Расчет и проектирование вертикального кожухотрубного теплообменника для пастеризации продукта
Министерство аграрной политики Украины
Сумский национальний аграрный университет
Кафедра технологического оборудования пищевых производств
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине “Процессы и аппараты пищевых производств”
Тема работы: Расчет и проектирование вертикального кожухотрубного теплообменника для пастеризации продукта.
Руководитель проекта
Студент
Группа
Юхименко Н. П.
Калюжный Д.В.
ТМЯ-0503-1
2007
Министерство аграрной политики Украины
Сумский национальний аграрный университет
Кафедра технологического оборудования пищевых производств
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
по дисциплине “Процессы и аппараты пищевых производств”
Тема работы: Расчет и проектирование вертикального кожухотрубного теплообменника для пастеризации продукта.
Руководитель проекта
Студент
Группа
Юхименко Н.П.
Калюжный Д.В.
ТМЯ-0503-1
2007
Министерство аграрной политики Украины
Сумский национальний аграрный университет
Кафедра технологического оборудования пищевых производств
Задание на курсовой проект
по дисциплине „Процессы и аппараты пищевых производств
Студенту Калюжному Д. В. группы ТМЯ-0503-1 II курса
1. Тема курсового проекта “Расчет и проектирование вертикального кожухотрубного теплообменника для пастеризации продукта”
2. Основные начальные данные: Расчитать и спроектировать вертикальный кожухотрубный теплообменник (G=2,8 ) для пастеризации продукта от начальной температуры t1=12 0C до конечной температуры t2=70 0C. Продукт попадает в трубное пространство принудительно с помощью насоса и движется по трубам со скоростью w=2,0 , горячий теплоноситель (греющий водяной пар) попадает в межтрубное пространство с tп=140 0С
3. Перечень обязательного графического материала: технологическая схема участка пастеризации продукта, сборочный чертеж теплообменника кожухотрубного, всего 1,25 листа формата А1.
4. Рекомндуемая специальная литература: процессы и аппараты пищевых производств; Расчет и проектирование теплообменников; методические указания к выполнению курсового проекта/Сумы: Сумский национальный аграрный университет, 2002. – 26 с.
5. Срок выполнения ____________________________________
6. Срок защиты _______________________________________
7. Дата выдачи задания «___» _______________ 2007р.
Руководитель проекта
Юхименко Н. П.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 Теоретические основы теплообменного процесса. Выбор конструкции аппарата
1.1 Одноходовой кожухотрубный теплообменник
1.2 Общие сведения о развальцовке труб теплообменника
2 Расчетно-конструкторская часть
1. Тепловой расчет аппарата
2. Конструктивный расчет аппарата
3. Гидравлический расчет аппарата
4. Расчеты на прочность
3 Расчеты и выбор вспомогательного оборудования
3.1 Выбор насоса
3.2 Выбор резервуаров
4 Новизна принятых конструктивных и технологических решений
ВЫВОД
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение А. Кожухотрубный теплообменник
ВВЕДЕНИЕ
Рациональное и эффективное использование тепловой энергии является сегодня определяющим фактором в выборе стратегии технического и технологического перевооружения предприятий.
Качество, цена, надежность, экономичность и доступность сервисного обслуживания – вот те критерии, на которые ориентируется большинство организаций, принимающих решение о закупке необходимого оборудования. В этой связи не вызывает сомнений актуальность высококачественных теплообменных кожухотрубных аппаратов находящим самое широкое применение в пищевой, нефтехимической, химической промышленности, в ЖКХ, энергетике.
Ясность, наглядность и очевидность технико-экономических преимуществ новейших технических и технологических решений по сравнению с морально устаревшим оборудованием является основным и необходимым условием, которое должно учитываться при выборе соответствующего оборудования. Но самым важным критерием выбора аппарата является его экономическая обоснованность. Экономия теплоресурсов позволяет снизить цену на изготвляемую продукцию, что не мало важно в условиях жесткой конкуренции.
1 Теоретические основы теплообменного процесса. Выбор конструкции аппарата
Тепловые процессы — технологические процессы, которые протекают со скоростью, обусловленной законами теплопередачи.
Теплообменные аппараты — аппараты, предназначенные для проведения тепловых процессов.
Теплоносители — тела (среды), которые принимают участие в теплообмене.
Существует три способа переноса тепла: теплопроводность, конвективный теплообмен и тепловое излучение.
Теплопроводность – явление переноса тепловой энергии непосредственным контактом между частичками тела.
Конвективный теплообмен – процесс распространения в следствии движения жидкости или газа.
Естественная (свободная) конвекция обусловлена разностью плотности в разных точках объема теплоносителя, который возникает вследствие разности температур в этих точках.
Вынужденная конвекция обусловлена принудительным движением всего объема теплоносителя.
Тепловое излучение – процесс передачи тепла от одного тела к другому, распространением электромагнитных волн в пространстве между этими телами.
Теплоотдача — процесс переноса тепла от стенки до теплоносителя или в обратном направлении.
Теплопередача — процесс передачи тепла от более нагретого менее нагретому теплоносителю через разделяющую их поверхность или твердую стенку.
При проектировании теплообменных аппаратов тепловой расчет сводится к определению необходимой поверхности теплообмена F, (м2), по основному уравнению теплопередачи:
, (1.1)
где
Q – тепловая нагрузка теплообменника, (Вт);
Dtср – средняя разность температур, (0С);
К – коэффициент теплопередачи, .
Коэффициент теплопередачи показывает, какое количество теплоты передается от горячего теплоносителя к холодному за 1 с через 1 м2 стенки при разности между теплоносителями, равной 1 град.
Тепловую нагрузку теплообменника определяют из уравнения теплового баланса. Если пренебречь потерями тепла к окружающей среде, которые обычно не превышают 5%, то уравнение теплового баланса будет иметь вид:
Q=Q1=Q2, (1.2)
где
Q1 и Q2 – количество тепла, которое отдал горячий теплоноситель и которое передано холодному теплоносителю соответственно, (Вт).
Во время теплообмена между теплоносителями уменьшается энтальпия (теплосодержание) горячего теплоносителя и увеличивается энтальпия холодного теплоносителя. Уравнение теплового баланса (1.2) в развернутом виде:
Q=G1(i1п-i1к) =G2(i2к-i2п), (1.3)
где
G1 и G2 – затрата горячего и холодного теплоносителя соответственно, ;
i1п, i1к – начальная и конечная энтальпии горячего теплоносителя, ;
i2п, i2к – начальная и конечная энтальпии холодного теплоносителя, .
Если во время теплообмена не изменяется агрегатное состояние теплоносителей, энтальпии последних приравнивают произведению теплоемкости на температуру и тогда уравнение теплового баланса (1.3) будет иметь вид:
Q=G1c1(t1п-t1к) =G2c2(t2к-t2п), (1.4)
где
c1 и с2 – средние удельные теплоемкости горячего и холодного теплоносителей соответственно, ;
t1п, t1к – температуры горячего теплоносителя на входе в аппарат и на выходе из него, (0С);
t2к, t2п – температуры холодного теплоносителя на выходе из аппарата и на входе в него, (0С).
Из уравнения (1.4) можно найти затраты горячего или холодного теплоносителей при известных значениях других параметров. В случае использования в качестве горячего теплоносителя насыщенного водяного пара величин i1п, , и i1к, , в уравнении (1.3) будут соответственно энтальпиями пара, который поступает, и конденсата, который выходит из теплообменника. Уравнение теплового баланса, предполагая, что отдача тепла при охлаждении пара к температуре конденсации и при охлаждении конденсата незначительная:
