Кожухотрубний теплообмінник

Міністерство освіти і науки України

Національний університет  харчових технологій

 

 

 

 

 

 

                                                                                Кафедра ПАХВ

 

 

 

 

 

 

 

Пояснювальна записка

до курсового проекту на тему :

«Кожухотрубчастий теплообмінник»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розробив 

студент групи  ТБ-2-3

Юркевич О.Ю.

Перевірив:

Бодров В.С.

 

 

 

                                                     

 

 

 

Київ

2009

                                                             Зміст:

1. Вступ;
2. Вихідні дані;
3. Тепловий розрахунок:
4. Конструктивний і механічний розрахунок:
5. Гідравлічний розрахунок теплообмінника:
6. Розрахунок теплової ізоляції:
7. Техніко-економічний розрахунок:
8. Графік техніко економічного-розрахунку
9. Питання екології при використанні природних ресурсів
10. Екологічні вимоги до розміщення, проектування, будівництва,   реконструкції, введення в дію та експлуатації підприємств, споруд та інших об’єктів
11. Техніка безпеки. Вимоги до території підприємства
12. Охорона праці та протипожежні заходи
13. Висновок
14. Література.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Класифікація теплообмінників

         За способом передавання теплоти усі теплообмінники поділяють на дві великі групи: поверхневі і змішувальні. В поверхневих теплообмінниках обидва теплоносії відокремлені один від одного твердою стінкою або по черзі контактують з однією і тією самою стінкою, яка бере участь у процесі теплообміну й утворює так звану поверхню теплообміну. Залежно від призначення теплообмінного апарата цю поверхню також часто називають поверхнею нагріву або охолодження. У змішувальних теплообмінниках, або апаратах змішування, теплообмін здійснюється внаслідок безпосереднього контакту і змішування гарячого й холодного теплоносіїв.

        Поверхневі теплообмінники, у свою  чергу, поділяють на рекуперативні  і регенеративні. В рекуперативних апаратах один бік поверхні теплообміну весь час омиває гарячий теплоносій, а другий — холодний. Теплота від одного теплоносія до другого передається крізь стінку з теплопровідного матеріалу, що їх розділяє. Напрямок теплового потоку в стінці лишається незмінним. У регенеративних апаратах одна й та сама поверхня теплообміну поперемінне омивається то одним, то другим теплоносієм. У період нагрівання, тобто під час контакту з гарячим теплоносієм, у твердих тілах (насадці), що заповнюють апарат, акумулюється теплота, яка в період охолодження віддається рухомому холодному теплоносію. Напрямок потоку теплоти в стінках періодично змінюється. /

         У харчовій промисловості для  нагрівання й охолодження використовують переважно рекуперативні теплообмінники. Тому далі під назвою «поверхневі теплообмінники» або просто «теплообмінники» ми розумітимемо рекуперативні теплообмінники.

          Теплообмінники класифікують так:

1)             за видом теплоносіїв залежно  від агрегатного стану їх — парорідинні, рідиннорідинні, газорідинні, газогазові, парогазові;

2)              за конфігурацією поверхні теплообміну  — трубчасті апарати з прямими трубками, трубчасті апарати з II-подібним трубним пучком, спіральні, пластинчасті, змійовикові, ребристі;

3)                за компонуванням поверхні нагріву  -- кожухотрубні, типу «труба в  трубі», зрошувальні, заглибні, оболонкові.

Крім зазначених основних класифікаційних ознак теплообмінних  апаратів, останні можна також класифікувати за рядом додаткових ознак. Усі теплообмінні апарати поверхневого типу можна класифікувати залежно від напрямку потоків теплоносіїв:

1)              прямотечійні, коли обидва теплоносії  рухаються паралельно в одному  напрямку;

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

3)                  з перехресною течією -- теплоносії  рухаються взаємно перпендикулярно;

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

         Теплообмінні апарати можна також класифікувати за призначенням (підігрівники, охолодники тощо), за кількістю ходів теплоносія і т.д.

         Кожухотрубні теплообмінники найпоширеніші в харчовій промисловості, дають можливість створювати великі поверхні теплообміну в одному апараті, прості у виготовленні й надійні в експлуатації.

На рис. VII.2 зображено схему вертикального кожухотрубного однохо-дового теплообмінника, що складається з корпусу /, приварених до нього нерухомих трубних решіток 2, пучка труб 3, кінці яких закріплені в трубних решітках розвальцюванням або зварюванням. До трубних решіток прикріплені кришки 4. Один з теплоносіїв (/) рухається всередині труб, а другий (//) — у просторі між кожухом і трубами (в міжтрубному просторі).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. VII.2. Схема кожухотрубного Рис. VII.3. Схема кожухотрубного

одноходового  теплообмінника багатоходового теплообмінника

 

     Через малу  швидкість руху теплоносіїв одноходові  теплообмінники працюють з низьким коефіцієнтом тепловіддачі. Щоб збільшити швидкість руху теплоносіїв, застосовують багатоходові теплообмінники (рис. VII.3), в яких пучок труб за допомогою поперечних перегородок /, встановлених у кришках, розділений на кілька секцій (ходів), по яких теплоносій / проходить послідовно. Швидкість руху теплоносія // 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.

Іноді труби розміщують по периметрах квадратів (рис. VII.4, б) або по концентричних колах (рис. VII.4, в).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. VII.4. Схеми розміщення труб у трубних решітках

 

 

Рис. VII.5. Схеми кожухотрубних теплообмінників з компенсаторами температурних подовжень

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. VII.5, а зображено теплообмінник з лінзовим компенсатором З на корпусі /. Температурні деформації компенсуються осьовим стисканням або розширенням цього компенсатора. Такі теплообмінники використовують при температурних деформаціях, що не перевищують 15 мм, і при тисках у міжтрубному просторі до 6 • 10⁵ Па.

Якщо треба забезпечити  значні переміщення труб і кожуха, використовують теплообмінники з ІІ-подібними трубками 2 (рис. VII.5, 6}, обидва кінці яких закріплені в одній трубній решітці. Кожну трубу можна вільно подовжувати незалежно від інших. Недоліком такого теплообмінника є складність очищення внутрішньої поверхні труб.

     Різноманітність конструкцій теплообмінників, а також вимог, що до них ставляться, утруднюють вибір апаратів для різних конкретних умов перебігу процесу. Звичайно жодна з конструкцій не відповідає цілком усім вимогам і доводиться обмежуватись вибором такої, що задовольняє лише основні вимоги.

    В одноходових кожухотрубних теплообмінниках досить великої швидкості в трубах, а отже, і високого коефіцієнта тепловіддачі можна досягти тільки при значних витратах середовища, що в них рухається. Це пояснюється відносно великим сумарним поперечним перерізом труб. Тому такі апарати застосовують, коли швидкість процесу визначається коефіцієнтом тепловіддачі в міжтрубному просторі, а також як кип'ятильники.

 

     Багатоходові за простором,  що розміщений усередині труб, кожухотрубні теплообмінники застосовують переважно як парорідинні підігрівники і конденсатори. Тоді взаємний напрямок руху теплоносіїв не впливає на значення середньої рушійної сили..

     Теплообмінні  апарати усіх типів мають працювати  в оптимальних теплових режимах, що відповідають поєднанню заданої продуктивності та інших показників технологічного процесу з мінімальною витратою теплоти.

 

НАГРІВАННЯ І ОХОЛОДЖЕННЯ

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, називають теплообмінниками. За технологічним призначенням та конструктивним оформленням такі апарати досить різноманітні.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                    Вихідні дані:

Продуктивність апарата              

Температура виноградного соку:

на вході в апарат       

на виході із апарата      

Температура води:

на вході в апарат       

на виході із апарата      

       Швидкість руху води               

       Швидкість руху виноградного соку   

Висота трубок        

Внутрішній діаметр трубок      

Зовнішній діаметр трубок      

Товщина стінки        

Матеріал з якого виготовленні трубки – мідь

Ціна  поверхні теплообміну апарату          

Кількість годин роботи теплообмінника в році   

Річна частина амортизаційних відрахувань  

Ціна  електроенергії                         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Тепловий  розрахунок

1.1 Визначення середньої  температури                         

              / = 1,2 ≤ 2

Отже

=(42+35)/2=38,5   

= (30+65)/2=47,5                       

1.2 Теплофізичні властивості виноградного соку:

густина

теплоємність 

коефіцієнт теплопровідності

в’язкість

1.3 Теплофізичні властивості води

густина

теплоємність 

коефіцієнт теплопровідності

в’язкість

1.4 Визначаємо витрати тепла на охолодження спиртової пари (теплове навантаження).

         = x×Ġ×C(t_n2 – t_k2) = =

       

                                      

1.5 Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від стінки до нагріваючої рідини .

Для цього знаходимо критерій :

                

 

 

                   

          

       

                       

    

                             

                                                              1.6 Знаходимо коефіцієнт тепловіддачі від води до стінки.

                             , де        

                      

   1.7 Знаходимо коефіцієнт теплопередачі.

Приймаємо, що труби зроблені з міді і товщиною стінки

     1.8 Визначаємо площу поверхні нагрівання теплообмінника.

                     

 

 

 

 

 

 

2 Конструктивний і механічний  розрахунок

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

Швидкість руху спиртової пари в трубках

Площа поверхні теплообміну 

Робоча довжина труб 

2.1 визначаємо площу перерізу пучка труб

2.2 визначаємо число  трубок одного ходу

2.3 визначаємо загальну  довжину трубок при умові одного  пучка.

                

 

2.4 Визначаємо число ходів в теплообміннику.

2.5 Загальне число труб  в апараті становить:

2.6 Крок між трубами  (відстань між осями труб) в  залежності від  складає    

 

                               

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Патрубок для входу води

• Патрубок для виходу води

• Для спиртової пари на вході