2 расчетная работа

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Департамент научно-технической политики и образования

Федеральное государственное общеобразовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Красноярский государственный аграрный университет»

Институт пищевых производств

Кафедра машины и аппараты

__пищевых производств__

__Процессы и аппараты__

__пищевых производств__

Расчетное задание

Расчет теплообменника

02П8 09ТХ-006 ПЗ

Выполнил ________________ Лоц А. В.

Принял _________________ Ченцова Л.И.

Красноярск 2012

Реферат

Пояснительная записка 15с., 1 рисунок., 3 источника.

Объектом исследования является горизонтальный кожухотрубчатый теплообменник. В трубном пространстве одноходового кожухотрубчатого теплообменника охлаждается жидкость от температуры t_н t_к. Расход охлаждаемой жидкости G. Охлаждающая вода нагревается от температуры t_в.н до t_в.к. Диаметр шахматно-расположенных труб 25х2мм.

Цель работы – рассчитать и подобрать кожухотрубчатый теплообменник для нагревания «молока цельного»

В результате проделанной работы рассчитан и подобран шестиходовой теплообменник.

Содержание

Введение………………………………………………………………………………………………………………

1.Устройство и принцип действия

теплообменника ……………………………………………………………………………………………

2. Составление теплового баланса ……………………………………………………………………..

3. Расчет средней разности температур …………………………………………………………….

3.1. Подбор теплообменных аппаратов ……………………………………………………….

4. Расчет коэффициента теплоотдачи ……………………………………………………………

4.1.Расчетная скорость потока ………………………………………………………………………

5. Термическая проводимость стенки и загрязнений ………………………………………..

6. Коэффициент теплоотдачи ………………………………………………………………………………

7. Расчетная площадь поверхности теплопередачи ………………………………………….

8. Теплообменник ……………………………………………………………………………………………….

Заключение …………………………………………………………………………………………………….

Библиографический список …………………………………………………………………………….

Введение.

Теплообменник, теплообменный аппарат – устройство в котором осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному (нагреваемому). Теплоносителями могут быть: газы, пары, жидкости. В зависимости от назначения теплообменные аппараты используют как нагреватели и как охладители.

Теплообменники по способу передачи теплоты подразделяют на поверхностные, где отсутствует непосредственный контакт теплоносителей, а передача тепла происходит через твердую стенку, и смесительные где теплоносители контактируют непосредственно. Поверхностные теплообменники в свою очередь подразделяются на рекуперативные и регенеративные, в зависимости от одновременного или поочередного контакта теплоносителей с разделяющей их стенкой.

Рекуперативный теплообменник- это теплообменник, в котором горячий или холодный теплоносители движутся в разных каналах, в стенке между которыми происходит теплообмен. При неизменных условиях параметры теплоносителей на входе и в любом из сечений каналов, остаются неизменными, независимыми от времени, т.е. процесс теплопередачи имеет стационарный характер.

В зависимости от направления движения теплоносителей, рекуперативные теплообменники могут быть прямоточными при параллельном движении в одном направлении, противоточными при параллельном встречном движении, а также перекрестиоточными при взаимно перпендикулярном движении двух взаимодействующих сред.

В регенеативных поверхностных теплообменниках теплоносители (горячей и холодный) контактируют с твердой стенкой поочередно. Теплота накаливается в стенке при контакте с горячим теплоносителем и отдается при контакте с холодным.

1. Устройство и принцип действия теплообменника.

По используемому теплоносителю теплообменники подразделяются на следующие группы:

-ВНБ.243 (воздухонагреватель водяной)- в качестве теплоносителя используется горячая вода;

-ВОВ.243 (воздухоохладитель) – в качестве энергоносителя используется холодная вода, растворы этиленгликоля и пропиленгликоля.

Теплообменник состоит из одного и более рядов медных трубок, оребренных теплообменными элементами в виде гофрированных пластин из алюминиевой фольги.

Трубки объединены в группы, концы которых впаяны в коллекторы из стальных или медных труб, через которые осуществляется вход и выход теплоносителя или хладагента.

Для соединения с внешней системой на коллекторах имеются специальные патрубки, обеспечивающие сварное, резьбовое или фланцевое соединение.

Нагрев или охлаждение воздуха происходит при его прохождении через теплообменник в процессе взаимодействия с медными трубками и алюминиевыми пластинками.

Конструкция водяных теплообменников позволяет обеспечить как прямоточную (направление движения воздуха и энергоносителя совпадают), так и противоточную (направление движения воздуха и энергоносителя не совпадают).

При расчетной температуре воздуха на входе в воздухонагреватель выше минус 15⁰ С целесообразно применять противоточную схему, как обеспечивающую более эффективный теплосъем, а при более низких температурах – прямоточную, как более безопасную.

Рисунок-1. Схема теплообменника.

2. Составление теплового баланса.

Введем следующие обозначения:

G - расход теплоносителя, кг/с;

C – теплоемкость теплоносителя, Дж/кг;

t₁ – начальная температура, К;

t₂ – конечная температура, К;

r – удельная теплота конденсации (парообразования), Дж/кг.

Теплообмен протекает без изменения агрегатного состояния теплоносителя (нагревание, охлаждение) тогда тепловая нагрузка определяется по уравнению:

Q=1.05

3. Расчет средней разности температур.

Применяем индекс «1» для горячего теплоносителя (молоко обезжиренное) индекс «2» для холодного теплоносителя (вода). Определим расход теплоты и расход холодной воды.

Температурная схема

Средняя разность температур рассчитывается по уравнению:

Средняя температура молока обезжиренного:

Средняя температура воды:

Количество теплоты, отнимаемой от молока обезжиренного с учетом потерь тепла в размере 5% равно.

Q=1,05×G1×c1×(t1н-t1к)

Q=1.05Вт

Где С₁=3978 Дж/кг К- средняя удельная теплоемкость цельного молока (таблица А8)

Расход воды равен:

Где с₂-4190 Дж/кг К удельная теплоемкость цельного молока.

Определение объемных расходов воды и цельного молока

где =1011 кг/м³- плотность цельного молока

Объемный расход воды равен

где = 996 кг/м³ – плотность воды при t =30⁰C

3.1. Подбор теплообменных аппаратов.

Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена. Минимальное значение коэффициента теплоотдачи для случая теплообмена от жидкости к воде К_мин=500 Вт/м³*К. При этом:

Для обеспечения турбулентного течения воды при Re₂10000, скорость в трубах должна быть больше

где = 549*10^-6 Па*с – динамический коэффициент вязкости воды при 50⁰С

Число труб диаметром 25х2мм, обеспечивающих объемный расход воды при Re10000

Условию n и F479.6 удовлетворяет шестиходовой теплообменник, число труб на 1 вход 958/6=160, диаметр кожуха 1200мм, длина трубы 6м.

Уточняем значении критерии Re₂.

Re₂=10000

Для турбулентного режима вид критериального уравнения определяется по:

^0,25

Отношение ^0,25 принимаем =1

Критерий =

где =61,8*10^-2 Вт/м*К, коэффициент теплопроводности воды при 50⁰С

Коэффициент теплоотдачи

4. Расчет коэффициента теплоотдачи.

Цельное молоко перемещается в межтрубном пространстве кожухотрубного теплообменника с сегментными поперечными перегородками. Для данного случая теплообменника при Re10000 для шахматных пучков критерий Нуссельта рассчитывается по уравнению:

^0,25

=0,4*0,6*4486,1^0,6*5,52^0,36*0,95=65,1

Определяющая температура - средняя температура жидкости, определяющий размер- наружный диаметр трубы.

4.1. Расчетная скорость потока.

где - площадь проходного сечения межтрубного пространства между перегородками, м²

Критерий Рейнольдса равен:

Критерий

где = 0,5518 Вт/м*К-коэффициент теплопроводности цельного молока при 60⁰С

Критерии Нуссельта рассчитывается по формуле:

^0,25= Рассчитав критерии Нуссельта, рассчитываем коэффициент теплоотдачи

где - коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке,

5. Термическая проводимость стенки.

Термическая проводимость стенки равна

где - термическое сопротивление стенки и загрязнений .

6. Коэффициент теплопередачи.

Коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле:

7. Расчетная площадь поверхности теплопередачи.

Расчетная площадь поверхности теплопередачи равна:

8. Теплообменник.

К установке принимаем шестиходовой теплообменник поверхностью 190 м².Запас поверхности составляет (190-154)/154)*100%=23,3%. Диаметр кожуха =800мм, число труб = 4, длина трубы=6м, диаметр 25х2 мм.

Библиографический список.

1. Процессы и аппараты пищевых производств, методические указания / Л.И.Ченцова, М.К.Шайхутдинова. -Красноярск. Издательство КрасГАУ, 2007,-42с.

2. Процессы и аппараты пищевых производств, методические указания / Л.И.Ченцова, М.К.Шайхутдинова, В.Г.Зологина. КрасГАУ, 2009,-47с.

3. Основные свойства пищевого сырья, полуфабрикатов и продуктов. Справочное пособие / Т.В.Борисова, В.Г.Зологина,Б.Д.Левин. Красноярск 2008г,- 98с