Теплообменная установка для охлаждения виноградного сока производительностью 6100 кг/час

Определив критерий Нуссельта, можно определить коэффициент теплоотдачи по формуле, учитывая, что коэффициент теплопроводности воздуха при 20°С ( ), :

2. Находим площадь поверхности внешней трубы теплообменника:

3. Теперь мы  можем найти величину теплового  потока, теряемого в окружающую  среду неизолированной внешней  поверхностью корпуса теплообменника  по уравнению:

где температура стальной стенки принимается равной средней температуре теплоносителя (вода), т.е. =60С:

Что составляет 2,37% от действительного значения теплового потока, переданного холодному теплоносителю, что не превышает 5%, следовательно, использование тепловой изоляции экономически не целесообразно. Учитывая, что температура внешней стенки внешней трубы составляет 60°С, что превышает допустимое значение в 40°С, для обеспечения безопасности эксплуатации теплообменной установки, необходима тепловая изоляция. Расчет толщины теплоизоляции представлен ниже.

4. Определим допускаемые  при наличии изоляции потери  тепла:

где - температура изоляции, которая не должна превышать 35°С, поэтому для расчета принимаем =35°С.

5. Определяем  коэффициент теплопередачи через  стенку наружной трубы:

где - площадь поверхности изоляции, которая примерно равна ; - средний температурный напор, определяемый в данном случае по формуле:

При этом получим:

6. Определим толщину  слоя изоляции:

где - коэффициент теплопроводности материала изоляции, - стандартная толщина стенки внешней трубы,

Материал изоляции - войлок строительный.

 

1.4 Гидравлический расчет

Целью гидравлического расчета является определение потерь давления (в Н/м2) или потерь напора (в м) теплоносителя при прохождении через аппарат и выбор средств для транспортировки теплоносителя.

 Потери напора (давления) складываются из потерь на преодоление трения теплоносителя о стенки прямолинейных участков каналов ∆ртр , потерь на преодоление местных сопротивлений ∆рмс и статического напора Нст.

+Нст , м   

1. Необходимо определить потери напора на трение, которые рассчитываются , исходя из уравнения:

,  м     

l - длина прямолинейного участка при движении, м;

d - эквивалентный диаметр канала, м;

u - скорость движения теплоносителя, м/сек;

g - ускорение свободного падения, (9,8 м/сек2).

ξ(кси) - коэффициент гидравлического трения (безразмерная величина); рассчитывается в зависимости от режима движения.

При турбулентном режиме движения жидкости (Re = 3∙103 ∙1·105) можно применять формулу:

 

Тогда:

2. Определим потери напора на преодоление местных сопротивлений:

, м  

 

где   (дзета) - коэффициент местного сопротивления для i-го сопротивления (безразмерная величина).

Перечислим все местные сопротивления, и количество раз, которое они встречаются в конструкции:

вентили - 2, встречается 2 вентиля;

колено под углом 90° - 1,1, встречается 3 раза;

вход в трубу - 0,5, встречается 1 раз;

выход из трубы - 1.

Сложив все произведения коэффициентов местных сопротивлений и повторностей получим, что ,тогда:

3. Cтатический напор равен:

 ,   м    

где    Z1, Z2 – соответствующие высоты над плоскостью сравнения, м;

р2, р1 – соответствующие давления над поверхностью жидкости в  нижнем и верхнем сосуде, Н/м2.

= (15-0) +

 

 

2. Мощность нагнетателя (насоса) для перемещения теплоносителя через аппарат определим по формуле:

=

 

2. ПОДБОР НАСОСА

Пищевые насосы – вид специального оборудования, что предназначен для перекачки как нейтральных, так и высокоагрессивных жидкостей из бочек, контейнеров, ванн и других ёмкостей. Пищевые насосы просты и удобны в эксплуатации. Пищевые насосы находят широкое применение в химической, пищевой, фармацевтической и косметической промышленности.

К основным разновидностям пищевых наносов относятся:

• Бочковые насосы;
• Диафрагменные насосы;
• Винтовые насосы;
• Вертикальные насосы;
• Дозировочные насосы;
• Кулачковые насосы;
• Центробежные насосы для установки в линию;
• Шестеренные насосы;
• Вакуумные насосы;
• Самовсасывающие насосы;
• Мембранные насосы;
• Перистальтические насосы.

Пищевыми насосами можно безопасно, надежно и бережно перекачивать высоковязкие среды с твердыми частицами, абразивные вещества, легко воспламеняющиеся материалы или жидкости с высоким содержанием газа. Основным преимуществом пищевых насосов является то, что они надежны в работе "всухую" и идеальны для эксплуатации во взрывоопасных помещениях. Корпус пищевых насосов может быть изготовлен из различных видов пищевых нержавеющих сталей, рабочие кулачки могут быть как из нержавеющей стали, так и из различных пищевых полимерных материалов. Пищевые насосы могут оснащаться различным дополнительным оборудованием, таким как байпас, частотный преобразователь и механический вариатор. Теперь, имея все необходимые характеристики гидравлической силы, мы можем подобрать насос. Учитывая необходимую мощность, напор и пищевую среду (сок виноградный) выбираем насос:

 

 

Область применения:

Перекачивание воды, молока, пива, вина, спирта, сока, подсолнечного масла, моющих средств и дезинфицирующих растворов (2- 3% кислот и щелочей) и т. д., а также газосодержащих жидкостей. Работа под вакуумом.

Температура перекачиваемой жидкости от -20 °С  до +135 °С (-50 °С до +200 °С)

Плотность до 1,6 г/см3

Вязкость до 500 сСт

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В курсовой работе произведен расчет теплообменного аппарата для нагрева виноградного сока.

Выполнив данную курсовую работу, мы приобрели умения и навыки, позволяющие осуществлять техническую реализацию и инженерные расчёты, связанные с грамотной эксплуатацией теплоиспользующих установок, в том числе касающихся транспортирования жидких пищевых сред по трубопроводам с помощью насосов.

 В данной  курсовой работе такой средой являлось виноградный сок. Проделав все необходимые расчеты такие, как тепловой, конструктивный, гидравлический и расчёт тепловой изоляции, рассчитав все необходимые параметры, мы установили, что наиболее приемлемым насосом для перекачивания данного сока подходит насос марки ОНЦ1М.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Теплотехника. Учеб. для вузов /В.А.Гуляев, Б.А.Вороненко,  Л.М. Корнюшко и др.- СПб.: изд-во «РАПП», 2009.-352 с.
2. Теплотехника: Учеб. для вузов /В.Н.Луканин, М.Г.Шатров, Г.М.Камфер и др.; под ред. В.Н.Луканина. - М.: Высш. шк., 2008.- 671 с.
3. Процессы и аппараты пищевых производств /Михеева Н.С., Горбатюк В.И., Васильева А.С., Лазарев В.Д.; под ред. Н.С. Михеевой. – М.: МТИПП, 1972
4. Процессы расчетов по курсу."Холодильная техника" /Г.Д.Аверин, А.М.Бражников, А.И.Васильев, Н.Д.Малова;  под ред. Н. Д. Маловой. - М.: Агропромиздат, 1986
5. Сборник задач по процессам теплообмена в пищевой и холодильной промышленности / Г. Н. Данилова, В. Н. Филаткин,  
   М. Г. Щербов, Н. А. Бучко. - М.: Агропромиздат, 1986
6. Сборник примеров расчетов и лабораторных работ по курсу «Холодильное технологическое оборудование» /[М.М Голянд,  
   Б.Н. Малеванный, М.З. Печатников, В.Т.Плотников]. -М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981