Проект кожухотрубного теплообмінника для нагрівання м'ясо-кісткового бульйону

Размещено на http://www.allbest.ru/

„Проект кожухотрубного теплообмінника для нагрівання м'ясо-кісткового бульйону”

Завдання

Підігрівник

= 6кг/с

Б_п =5%;

К =700Вт/м²;

= 0,6 м/с;

= 19?С;

= 57?С;

Р = 0,12МПа;

Н = 2м;

Випарний апарат:

Б_к = 22%;

= 50?С;

= 12кг/м²*год;

Барометричний конденсатор

Р_конд = 0,072МПа;

= 39?С;

= 15?С;

Зміст

Вступ

1. Описання проектованого апарата

2. Місце та призначення апарата в технологічній схемі

3. Розрахунки

3.1 Розрахунок підігрівника

3.2 Розрахунок випарного апарата

3.3 Розрахунок барометричного конденсатора

3.4 Розрахунок теплової ізоляції

4. Техніко-економічні показники

Список використаної літератури

Вступ

Температура є одним з найважливіших технологічних та економічних факторів більшості промислових виробництв. Підтримання у апаратах необхідної температури майже завжди поєднується з необхідністю підводу, або відводу тепла з метою нагрівання або охолодження речей, які обробляються. В усіх цих випадках, як наслідок, необхідно виконати перенос тепла із одного місця виробництва в інше -- від теплоносіїв до речей, що нагріваються, від речей, що охолоджуються до холодоагентів, від однієї частини тіла до іншої його частини. Процес переносу тепла називається теплообміном, його рушійною силою є різниця температур. Перенос тепла здійснюється трьома різними способами: теплопровідністю, конвекцією та випромінюванням. Кожний з цих способів має свої закономірності, які складають предмет теорії теплопередачі.

До теплових процесів належать нагрівання, охолодження, конденсація, випаровування. Нагрівання -- підвищення температури матеріалів, що переробляються, шляхом підводу до них тепла. Охолодження -- зниження температури матеріалів, що переробляються, шляхом відводу від них тепла. Конденсація -- зрідження пари будь-яких речей шляхом відводу від них тепла. Випаровування -- перевід у газоподібний стан якої-небудь рідини шляхом підводу до неї тепла.

Таким чином, у теплових процесах взаємодіють не менше, ніж два середовища з різними температурами.

Основна характеристика будь-якого теплового процесу - кількість тепла, що передається: від цієї величини залежать розміри теплообмінних апаратів. Основним розміром теплообмінного апарата є теплопередаюча поверхня (поверхня теплообміну).

Основними кінетичними характеристиками процесу теплопередачі є середня різниця температур між середовищами -- рушійна сила процесу, коефіцієнт теплопередачі та кількість переданої теплоти. Зв'язок між ними для усталеного процесу визначається основним рівнянням теплопередачі

де Q -- кількість переданої теплоти, Вт; k -- коефіцієнт теплопередачі (кінетичний коефіцієнт), який характеризує швидкість перенесення теплоти, Вт/(м² * К); F -- площа поверхні теплообміну, м²;

-- рушійна сила процесу, або середня різниця температур між теплоносіями, К.

Такою силою є різниця температур між теплоносіями, яку називають температурним напором. Під час теплопередачі від одного теплоносія до другого температурний напір, як правило, не зберігає постійного значення вздовж" поверхні теплообміну. Тому в теплових розрахунках користуються середнім температурним напором.

На рисунку показано характер змінення температур теплоносіїв вздовж поверхні теплообміну для різних видів теплопередачі.

Графіки змінення температур теплоносіїв: а -- прямотечія; б -- протитечія; в -- випарювання за допомогою гарячої рідини; г -- нагрівання рідини насиченою парою; д -- випарювання насиченою парою; е -- нагрівання насиченою парою при багаторазовій зміні напрямку руху рідини

В процесі нагрівання або охолодження теплоносія без зміни агрегатного стану температура його вздовж поверхні теплообміну змінюється за деякими експоненціальними кривими (рис. а, б). При цьому температурний напір і витрата теплоносіїв залежать від взаємного напрямку руху їх.

Найповніше теплоносії використовуються у разі протитечії. При цьому кінцева температура холодного теплоносія може бути вищою від кінцевої температури гарячого теплоносія. Найменш ефективні прямотечійні теплообмінники. Кінцева температура холодного теплоносія в них не може перевищувати кінцевої температури гарячого теплоносія. Решта схем руху належить до середніх за ефективністю.

Середнє значення температурного напору у разі прямотечії менше, ніж у разі протитечії. Внаслідок цього протитечійний теплообмінник компактніший. Проте, якщо температура одного з теплоносіїв постійна (рис. в, г, е), то середнє значення температурного напору не залежить від схеми руху. Середню різницю температур для схем руху а, б, в, г і е визначають як середньо-логарифмічну різницю

де t_б, t_М -- більша і менша різниці температур між теплоносіями на кінцях теплообмінника, К.

Якщо < 2, то середньо-логарифмічну різницю без помітної похибки можна замінити середньоарифметичною різницею

У разі випарювання насиченою парою (рис. д) різниця температур вздовж поверхні теплообміну буде постійною:

t=t₁-t₂

Для апаратів з перехресною і змішаною течією теплоносіїв (у багатоходових теплообмінниках) середню різницю температур визначають за формулою з поправковим коефіцієнтом :

Поправковий коефіцієнт беруть з допоміжних графіків, наведених у спеціальній літературі.

1. Опис проектованого апарату

випарний кожухотрубний теплообмінник конденсатор

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

Рис. 1 Схема кожухотрубного багатоходового теплообмінника

Через малу швидкість руху теплоносіїв одноходові теплообмінники працюють з низьким коефіцієнтом тепловіддачі. Щоб збільшити швидкість руху теплоносіїв, застосовують багатоходові теплообмінники (рис. 1), в яких пучок труб за допомогою поперечних перегородок 1, встановлених у кришках, розділений на кілька секцій (ходів), по яких теплоносій І проходить послідовно. Швидкість руху теплоносія ІІ 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.

Проектуючи кожухотрубні теплообмінники, теплоносій, що найбільше забруднює поверхню теплообміну, спрямовують у труби (трубний простір), які легше очищати.

Кожухотрубні теплообмінники використовуються, в основному, для теплообміну між двома рідинами і між рідиною і парою, що конденсується.

В останньому випадку рідина пропускається по трубах, а пара - в між-трубному просторі.

Для підтримання необхідного температурного режиму роботу теплообмінників регулюють шляхом зміни кількості середовища, що подається. для цього існують регулюючі вентилі, які працюють автоматично або в ручному режимі.

2. Місце та призначення апарата в технологічній схемі

Даний курсовий проект передбачає випарювання м'ясного бульйону проводити в випарній установці. Перевага способу полягає в тому, що кипіння і випарювання продукту відбувається при температурі нижче 100?С, що усуває можливість зниження якості продукту під впливом високої температури.

Випарна установка для упарювання м'ясо-кісткового бульйону складається із збірника вихідного продукту, кожухотрубного теплообмінника 2, безпосередньо випарного апарату 3, конденсатора змішування 4, збірника барометричної води 5, збірника упареного продукту 6, збірника конденсату 7.

М'ясо-кістковий бульйон з температурою 19?С і концентрацією 5% із збірника 1, надходить в теплообмінник 2, де нагрівається до температури 57 ?С. Потім підігрітий бульйон поступає на упарювання в випарний апарат 3, де миттєво скипає і кипить при температурі 50?С, при цьому відбувається процес випарювання і кінцевий продукт має концентрацію сухих речовин 22%. Упарений бульйон надходить в збірник 6 . Утворена в процесі кипіння вторинна пара надходить через сепаратор в конденсатор змішування 4, куди із збірника подається охолодна вода . Утворена в процесі конденсації барометрична вода з температурою 39?С надходить в збірник барометричної води 5 і використовується на технологічні потреби заводу. З нижньої частини випарного апарату і із підігрівника відводиться конденсат в окремий збірник 7 .

3. Розрахунки

3.1 Розрахунок підігрівника

Кількість бульйону,яка нагрівається:

G = 6 кг/с.

Середню різницю температур між парою і бульйоном визначаємо як середньо-логарифмічну різницю:

Дt = ; (3.1.1)

де Дt, Дt - різниці температур між теплоносіями на кінцях теплообмінника;

Дt = t - t; Дt = t - t; (3.1.2.)

де t - температура насиченої пари при тиску Р = 0,12МПа t = 105?С [4,ст.57].

Дt = 105-19=86?С;

Дt = 105-57 =48?С.

Оскільки Дt/Дt =86/48 =1,79<2, то

Дt = =67?C;

Середня температура бульйону, що нагрівають:

t = t - ;

t = 105-67 =38?C.

При середній температурі t визначаємо теплофізичні характеристики бульйону [7,ст.19-21]:

Густина бульйону апроксимується виразом:

, кг/м³ (3.1.3.)

де - густина бульйону при Т = 20?С;

при вмісту сухих речовин 5% складає 999,4 кг/м³ [7,ст.21]

- температурний коефіцієнт.

= -3575*10^-4 К^-1[7,ст.21]

Тоді

= 992,96 кг/м³

Динамічну в'язкість бульйону обчислюємо за формулою:

в'язкість бульйону обчислюємо за формулою:

(3.1.4.)

де С - концентрація, долі одиниці за масою, тобто відношення маси сухих речовин до загальної маси продукту;

- температура бульйону, ?С;

= 1*10^-3 Па*с

теплоємність м'ясо-кісткового бульйону

, кг/м³ (3.1.5)

де - питома теплоємність бульйону при Т = 20?С;

при вмісту сухих речовин 5% складає 4,143 кДж/(кг*К) [7,ст.21]

^*- температурний коефіцієнт.

^*= 2,161*10^-4 К^-1[7,ст.21]

С = 4,143* = 4,159кДж/(кг*К)

Теплопровідність бульйону розраховуємо за рівнянням:

[7, ст.19]; (3.1.6.)

де В - стала, яка залежить від виду бульйону і вмісту сухих речовин

4/3 - показник ступеня;

- коефіцієнт асоціації ( не залежить вид виду бульйону і його концентрації, оскільки визначається природою розчинника - води, але залежить від температури).

при 38?С = 38+273 = 311К згідно [7,ст.21] дорівнює:

= = 1,104

Стала В визначається за формулою:

Тоді

В*10⁴= (0,701-0,263*0,05) = 0,687

В = 0,687*10^-4

= 0,697*10^-4*=1,797 Вт/(м*К)

Теплове навантаження з урахуванням теплових витрат:

Q = x*G*c*(t-t); Вт (3.1.7.)

де х - коефіцієнт, що враховує втрати теплоти в навколишнє середовище;

х = 1,021,05

приймаємо х = 1,02

G - витрата рідини, кг/с;

G = 6 кг/с;

с - теплоємність рідини, Дж/(кг*К);

с = 4159 Дж/(кг*К) [7,ст.14]

Q = 1,02*6*4159*(57-19) =967217,04Дж/с

Витрата пари, кг/с:

D = ; (3.1.8.)

де І, і - ентальпія нагрівної пари і конденсату, Дж/кг [4, ст.59].

І = 2683 кДж/кг;

Густину конденсату [4, ст. 60]визначаємо при температурі конденсату (105-3) = 102?С:

= = 956,6кг/м і;

Ентальпія конденсату:

i = с*t = 4190* t; (3.1.9.)

де t - температура конденсату, що дорівнює t = t - (23)?C ;

t =105-3=102?C

i = 4190*102=427380 Дж/кг

D = =0,43 кг/с

Площу поверхні нагрівання теплообмінника визначаємо за формулою:

F = ; (3.1.10.)

F = =20,62 мІ

Конструктивний розрахунок

Для кожухотрубних теплообмінників важливою частиною конструктивного розрахунку є розрахунок проточної частини трубного простору. Виходячи із заданої продуктивності апарату і швидкості руху рідини з рівняння витрат визначаємо площу прохідного перерізу трубок одного ходу, мІ:

; (3.1.11)

де G - витрата рідини, кг/с;

- густина рідини, кг/мі

w - швидкість руху рідини всередині трубок, м/с

₁ = =0,0100мІ

Звідси число трубок одного ходу:

n = ; (3.1.12)

n₁ = =14 шт.

Розрахункова довжина всіх ходів, м:

L = ; (3.1.13)

де d - розрахунковий діаметр трубки, який приймаємо d = d

L = =15,6м

Кількість ходів трубного простору:

Z = ; (3.1.14)

Z = =7,8 Приймаємо Z 8 ( число ходів повинно бути парним)

Загальна кількість трубок, які розміщуються на трубних решітках:

n = Z*n; (3.1.15)

n =8*14 =112шт.

Труби в трубних решітках найчастіше розміщують по сторонах правильних шестикутників. Для даного випадку при визначенні в теплообміннику загальної кількості труб n виходимо з кількості труб а, розміщених на стороні найбільшого шестикутника:

тоді n = 3*a*(a-1)+1 =112; (3.1.16)

а=7,

n =127шт.

Кількість труб, розміщених по діагоналі найбільшого шестикутника:

b = 2*a-1 = 2*7-1 = 13 (3.1.17)

Звідси n₁ =127/8 = 16шт.

При закріпленні труб в трубних решітках розвальцюванням, крок t розміщення труб вибираємо залежно від їхнього зовнішнього діаметра в межах:

t = (1,31,5*d); (3.1.18)

t = 1,3*0,033 = 0,043м

Діаметр теплообмінника:

D = t*(b-1)+4*d; (3.1.19.)

D = 0,043*(13-1)+4*0,033 = 0,648м

Приймаємо D =700мм = 0,7м

Діаметр патрубків визначаємо за рівнянням об'ємних витрат, мі/с:

V = = ; (3.1.20.)

звідки d = 1,13*; м (3.1.21)

За формулою 3.1.21 визначаємо розміри патрубків для робочих середовищ, при їх параметрах, вказаних в таблиці 3.1.1.

Таблиця 3.1.1.

Середовище	w, м/с	, кг/мі	G, кг/с
Пара	40	0,6999	0,43
Бульйон	0,6	992,96	6,0
Конденсат	0,2	956,6	0,43

Діаметр патрубка для входу пари в апарат:

d = 1,13* = 0,140м

приймаємо d = 150 мм

Діаметр патрубка для виходу конденсату пари:

d = 1,13* =0,053 м

приймаємо d = 70 мм

Діаметр патрубка для входу бульйону в апарат:

d_в= 1,13* =0,113 м;

приймаємо d_в = 120мм

Діаметр патрубку для виходу бульйону приймаємо такий самий як і для входу.

Результати розрахунку зводимо в таблицю 3.1.2.

Таблиця 3.1.2.

Призначення штуцера	Густина продукту кг/мі	Витрата продукту	Швидкість руху продукту, м/с	Діаметр, мм
				розрахований	вибраний
		кг/год	кг/с	мі/с
Пара	0,6999	1548	0,43	0,614	40	140	150
Бульйон	992,96	21600	6,0	0,006	0,6	113	120
Конденсат	956,6	1548	0,43	0,0004	0,2	53	70

Гідравлічний розрахунок

Розрахунок проводять для визначення потужності насосів та встановлення оптимального режиму роботи апарату. Потужність, необхідну для переміщення теплоносія через апарат, Вт, визначимо з формули:

N = ; (3.1.22.)

де V - об'ємні витрати рідини, мі/с;

ДP - перепад тисків в апараті, Па;

- к.к.д. насосу.

= =0,006м³/с

Гідравлічний опір апарату складається з опору тертя ДP і місцевих опорів ДP. Отже, повний гідравлічний опір:

; (3.1.23.)

де - коефіцієнт гідравлічного тертя;

L - загальна довжина труби, м;

d - діаметр труби, м;

- коефіцієнт місцевого опору;

w - швидкість руху теплоносія, м/с;

- густина теплоносія, кг/мі.

Визначимо критерій Рейнольдса, який характеризує гідродинамічний режим руху теплоносія, за формулою:

Re = ; (3.1.24.)

де d - діаметр трубок; d = 0,03м.

при w = 0,5 м/с:

Re = =17873

При турбулентному русі в гідравлічно-гладких трубах (Re = 4*10і…10):

= ; (3.1.25)

 = = 0,027

Обчислюємо суму коефіцієнтів місцевих опорів в апараті (наближено):

= 5+2,5*(z-1); (3.1.26.)

= 5+2,5*(8-1) = 22,5

Тоді ДP = (0,027* =6530,8Па

Потужність приводу насосу складе:

N = =48,98Вт;

3.2 Розрахунок випарного апарату

Приймаємо для розрахунку випарний апарат з природною циркуляцією і співвісною грійною камерою ( тип 1 виконання 1) [3, ст.183]

Продуктивність установки:

W = S* (1-); (3.2.1.)

W = 6*(1-) =4,63кг/с

де S = = 6кг/с; маса поступаючого на випарювання бульйону.

Визначаємо теплове навантаження випарного апарата:

Q = W* r;(3.2.2.)

де r - теплота конденсації, кДж/кг;

r = 2244кДж/кг при тиску пари 0,12МПа [4, ст.57]

Q =4,63*2244*10³ = 10389,72кДж/с [кВт]

Витрата пари складе:

D = [5, ст.183] (3.2.3)

де = 6кг/с; маса поступаючого на випарювання бульйону;

W =4,63 кг/с; кількість випареної вологи;

с_кон - теплоємність конденсату при температурі його t_конд = (t_гр.п-3) = (105-3) =102?С; с_кон = 4,19 кДж/(кг*К);

t_конд=102?С; температура конденсату;

тиск вторинної пари Р_{вт. пари} = 0,08МПа

і_{вт. п.} =2665кДж/кг; ентальпія вторинної пари;

с_поч =4,159 кДж/(кг*К); теплоємність бульйону;

t_поч = 57 ?С; початкова температура бульйону, що поступає на випарювання;

і_гр.п.= 2683кДж/кг; ентальпія грійної пари;

= 0,03 ; поправковий коефіцієнт

D = =5,33кг/с

Площу поверхні нагріву випарного апарату визначаємо за формулою:

F = ; (3.2.4.)

де К - коефіцієнт теплопередачі, Вт/(мІ*К);

- корисна різниця температур; визначаємо за формулою:

Дt_к= t_гр.п -t_кип ; (3.2.5.)

де t_гр.п - температура грійної пари, при Р = 0,12МПа t_гр.п = 105?С [4, ст.57]

t_кип - температура кипіння бульйону, за умовою t_кип = 50?С

Дt_к = 105-50 = 55?С

Оскільки

[1, ст.187] (3.2.6.)

то (3.2.7.)

За умовою = 12кг/(м²*год) = 0,033кг/(м²*с) - теплове навантаження на корпус

Тоді

=1346,4Вт/(мІ*К);

К = К*; (3.2.8.)

де - коефіцієнт використання площі поверхні, що враховує вплив накипу.

= 0,60,9

приймаємо = 0,8

К = 1346,4*0,8 = 1077,12Вт/(мІ*К);

Підставляючи це значення в формулу (3.2.3.), отримуємо:

F = =175,4м²

Конструктивний розрахунок

Приймаємо довжину трубок в випарному апараті = 4,0 м [3, ст.183]

Визначаємо кількість трубок:

n = = =443 шт. (3.2.9.)

де d - розрахунковий діаметр трубки;

d = = = 0,0315м;(3.2.10.)

l - довжина кип'ятильних трубок;

Крок між трубками:

t = d*(1,231,28) = 0,033*1,25 = 0,04125м;

Діаметр циркуляційної труби.

Переріз циркуляційної труби складає від 15 до 30 % від сумарного перерізу всіх трубок.

Площа кип'ятильної трубки:

F = = = 7,065*10 мІ; (3.2.11.)

Сумарна поверхня:

F = F* n = 7,065*10*443= 0,31мІ;

Якщо F = 100%, то F - 15%, тоді F = F*15/100 = =0,31*15/100 = 0,0465 м²

d = 1,13* = 1.13*= 0,243 м;

Приймаємо d = 250мм.

Діаметр корпусу апарата:

D = ; (3.2.12)

де К - коефіцієнт використання трубної дошки 0,7-0,9; приймаємо К = 0,7;

- приймаємо 60 ?, трубки розміщуємо по вершинах правильного шестикутника, sin = 0,866;

D = = 1,19 м;

Приймаємо D =1200мм;

Товщина сталевої трубної решітки:

S = +5 мм = +0,005 = 9,125*10м;

При випарюванні рідин, що піняться, діаметр сепаратора приймають із розрахунку 1,3-1,4 *D_к = 1,4*1,2= 1,68 м. Приймаємо 1800мм

Висоту сепараційного простору приймають рівною не більше 2,0 м [3, ст.183]. Приймаємо Н = 2000мм.

Розрахунок патрубків.

Діаметр патрубка для підводу гріючої пари:

d = 1,13*;

де - кількість підведеної пари, кг/с;

=5,33кг/с

= 0,6999 кг/м і; при t = 105?C[4, ст.57].

n =1- кількість патрубків;

- швидкість подачі пари, = 20-60 м/с;

Приймаємо = 40 м/с.

d = 1,13* = 0,493м;

Приймаємо d = 500мм.

Діаметр патрубка для відводу конденсату:

d = 1,13*;

- густина конденсату,

при t_конд =102?C густина конденсату дорівнює[4, ст.59]:

= 956,6кг/м і;

- швидкість виходу конденсату (самотечія); = 0,3-0,6 м/с;

приймаємо 0,5 м/с;

n = 1, кількість патрубків;

d = 1,13* =0,119 м;

Приймаємо d = 120 мм;

Діаметр патрубка для відводу вторинної пари:

d = 1,13* ; (3.2.13.)

- густина вторинної пари при Р=0,08МПа [4, ст.57].;

= 0,4792кг/м і;

n = 1 - кількість патрубків;

- швидкість виходу вторинної пари,

приймаємо = 40м/с;

d = 1,13* = 0,595м;

Приймаємо d = 600мм

Діаметр патрубка для входу бульйону:

d = 1,13*; (3.2.14.)

m - маса початкового розчину, кг/с;

m = = 6кг/с;

n = 1 - кількість патрубків;

- швидкість підводу бульйону, =0,6 м/с;

Густина бульйону при t = 57?C і Б = 5%[7, ст.17].:

= 992+3/0,8247+0,00056Т (3.2.15.)

де - вміст сухих речовин в бульйоні, %;

= 992+3*5/0,8247+0,00056(57+273) = 992+18,19+0,185 = 1010,38кг/м³

d = 1,13* = 0,112м

Приймаємо d = 120 мм.

Діаметр патрубку для виходу бульйону:

d = 1,13*;

де m - маса згущеного розчину, кг/с;

m = -= 6-4,63 = 1,37кг/с

Густина бульйону при t_c = 50?C і Б =22% за формулою (3.2.15):

= 992+3/0,8247+0,00056Т

де - вміст сухих речовин в бульйоні, %;

= 992+3*22/0,8247+0,00056(50+273) = 992+80,03+0,181 =1072,21кг/м³

- швидкість відводу бульйону, =0,6 м/с;

n = 1 - кількість патрубків;

d = 1,13* =0,052м;

Приймаємо d = 70мм

Швидкість пари в надсоковому просторі:

; (3.2.16.)

де V - кількість пари, мі/с;

V = m/;

де m - кількість вторинної пари, кг/с;

- об'ємна маса вторинної пари, кг/м;

= 0,4792 кг/мі;

V =5,33/0,4792=11,12мі/с;

= =4,37 м/с;

Важливим показником роботи випарної установки є швидкість вітання краплини в паровому просторі, час знаходження в ньому пари і швидкість пари. Якщо швидкість пари більше швидкості вітання краплини, остання рухається вгору і виноситься з апарату.

Швидкість вітання краплини:

= , (3.2.17.)

де , - відповідно об'ємна маса рідини і пари, кг/мі;

d - діаметр краплини, d = 0,3-0,5 мм; приймаємо 0,3мм.

- коефіцієнт опору, який залежить від критерію Re.

Re = ; (3.2.18.)

де - кінематична в'язкість пари, мІ/с;

- діаметр краплини, м;

= 0,3 мм;

 = ; (3.2.19.)

= 1,15*10^-5 Па*с;

= =2,39*10^-5 м/с;

Re = =54,85

При Re<500 = = =1,67

= =5,25м/с;

Для нормальної роботи установки необхідно, щоб виконувалась умова:

> ;

= 4,37м/с;

= 5,25м/с;

Отже, умова виконується: 5,25>4,37

3.3 Розрахунок барометричного конденсатора

Витрата охолоджувальної води

При проектуванні конденсаторів проводять тепловий і конструктивний розрахунки, мета яких полягає в отриманні при заданих умовах роботи (достатньо глибокому вакуумі, високій температурі відпрацьованої води або відповідно низькій витраті холодної води) оптимальних розмірів конденсатора.

Витрату охолоджувальної води W на повну конденсацію пари визначаємо з рівняння теплового балансу:

D*i +W*c*t = (D+W)*c'*t;

W = ; (3.3.1.)

де і - ентальпія пари, Дж/кг;

с - теплоємність води, Дж/(кг*К) ;

t,t - температура води відповідно початкова і кінцева, ?С;

Термодинамічні властивості водяної пари (і, температуру t, густину )

Знаходимо з [4, ст.59]. за абсолютним тиском в конденсаторі

Р = 0,078МПа:

Р = Р - Р ; (3.3.2.)

Приймаємо Р = 101300 Па;

Р = 101300-72000 =29300 Па = 0,0293 МПа;

Знаходимо t = 69?С; і = 2625 кДж/кг; = 0,1913 мі/кг.[4, ст.57]

Кількість пари, що йде в барометричний конденсатор беремо із попереднього розрахунку випарного апарату:

D =5,33кг/с;

Для температури охолодної води t =15?C:

W = =130,5кг/с;

Визначення діаметра конденсатора

Внутрішній діаметр конденсатора:

d = 1,13*; (3.3.3.)

де - швидкість руху пари у вільному перерізі корпусу конденсатора, яка дорівнює 1520 м/с. За умовою приймаємо = 16 м/с.

Тоді

d = 1,13* =0,94 м.

Приймаємо діаметр конденсатора рівним d =1000мм.

Діаметр барометричної труби:

d = 1,13*; (3.3.4.)

де = 0,30,6 м/с; швидкість води, яку приймаємо 0,4 м/с;

d = 1,13* =0,658 м;

Приймаємо d= 700мм .

3.4 Розрахунок ізоляції

Товщину теплової ізоляції знаходять з рівності питомих теплових потоків через шар ізоляції від поверхні ізоляції в навколишнє середовище.

;

де - коефіцієнт тепловіддачі від внутрішньої поверхні ізоляційного матеріалу в навколишнє середовище, Вт/(мІ*К);

= 9,3+0,0058* t;

t - температура ізоляції з боку навколишнього середовища (повітря); для апаратів, що працюють в закритому приміщенні, вибирають в проміжку 35-45?C;

Приймаємо t = 40?C;

t - температура ізоляції з боку апарату, з погляду незначного термічного опору стінки апарату в порівнянні з термічним опором шару ізоляції,

t приймають рівною температурі гріючої пари, t = 105 ?C;

t - температура навколишнього середовища;

t = 20 ?C;

- коефіцієнт теплопровідності ізоляційного матеріалу, Вт/(м*К);

Вибираємо в ролі матеріалу для теплової ізоляції совеліт (85% магнезії +15 % асбесту), він має коефіцієнт теплопровідності = 0,09 Вт/(м*К);

= 9,3+0,058*40 = 11,6 Вт/(мІ*К);

Розраховуємо товщину теплової ізоляції підігрівника і випарного апарата:

;

= = 0,025м.

Приймаємо товщину теплової ізоляції = 25 мм

4. Техніко-економічні показники

Амортизаційні витрати на підігрівник:

К = F*c*a; (3.1.)

де F - поверхня теплообміну, мІ;

с- вартість 1 мІ поверхні теплообміну апарату, грн./мІ;

Приймаємо с = 600 грн./мІ.

а - річна частка амортизаційних відрахувань, % ;

а = ; (3.2.)

Р - роки експлуатації;

а = = 0,1

К_а = 20,62*600*0,1=1237,2грн./ рік

Експлуатаційні витрати:

К = N*c* ; (4.3.)

де N - потужність електродвигуна насосу, кВт;

с - вартість 1 кВт* год. електроенергії, грн. / кВт* год.;

с = 0,56грн. / кВт* год.

- кількість годин роботи теплообмінника на рік (16 годин, 250діб)

К_е = 0,04898**0,56*16*250=109,72грн./ рік

Тоді

К_У =1237,2+109,72 =1346,92грн./ рік

Список використаної літератури

1. В.Н. Стабников, В.И. Баранцев «Процессы и аппараты пищевых производств», Москва, Пищевая промышленность, 1965г.

2. „Проектирование процессов и аппаратов пищевых производств” под ред. В.Н. Стабникова, Киев, ”Вища школа”,1982г.

3. « Основные процессы и аппараты химичесокй технологии» под ред.

Ю.И. Дытнерского, Москва, « Химия» 1991.

4. Процеси і апарати харчових виробництв. Методичні вказівки до вивчення дисципліни та виконання контрольних робіт для студентів технологічних спеціальностей заочної форми навчання, Київ,НУХТ,2002р.

5. І.Ф. Малежик та ін. « Процеси і апарати харчових виробництв», Київ НУХТ,2003

6. Процеси і апарати харчових виробництв. методичні вказівки для виконання курсового проекту для студентів технологічних спеціальностей напряму 0917 « Харчова технологія і інженерія» денної а заочної форм навчання, Київ, НУХТ,2003

7. Фізико-хімічні та теплофізичні характеристики м'яса, м'ясопродуктів, крові тварин і бульйонів. Методичні вказівки до виконання курсового та дипломного проектування для студентів усіх спеціальностей денної та заочної форм навчання, Київ, УДУХТ, 1998

Размещено на Allbest.ru