       3.6.    Розрахунок теплової ізоляції

       4. Екологічні вимоги до експлуатації апарату

          5.Техніка безпеки. Вимоги до території підприємства

  6.Охорона праці та протипожежні заходи

 Висновки

  Список використаної літератури

 

  

 

   

 

 

 

Вступ

Нагрівання й охолодження рідин  і газів належать до найпоширеніших процесів у різних галузях харчової промисловості. Залежно від температурних  та інших умов ведення процесу  застосовують різноманітні методи нагрівання й охолодження. Для кожного конкретного  процесу доводиться вибирати технологічно та економічно найдоцільніший метод  нагрівання і відповідні теплоносії.

Апарати, призначені для нагрівання й охолодження, називаються теплообмінниками. За технологічним призначенням та конструктивним оформленням такі апарати досить різноманітні.

Найважливішими задачами розрахунку теплообмінних апаратів є визначення поля температур, а також знаходження  потоків теплоти, визначення площі  теплообмінної поверхні, необхідної для передачі потрібної кількості, або з метою визначення температур теплоносіїв і кількості теплоти, що передається в теплообміннику заданої конструкції і поверхні теплообміну. Розрахована величина кожного з параметрів може бути реалізована  різними способами конструктивного  оформлення теплообмінної апаратури. Різноманітні варіанти оформлення теплообміну  зазвичай виявляються нерівноцінними за багатьма показниками, тому важливий вибір оптимального варіанту.

Отже, дана курсова робота спрямована на розрахунок оптимального варіанту кожухотрубного теплообмінника, який повинен забезпечити підігрівання рідини до певної температури та з певною продуктивністю, з найменшими затратами на виготовлення теплообмінника та на його експлуатацію.

 

1.Теплообмінні  апарати

1.1.Теплообмінні процеси в теплообмінниках

        Теплообмінними апаратами, чи теплообмінниками, називаються апарати для передачі теплоти від більш нагрітого теплоносія до менш нагрітого через стінку. Теплообмін застосовується на підприємствах харчової промисловості для нагрівання або охолодження різних середовищ при проведені технологічних процесів.

Розглянемо  деякі типові випадки теплообміну  в різних теплообмінниках:

а) теплообмін у сорочкових теплообмінниках. З боку нагріваючих чи 
охолоджуючих продуктів - вільна конвекція чи примусове перемішування 
мішалкою; з боку робочого середовища, що знаходиться в сорочці ,- 
конденсація на вертикальній і сферичній поверхнях при паровому обігріві, 
обтікання циліндра і сфери при рі6дкому середовищі і рух рідини у вузьких 
каналах

б) теплообмін у кожухотрубних теплообмінниках. У трубному просторі - 
тепловіддача при змушеному перехідному, ламінарному чи турбулентному 
режимі, у між трубному просторі при паровому обігріві - конденсація на 
вертикальній поверхні чи зовні горизонтальних труб, при рідинному обігріві 
чи охолодженні поздовжнє, поперечне чи змішане обтікання пучка труб (у 
залежності від системи між трубних перегородок)

в) теплообмін у заглибних теплообмінниках. В середині труб при паровому 
обігріві - конденсація, при рідкому середовищі - змушений рух у різних 
режимах з підвищенням інтенсивності тепловіддачі в змійовиках за рахунок 
поворотів потоку. Ззовні труб - як правило вільна конвекція, при наявності 
мішалок - змушене обтікання труб.

 

1.2. Класифікація теплообмінників,  технологічне

призначення

Технологічне призначення теплообмінників  різноманітне. Як правило, розрізняють:

• теплообмінники, у яких передача тепла є основним процесом,
• реактори, у яких тепловий процес відіграє допоміжну роль Класифікація теплообмінників можлива за різними ознаками:               1.3а способом передачі тепла розрізняються теплообмінники:                  -змішування, у яких робітничі середовища безпосередньо стикаються

або перемішуються,

-поверхневі теплообмінники - рекуперативні,  в яких один бік поверхні  теплообміну весь час омиває  гарячий теплоносій, а другий - холодний; регенеративні, в який одна  і та сама поверхня теплообміну  поперемінно омивається то одним,  то другим теплоносієм.

2.3а призначенням:

-випарні;

-холодильники;

-конденсатори.

3. За видом теплоносіїв залежно  від агрегатного стану:

-рідинно-рідинні  - при теплообміні між двома  рідкими середовищами;

-паро-рідинні - при теплообмінні  між парою і рідиною (парові  підігрівники, конденсатори);

-газо-рідинні - при теплообмінні  між газом і рідиною (холодильники  для повітря);

-газо-газові - при теплообмінні між газовими  середовищами;

-паро-газові - при теплообмінні між парою  та газом.

4.3а тепловим режимом розрізняють теплообмінники:

-періодичної дії, у яких спостерігається  нестаціонарний тепловий процес,

 

-безперервної  дії - зі сталим у часі процесом.

У теплообмінниках переодичної  дії тепловій обробці піддається окрема порція (завантаженого) продукту і його кількості параметри процесу  безперервно варіюють, у робочому режимі апарата в часі.

При безперервному процесі параметри  його також змінюються, але уздовж проточної частини апарата, замикаючись  постійним в часі в даному переризі потоку. Безперервний процес характеризується сталістю теплового режиму і витрати  робочого середовища, що протікають через  теплообмінник.

Усі теплообмінні апарати поверхневого типу можна класифікувати залежно  від напрямку потоків теплоносіїв:

-прямотечійні, коли обидва теплоносії  рухаються паралельно в одному  напрямку;

-протитечійні, коли обидва теплоносії  рухаються в протилежних напрямках  назустріч один одному;

-з      перехресною      течією теплоносії      рухаються      взаємно

перпендикулярно;

-із складнішими схемами різного  поєднання прямотечії, протитечії  і перехресної течії.

Як теплоносій найбільш широко застосовується 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 і конденсат віддаляється окремо від продукту за допомогою  водовідвідників. Водяна пара, як теплоносій, має безліч переваг: легкість транспортування  по трубах, регулювання температури, високою інтенсивністю тепловіддачі та ін. Застосування пари особливо вигідно  при використанні, коли з продукту вода направляється у вигляді  пари, що гріє інші випарні апарати  і підігрівники.

Обігрів гарячою водою і рідинами також має широке застосування і  вигідне при вторинному використанні. Тепло конденсатів і рідини, що по

 

ходу  технологічного процесу нагріваються до високої температури. У порівнянні з паром, рідинний підігрів менш інтенсивний. Однак регулювання процесу і  транспорт рідини так само зручний, як і при паровому обігріві.

Загальним недоліком парового і  водяного обігріву є швидкий ріст тиску з підвищенням температури. В умовах технологічної апаратури  харчових виробництв при паровому і водяному обігріві найвищі температури обмежені 150-160°С, що відповідає тиску 0.5-0.7 МПа.

В окремих випадках (у консервній промисловості) застосовується масляний обігрів, що дозволяє при атмосферному тиску досягти температур до 200 С  у печах, сушильних установах. Газовий  обігрів має велику кількість  недоліків: труднощі регулювання і  транспортування теплоносія, малою  інтенсивністю теплообміну, забрудненням поверхні апаратури (при використанні топкових газів) і 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  і холодоагентів, теплові і масообміні процеси підлеглі в основному  технологічному процесу виробництва, заради якого створюється теплообмінні апарати й установки. Тому рішення  задач оптимізації теплообміну  підлеглі умовам раціонального технологічного процесу.

Для нагрівання та охолодження рідких середовищ розроблені теплообмінники різноманітних конструкцій. Одним  з них є кожухотрубний теплообмінник, конструкція якого розглядається в даній курсовій роботі. Такі теплообмінники широко застосовуються в харчовій промисловості.

 

1.3. Порівняльна  характеристика теплообмінних апаратів

Конкретна задача нагрівання и охолодження  даного продукту може бути вирішена за допомогою різних теплообмінників. Конструкцію теплообмінника варто  вибирати, виходячи з наступних основних вимог, пропонованих до теплообмінних  апаратів.

Найважливішою вимогою є відповідність  апарата технологічному процесу  обробки даного продукту, це досягається  за таких умов:

• підтримка необхідної температури процесу,
• забезпечення можливості регулювання температурного режиму,
• відповідність робочих швидкостей продукту мінімально необхідної тривалості перебування продукту в апараті,
• вибір    матеріалу   апарата   відповідно   до   хімічних    властивостей продукту,
• відповідність апарата тискам робочих середовищ.

Другою вимогою є висока ефективність (продуктивність) і економічність  роботи апарата, зв'язані з підвищенням  інтенсивності теплообміну й  одночасно з дотриманням оптимальних  гідравлічних опорів апарата. Ці вимоги звичайно виконуються при дотриманні наступних умов:

• достатні швидкості однофазних робочих середовищ для здійснення турбулентного режиму,
• сприятливий відносний рух робітничих середовищ (звичайно краще протиток);

 

• забезпечення оптимальних умов для відводу конденсату і газів, що не конденсуються (при паровому обігріві);
• поверхні нагрівання;
• запобігання можливості забруднення і легке чищення поверхні нагрівання, мікробіологічна чистота й ін.