Расчет пластинчатого теплообменника

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение высшего  профессионального образования

АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. И. И. ПОЛЗУНОВА

 

Кафедра «Технология продуктов питания»

 

УДК _____________                           Курсовая работа защищена с оценкой

                                                                              _________________________

                                                 Руководитель работы:

                                                                    __________________________

                                                                       подпись, должность, и.о.фамилия

 

 

Расчет пластинчатого  теплообменника

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА  К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

по дисциплине «Процессы и аппараты пищевых производств»

КР 260303.02.000ПЗ

 

 

 

Работу  выполнил

студент гр. ТМП -01                                                Большакова А.В.

                                                                         подпись,                         и.о.фамилия

 

 

 

Нормоконтролер                                            доцент , к.т Кольтюгина О.В.

                                                                              подпись, должность, и.о.фамилия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Барнаул 2012

Содержание

Введение………………………………………..…………………………..........3

1 Описание  проектируемого объекта…………………………………………..4

1.1 Преимущества  и недостатки пластинчатого теплообменника...………. ..5

2 Технологический  расчет……………………………………………………....6

3 Эксплуатационные приемы улучшения качества технологического процесса ………………………………………………………………………..20

4 Основные правила безопасной работы на пластинчатом теплообменнике. Технические требования……………………………………….……………...22

Заключение……………………………………………………………………..24

Список литературы…………………………………………………….............25

Приложение А: задание 
Приложение B: схема пластинчатого теплообменника

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Пластинчатые теплообменники предназначены  для перераспределения теплоты  в системе, нагрева элементов  системы или их охлаждения. В основе этих аппаратов лежит простой  принцип теплопроводности, то есть передачи теплоты через твердое  тело.

Пластинчатые теплообменные аппараты представляют собой блоки, состоящие  из металлических пластин. Каждая пластина гофрирована для увеличения площади  поверхности. Холодные пластины чередуются с горячими, за счет чего и происходит перераспределение теплоты. Гофрированные пластины объединяются в пакеты и стянуты специальными резьбовыми шпильками. Объединяет конструкцию стальная рама. Между пластинами имеются каналы, через которые протекают теплоносители - специальные жидкости. Жидкости движутся в противотоке, что позволяет максимально эффективно передавать тепло.

Сфера применения пластинчатых теплообменников  чрезвычайно широка. Их можно использовать практически на любом производстве, связанном с перераспределения  тепла в технологической системе. Особенно часто их можно встретить  на металлургических предприятиях, нефтеперерабатывающих  заводах, на предприятиях химического  синтеза. Также их используют в котельных  и на энергетических предприятиях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Описание пластинчатой пастеризационно-охладительной установки марки А1-ОК2Л-5

Пластинчатые подогреватели осуществляют подогрев молока с температуры хранения от 4 до 6°С до температуры от 40 до 45°С. Это необходимо перед сепарированием или гомогенизацией. В подогревателях пластинчатого типа процессы теплообмена проходят в непрерывном тонкослойном закрытом потоке при автоматическом контроле и регулировании технологического процесса.

Пластинчатый подогреватель для  молока может состоять из пластинчатого  теплообменника, системы подготовки горячей воды, пульта управления, системы  контроля и автоматического регулирования  технологическим процессом обработки  продукта, трубопроводов, клапанов, смонтированных на раме. Подогреватель пластинчатого  типа компактен и представляет собой  модульную конструкцию, имеющую  высокую монтажную готовность.

Пластинчатый подогреватель для  молока предназначен для подогрева  молока перед сепарированием или  гомогенизацией в непрерывном тонкослойном закрытом потоке при автоматическом контроле и регулировании технологического процесса.

Пластинчатый подогреватель для  молока состоит из пластинчатого  теплообменника, системы подготовки горячей воды, который включает в себя конвекционный бак, насос для горячей воды и инжектор, пульта управления, системы контроля и автоматического регулирования технологическим процессом обработки продукта, трубопроводов, клапанов, смонтированных на раме. Подогреватель компактен и представляет собой модульную конструкцию, имеющую высокую монтажную готовность.

 

 

 

1.  Преимущества и недостатки пластинчатого теплообменника

Преимущества  разборных пластинчатых теплообменников следующие:

• относительно небольшие габаритные размеры
• простота сервисного обслуживания. Разборная конструкция позволяет легко очищать пластины и каналы теплообменника
• возможность изменения мощности теплообменника путем изменения количества и типа пластин
• ремонтопригодность. В случае появления протечек можно произвести замену пластин и уплотнений.

Недостатки  разборных пластинчатых теплообменников

Однако, не смотря на все свои достоинства, разборный пластинчатый теплообменник имеет межпластинчатые уплотнения, применение которых накладывает некоторые ограничения на применение данных аппаратов:

• ограничение температур и давлений рабочих сред
• невозможность применения некоторых рабочих сред, активных относительно материалов уплотнений
• серийно выпускаемые разборные пластинчатые теплообменники могут работать с загрязненными рабочими средами при размере твердых включений не более 4 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Расчет пластинчатой пастеризационно-охладительной установки

 

Техническая характеристика оборудования приводится в таблице 1.

Таблица 1. Исходные данные для проектирования пластинчатого теплообменного аппарата

Показатель	Значения
Производительность установки для  молока, л/ч	5000
Начальная температура молока, ºC	5
Конечная температура молока, ºC	4
Коэффициент регенерации	0,82
Начальная температура горячей воды, ºC	79
Кратность горячей воды	4
Начальная температура холодной воды, ºC	8
Кратность холодной воды	3
Начальная температура ледяной воды, ºC	1
Кратность ледяной воды	4
Температура молока после секции водяного охлаждения, ºC	10

Основные  данные пластины П – 2 даны в таблице 2.

Таблица 2: Основные данные пластины П – 2

Показатель	Значение
Поверхность теплообмена, м2	0,2
Рабочая ширина, м	0,27
Приведенная длина потока, м	0,8
Расстояние между пластинами, м	0,0028
Площадь поперечного сечения одного канала, м	0,0008
Эквивалентный диаметр потока, м	0,0056
Теплопроводность пластин, Вт/(м К)	16

 

 

 

Порядок расчёта.

Наметим принципиальную схему комбинированного аппарата, состоящего из четырёх секций: регенерации (1), пастеризации нагревания молока горячей водой (2),  водяного охлаждения (3), и охлаждения его рассолом (4).

Условная  схема изменения температур теплоносителей для всех секций теплообменника представлена на рис.3.

 

Рисунок 3. Условная схема изменения температур теплоносителей четырёхсекционного комбинированного теплообменника:

I – секция регенерации

II – секция пастеризации

III – секция водяного охлаждения

IV – секция ледяного охлаждения

 Тепловой расчет аппарата.

Определение средней разности температур в секциях.

Секция регенерации.

Определение температуры сырого молока в конце секции регенерации:

       ₍₄₎

где t₃ – температура пастеризации молока, ºC, - коэффициент регенерации, t₁ – начальная температура молока, ºC.

  

Определение температуры пастеризованного молока после секции регенерации:

              (5)

Определение разности температур в секции регенерации:

(6)

.

Секция пастеризации.

Определение температуры горячей воды при выходе из секции пастеризации:

(7)

 

(8)

 

(9)

 

(10)

Определение средней разности температур:

      ₍₁₁₎

Секция охлаждения водой.

Определение температуры холодной воды, выходящей  из водяной секции:

(12)

 

(13)

 

(14)

 

(15)

Определение средней разности температур:

       ₍₁₆₎

Секция охлаждения ледяной водой.

(17)

 

(18)

 

(19)

 

(20)

Определение средней разности температур:

      ₍₂₁₎

Определение скорости потоков в  секциях.

Определение объемной производительности по молоку:

,         (22)

 

Определение числа каналов в пакете при  скорости молока:

 

(23)

 

Принимаем m=4, тогда действительная скорость молока:

 

Скорость  горячей и ледяной воды принимаем:

 

Определение теплофизических свойств  молока и рабочих жидкостей.

Секция регенерации тепла.

При средней температуре сырого молока в секции (сторона нагревания):

             t _ср = (t₁ + t₂) / 2 = (5+63,2) / 2 = 34,1 ⁰C    (24)

теплофизические свойства молока:

λ = 0.502 Вт/м К;

 μ = 1196 · 10⁶ Па · с;

 ρ = 1023 кг/м³;

С = 3905 Дж/кг К;

Р_r = 9,05.

При средней  температуре пастеризованного молока в секции (сторона охлаждения):

             t _ср = (t₃ + t₄) / 2 = (76+17,8) / 2 = 47,9 ⁰C    (25)

теплофизические свойства молока:

λ = 0.513 Вт/м К;

 μ = 940,8 · 10⁶ Па · с;

 ρ = 1018 кг/м³;

 С = 3918 Дж/кг К;

 Р_r = 7,12.

Секция пастеризации.

При средней температуре горячей  воды (сторона охлаждения)

             t _ср = (t_гн + t_гк) / 2 = (79+76) / 2 = 77,5 ⁰C    (26)

теплофизические свойства воды:

λ = 0.671 Вт/м К;

μ = 377,3 · 10^-6 Па · с;

ρ = 974,8 кг/м³;

С = 4215 Дж/кг К;

Р_r = 2,35.

Определение средней температуры  молока (сторона нагревания)

             t _ср = 77,5 – t_n = 77,5 – 6,75 = 70,75 ⁰C    (27)

теплофизические свойства молока:

λ = 0.616 Вт/м К;

μ = 617,4 · 10^-6 Па · с;

 ρ = 1005,2 кг/м³;

 С = 3855 Дж/кг К;

 Р_r = 3,90.

Секция охлаждения молока водой

При средней температуре холодной воды (сторона нагревания)