Тема проекта - Компьютерное проектирование трубчатого аппарата

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Имени П.А.Столыпина

 

Факультет пищевых технологий

Кафедра технологии и оборудования пищевых производств

 

 

П.А.ЛИСИН

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению курсового проекта по дисциплине

«ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ»

 

КОМПЬЮТЕРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА

 

 

Рекомендовано ученым советом

Факультета пищевых технологий в качестве учебного пособия

для студентов высших учебных заведений,

обучающихся по специальности

260303.65 – Технология молока и молочных продуктов

 

 

ОМСК 2013

ЗАДАНИЕ к курсовому проекту по дисциплине

«Процессы и аппараты пищевых производств»

Тема проекта - Компьютерное проектирование трубчатого аппарата

Студенту_______ курса ____группы факультета пищевых технологий

УСЛОВИЕ

Назначение аппарата ____________________________________________________

Вид продукта ____________________________________________________________

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К ПРОЕКТУ

2.1. Производительность, л/ч ______________________________________________

2.2. Режим работы аппарата _______________________________________________

Температура продукта, °С

начальная ___________________

конечная ___________________

Давление пара, атм ___________________

Температура теплоносителей, °С

начальная ___________________

кратность расхода ____________

Температура холодоносителя, °С

начальная ___________________

кратность расхода ____________

2.3. Конструктивные особенности аппарата ………………………………………………..

2.4. Дополнительные условия ……………………………………………………………….

ОБЪЁМ ПРОЕКТА

Тепловой расчет аппарата

Определение теплофизических параметров продукта, теплоносителя, графика теплообмена, расчет средней разности температур, коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи, поверхности теплообмена. Составление алгоритма и программы расчета на ЭВМ.

Конструктивный расчет аппарата

Расчет габаритных размеров аппарата, определение числа труб (пластин) в одном ходу и в аппарате, диаметры патрубков для продукта пара, конденсата, воды. Составление алгоритма и программы расчета на ЭВМ.

Расчет изоляции аппарата

Определение тепловых потерь, выбор теплоизоляционного материала, расчет коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи. Составление алгоритма и программы расчета на ЭВМ.

Гидравлический расчет аппарата и подбор насоса

Определение потерянного напора. Подбор насоса с указанием характеристик.

3.5. Техническая характеристика аппарата Распечатка результатов расчета на ЭВМ.

3.6. Графическая часть Выполнить в компьютерном графическом редакторе продольный и поперечный разрез аппарата.

 

Дата выдачи курсового задания.

Руководитель проекта д.т.н., профессор П.А. Лисин

 

 

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

 

Введение

Задача методических указаний - оказать помощь студентам тех­нологического факультета и стимулировать их творческую инициативу при выполнении курсового проекта по дисциплине «Процессы и аппа­раты пищевых производств»: в освоении методики расчета теплооб­менных аппаратов, в приобретении навыков анализа решений, в оценке экономической эффективности разработанного проекта.

Знания, умения и навыки, приобретенные в процессе выполнения курсового проекта, понадобятся при выполнении отдельных разделов дипломного проекта при эксплуатационных расчетах теплообменных ап­паратов, изучения оборудования молочной промышленно­сти.

Проект выполняется в порядке самостоятельной работы, согласно учебному плану. После выдачи индивидуального задания преподаватель излагает общие вопросы выполнения курсового проекта. Рекомендует основную и дополнительную литературу, каталоги теплообменных аппаратов, спра­вочники. Дальнейшую работу студенты выполняют самостоятельно, ис­пользуя при этом индивидуальные консультации преподавателя.

Проект выполняется в соответствии с заданием, которое студент получает на первой неделе 6 семестра и сдает на проверку за две недели до конца семестра. Задание содержит исходные данные к проектированию, а также сроки выполнения разделов проекта.

Курсовой проект состоит из расчетно-пояснительной записки, про­граммного обеспечения и чертежей. Записка выполняется на листах бу­маги формата А4 (210х297 мм), в соответствии с ГОСТ 2.105-95, графики - на миллиметровой бумаге, чертежи - на ватмане стандартного формата А3. К курсовому проекту в пояснительной записке прилагаются листинги компьютерных распечаток. Спецификация конст­руктивных элементов аппарата выполняется на отдельных листах фор­мата А4 или допускается выполнение на чертеже проекта.

Задание к выполнению графической части выдается руководите­лем. Выполненную курсовую работу проверяет руководитель, кото­рый дает заключение о допуске ее к защите.

Содержание проекта:

1. Тепловой расчет теплообменного аппарата

2. Конструктивный расчет аппарата

3. Теплоизоляционный расчет

4. Гидродинамический расчет

5. Проверочный расчет аппарата и корректирование конструкции

Чертежи проекта:

1. Продольный и поперечный разрезы аппарата;

2. Схемы коллекторов, крышек и других деталей аппарата.

 

Условные обозначения

t - температура, ⁰С;

r - плотность, кг/м³;

с - теплоёмкость, кДж/(кг· К);

l - теплопроводность, Вт/(м·К);

m - динамическая вязкость, Па·с;

n - кинематическая вязкость, м²/с;

u - скорость движения среды, м/с;

d - диаметр, м;

Q -тепловая нагрузка аппарата, Вт;

М - массовая производительность аппарата, кг/ч;

V - объемная производительность аппарата, м³/ч;

a - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м² ·К);

К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м² ·К);

F - поверхность теплообмена, м²;

i - энтальпия, кДж/кг;

r - скрытая теплота парообразования, кДж/кг;

f - площадь сечения трубы, м²;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

t - время, ч;

h - тепловой КПД аппарата.

 

Критерии подобия

Pr - Прандтля; Nu - Нуссельта;

Re - Рейнольдса; Gr - Грасгофа.

Индексы

пр - продукт; нар - наружный; к - конечный;

конд - конденсат; вн- внутренний; ср - средний;

нас - насыщенный пар; ф - фактический; тр - труба.

ст - стенка; н - начальный

 

2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ АППАРАТА

 

Целью теплового расчета теплообменных аппаратов является определение частных коэффициентов теплоотдачи, теплопередачи и поверхности теплообмена.

Исходные данные для проектирования трубчатого аппарата:

Ø Объемная производительность аппарата для молока, – 8 м³/ч

Ø Начальная температура молока, °С – t _н =12

Ø Конечная температура молока, °С - t _к = 40

Ø Давление пара, ати – 1,3

Ø Тип аппарата - горизонтальный

2.1.Определение физических параметров продукта.

 

Для определения физических параметров продукта необходимо определить его среднюю температуру.

 

(2.1)

где: t_н – начальная температура продукта, °С;

t_к – конечная температура продукта, °С.

По известной средней температуре продукта 26^оС из приложения Б определяются его физические параметры, которые записываем в таблицу 2.1.

 

Физические свойства пара

 

Наименование параметра	Единицы измерения	Условные обозначения	Значения параметра.
Давление пара Температура пара Удельный объем Энтальпия Скрытая теплота парообразования	ати °С м^3 / кг кДж / кг   кДж / кг	Рнас Tнас Vнас iнас   rнас	1,3 110,79 1,180 2693,3   2228,7

По известной температуре пара, начальной и конечной температуре продукта строится график теплообмена, в соответствии с рисунком 2.1.

 

	t,°С
			t, час

 

 

Рис. 2.1. График теплообмена между паром и продуктом.

Dt_б= t_нас – t_н = 110,79 – 12 = 98,79°С (2.2)

 

Dt_м = t_нас – t_к = 110,79 – 40 = 70,79°С (2.3)

где: Dt_б – большая разность температур, °С;

Dt_м – меньшая разность температур, °С;

t_нас – температура пара,° С;

Dt_ср – средняя разность температур, °С.

Так как >2, то среднюю разность температур рассчитывают по формуле:

Dt_ср = = = 84,0°С (2.4)

 

 

2.3.Определение физических параметров конденсата.

 

Для определения физических параметров конденсата необходимо определить его температуру.

 

t_ст = t_нас – 0,5*Dt_ср = 110,79 – 0,5*84 = 68,79°С (2.5)

 

(2.6)

где: t_ст – температура стенки, °С.

По известной температуре конденсата из приложения Б определяются его физические свойства и оформляются в соответствии с таблицей 2.3.

 

2.3. Физические свойства конденсата

 

Наименование параметра.	Единицы измерения	Условные обозначения	Значения параметра
Температура Плотность Теплоемкость Теплопроводность Динамическая вязкость Кинематическая вязкость Критерий Прандтля	°С кг/ м^3 кДж/(кг·К) Вт/(м·К) Па·с   м^2 / с ---	tконд rконд сконд lконд mконд nконд Prконд	89,59 965,3 4,228 0,680 314,6·10^-6   0,326·10^-6 1,95

 

2.4. Определение тепловой нагрузки аппарата.

Q = M·с_пр(t_к - t_н) (2.7)

где: Q – тепловая нагрузка, кДж / час;

М – производительность аппарата, кг/час;

V_ап – производительность аппарата, м³ / час;

с_пр – теплоемкость продукта, кДж / (кг·К);

r_пр – плотность продукта, кг/ м³.

М = V_ап · r_пр (2.8)

Q = 8 · 1025.3 ·3.922 ·(40-12) = 900754.7 кДж/час (2.9)

 

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(справочное)

Таблица А.1. Соотношение единиц системы СИ

с внесистемными единицами [1]

 

Измерения	Размерности, встречающиеся в справочниках	Коэффициент пересчета и размерность по СИ
Давление     Теплота, работа Тепловой поток Коэффициент теплопередачи, теплоотдачи Теплопроводность   Динамическая вязкость   Кинематическая вязкость   Теплоемкость Плотность   Удельный объем Угловая скорость	кгс/см^2 (ат) кгс/м^2 (мм вод. ст.) кгс/мм^2 мм рт. ст.   ккал ккал / ч     ккал/(м^20С ч) ккал/(м ^0С ч)   кгс с/м^2 дин·с/см^2(пуаз)   м^2/с     ккал/(кг·С) кг/м^3   м^3/кг об/мин	9,8·10^4 Н/м^2 (Па) 9,8 Н/м^2 (Па) 9,8·10^6 Н/м^2 (Па) 133 Н/м^2 (Па)   4,187 кДж 1,163 Вт     1,163 Вт/(м^2·К) 1,163 вт/(м·К)   9,8 Н·с/м^2 (Па·с) 0,1 Н·с/м^2 (Па·с)   1,0 Н·с/м^2 (Па·с)     4,19 кДж/ (кг·К) 1,0 кг/м^3 1,0 м ^3/кг 0,1046 рад/с

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(справочное)

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

(справочное)

Таблица Д.1. Трубы из нержавеющей стали (хромоникелевые) [17].

 

Наружный диаметр, мм	Толщина стенки, мм	Наружный диаметр, мм	Толщина стенки, мм
	1,5		2,5
	2,0		3,5
	2,5		1,5
	3,0		3,0
	1,5		1,0
	2,5		1,25
	3,0		2,75
	4,0		3,0

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

(справочное)

 

Таблица Е.1. Коэффициенты местных сопротивлений в

теплообменниках [17].

 

Характер местных сопротивлений	Коэффициент местного сопротивления, Км
1. Входная или выходная камера, удар поворот	1,5
2. Поворот на 180° между ходами и секциями	2,5
3. Вход в трубы и выход из них	1,0
4. Вход в межтрубное пространство и выход из него	1,5
5. Поворот в V – образных трубах	0,5
6. Поворот 180° через перегородку в межтрубном пространстве	1,5
7. Поворот 180° через калач	2,0
8. Поперечное движение в межтрубном пространстве (М – число рядов труб)	3ЧМ / Re^0,2
9. Круглые змеевики (№ – число витков)	0.5Ч№

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж

(справочное)

Насосы

Таблица Ж.1. Центробежные молочные насосы [4].

 

Марка насоса	Подача, м^3/ч	Напор, м жид. столба	Абсолютное давление на входе, кгс / см^2,не более	Частота вращения рабочего колеса, об / мин	Мощность двигателя, кВт
Г2-ОПА	6,3	12,5	0,5		0,8
Г2-ОПБ		20,0	0,5		1,5
Г2-ОПВ		31,5	0,5		3,0
50МЦ 25-31		51,5	0,5		5,5
75МЦ 50-31		31,5	0,6		10,0
Г2-ОПД		20,0	0,3		5,2
Г2-ОПГ		3,0	-		1,1

 

 

Таблица Ж.2. Насосы для воды и рассола [4].

 

 

Марка	Подача, м^3 / ч	Напор, м	Частота вращения, мин ^–1	Мощность насоса, кВт	Диаметр рабочего колеса, мм	Масса агрегата, кг
К 8/18	8,2			0,74
К 8/18а	7,4			0,65
К 8/18б	6,7			0,51
К 20/18	4,5	20,0		1,5
К 20/18а		16,8		1,1
К 20/18б		15,1		0,8
К 20/30				2,55
К 90/85				32,1
К 90/85а
К 160/20				10,8
К 160/20а				8,7
ФГ 25,5/14,5	25,5	14,5
ФГ 81/31
ФГ 144/46

ПРИЛОЖЕНИЕ К

(справочное)

К.1. Правило оформления титульного листа

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОННАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени П.А.Столыпина

 

ФАКУЛЬТЕТ ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

 

Кафедра технологии и оборудования пищевых производств

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

ПО ПРОЦЕССАМ И АППАРАТАМ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

 

 

КОМПЬЮТЕРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Митин В.В. Курсовое и дипломное проектирование оборудования предприятий мясной и молочной промышленности. –М.: Колос. 1992. 271 с. (с.221.Приложение №5)

ПРИЛОЖЕНИЕ М

(справочное)

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Имени П.А.Столыпина

 

Факультет пищевых технологий

Кафедра технологии и оборудования пищевых производств

 

 

П.А.ЛИСИН

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению курсового проекта по дисциплине

«ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ»

 

КОМПЬЮТЕРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА

 

 

Рекомендовано ученым советом

Факультета пищевых технологий в качестве учебного пособия

для студентов высших учебных заведений,

обучающихся по специальности

260303.65 – Технология молока и молочных продуктов

 

 

ОМСК 2013

ЗАДАНИЕ к курсовому проекту по дисциплине

«Процессы и аппараты пищевых производств»

Тема проекта - Компьютерное проектирование трубчатого аппарата

Студенту_______ курса ____группы факультета пищевых технологий

УСЛОВИЕ

Назначение аппарата ____________________________________________________

Вид продукта ____________________________________________________________

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К ПРОЕКТУ

2.1. Производительность, л/ч ______________________________________________

2.2. Режим работы аппарата _______________________________________________

Температура продукта, °С

начальная ___________________

конечная ___________________

Давление пара, атм ___________________

Температура теплоносителей, °С

начальная ___________________

кратность расхода ____________

Температура холодоносителя, °С

начальная ___________________

кратность расхода ____________

2.3. Конструктивные особенности аппарата ………………………………………………..

2.4. Дополнительные условия ……………………………………………………………….

ОБЪЁМ ПРОЕКТА

Тепловой расчет аппарата

Определение теплофизических параметров продукта, теплоносителя, графика теплообмена, расчет средней разности температур, коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи, поверхности теплообмена. Составление алгоритма и программы расчета на ЭВМ.