Теплообмінні процеси в теплообмінниках

Теплообмінні процеси в теплообмінниках

Теплообмінними апаратами, чи теплообмінниками, називаються апарати для передачі теплоти від більш нагрітого теплоносія до менш нагрітого через стінку. Теплообмін застосовується на підприємствах харчової промисловості для нагрівання або охолодження різних середовищ при проведені технологічних процесів.

Розглянемо деякі типові випадки теплообміну в різних теплообмінниках:

а) теплообмін у сорочкових теплообмінниках. З боку нагріваючих чи
охолоджуючих продуктів - вільна конвекція чи примусове перемішування
мішалкою; з боку робочого середовища, що знаходиться в сорочці,-
конденсація на вертикальній і сферичній поверхнях при паровому обігріві,
обтікання циліндра і сфери при рідкому середовищі і рух рідини у вузьких
каналах

б) теплообмін у кожухотрубних теплообмінниках. У трубному просторі -
тепловіддача при змушеному перехідному, ламінарному чи турбулентному
режимі, у між трубному просторі при паровому обігріві - конденсація на
вертикальній поверхні чи зовні горизонтальних труб, при рідинному обігріві
чи охолодженні поздовжнє, поперечне чи змішане обтікання пучка труб (у
залежності від системи між трубних перегородок)

в) теплообмін у заглибних теплообмінниках. В середині труб при паровому
обігріві - конденсація, при рідкому середовищі - змушений рух у різних
режимах з підвищенням інтенсивності тепловіддачі в змійовиках за рахунок
поворотів потоку. Ззовні труб - як правило вільна конвекція, при наявності
мішалок - змушене обтікання труб.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

1.2. Класифікація теплообмінників, технологічне

Призначення

Технологічне призначення теплообмінників різноманітне. Як правило, розрізняють:

- теплообмінники, у яких передача тепла є основним процесом,

- реактори, у яких тепловий процес відіграє допоміжну роль Класифікація теплообмінників можлива за різними ознаками: 1.3а способом передачі тепла розрізняються теплообмінники: -змішування, у яких робітничі середовища безпосередньо стикаються

або перемішуються,

-поверхневі теплообмінники - рекуперативні, в яких один бік поверхні теплообміну весь час омиває гарячий теплоносій, а другий - холодний; регенеративні, в який одна і та сама поверхня теплообміну поперемінно омивається то одним, то другим теплоносієм.

2.3а призначенням:

-випарні;

-холодильники;

-конденсатори.

3. За видом теплоносіїв залежно від агрегатного стану:

-рідинно-рідинні - при теплообміні між двома рідкими середовищами;

-паро-рідинні - при теплообмінні між парою і рідиною (парові підігрівники, конденсатори);

-газо-рідинні - при теплообмінні між газом і рідиною (холодильники для повітря);

-газо-газові - при теплообмінні між газовими середовищами;

-паро-газові - при теплообмінні між парою та газом.

4.3а тепловим режимом розрізняють теплообмінники:

-періодичної дії, у яких спостерігається нестаціонарний тепловий процес,

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

-безперервної дії - зі сталим у часі процесом.

У теплообмінниках переодичної дії тепловій обробці піддається окрема порція (завантаженого) продукту і його кількості параметри процесу безперервно варіюють, у робочому режимі апарата в часі.

При безперервному процесі параметри його також змінюються, але уздовж проточної частини апарата, замикаючись постійним в часі в даному переризі потоку. Безперервний процес характеризується сталістю теплового режиму і витрати робочого середовища, що протікають через теплообмінник.

Усі теплообмінні апарати поверхневого типу можна класифікувати залежно від напрямку потоків теплоносіїв:

-прямотечійні, коли обидва теплоносії рухаються паралельно в одному напрямку;

-протитечійні, коли обидва теплоносії рухаються в протилежних напрямках назустріч один одному;

-з перехресною течією теплоносії рухаються взаємно

перпендикулярно;

-із складнішими схемами різного поєднання прямотечії, протитечії і перехресної течії.

Як теплоносій найбільш широко застосовується насичена чи злегка перегріта водяна пара. У змішувальних апаратах, пар, як правило, барботують у рідину (впускають під рівень рідини), при цьому конденсат пари змішується з продуктом, що не завжди припустимо. У поверхневих апаратах пар конденсується на поверхні нагрівання і конденсат віддаляється окремо від продукту за допомогою водовідвідників. Водяна пара, як теплоносій, має безліч переваг: легкість транспортування по трубах, регулювання температури, високою інтенсивністю тепловіддачі та ін. Застосування пари особливо вигідно при використанні, коли з продукту вода направляється у вигляді пари, що гріє інші випарні апарати і підігрівники.

Обігрів гарячою водою і рідинами також має широке застосування і вигідне при вторинному використанні. Тепло конденсатів і рідини, що по

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

ходу технологічного процесу нагріваються до високої температури. У порівнянні з паром, рідинний підігрів менш інтенсивний. Однак регулювання процесу і транспорт рідини так само зручний, як і при паровому обігріві.

Загальним недоліком парового і водяного обігріву є швидкий ріст тиску з підвищенням температури. В умовах технологічної апаратури харчових виробництв при паровому і водяному обігріві найвищі температури обмежені 150-160°С, що відповідає тиску 0.5-0.7 МПа.

В окремих випадках (у консервній промисловості) застосовується масляний обігрів, що дозволяє при атмосферному тиску досягти температур до 200 С у печах, сушильних установах. Газовий обігрів має велику кількість недоліків: труднощі регулювання і транспортування теплоносія, малою інтенсивністю теплообміну, забрудненням поверхні апаратури (при використанні топкових газів) і ін. Однак у ряді випадків він є єдино можливим (наприклад, у повітряних сушарках).

У холодильній техніці використовуються ряд холодоагентів: повітря, вода, розсоли, аміак, вуглекислота, фреон та ін.

При будь-якому використанні теплоносіїв і холодоагентів, теплові і масообміні процеси підлеглі в основному технологічному процесу виробництва, заради якого створюється теплообмінні апарати й установки. Тому рішення задач оптимізації теплообміну підлеглі умовам раціонального технологічного процесу.

Для нагрівання та охолодження рідких середовищ розроблені теплообмінники різноманітних конструкцій. Одним з них є кожухотрубний теплообмінник, конструкція якого розглядається в даній курсовій роботі. Такі теплообмінники широко застосовуються в харчовій промисловості.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

1.3. Порівняльна характеристика теплообмінних апаратів

Конкретна задача нагрівання и охолодження даного продукту може бути вирішена за допомогою різних теплообмінників. Конструкцію теплообмінника варто вибирати, виходячи з наступних основних вимог, пропонованих до теплообмінних апаратів.

Найважливішою вимогою є відповідність апарата технологічному процесу обробки даного продукту, це досягається за таких умов:

- підтримка необхідної температури процесу,

- забезпечення можливості регулювання температурного режиму,

- відповідність робочих швидкостей продукту мінімально необхідної тривалості перебування продукту в апараті,

- вибір матеріалу апарата відповідно до хімічних властивостей продукту,

- відповідність апарата тискам робочих середовищ.

Другою вимогою є висока ефективність (продуктивність) і економічність роботи апарата, зв'язані з підвищенням інтенсивності теплообміну й одночасно з дотриманням оптимальних гідравлічних опорів апарата. Ці вимоги звичайно виконуються при дотриманні наступних умов:

- достатні швидкості однофазних робочих середовищ для здійснення турбулентного режиму,

- сприятливий відносний рух робітничих середовищ (звичайно краще протиток);

 

- забезпечення оптимальних умов для відводу конденсату і газів, що не конденсуються (при паровому обігріві);

- поверхні нагрівання;

- запобігання можливості забруднення і легке чищення поверхні нагрівання, мікробіологічна чистота й ін.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

Істотними вимогами є також компактність, мала маса, простота конструкцій, зручність монтажу і ремонту апарата. З цього погляду мають вплив наступні фактори: конфігурація поверхні нагрівання, спосіб розміщення і кріплення трубок у трубних ґратах, наявність і тип перегородок, ущільнень, пристрій камер, коробка, днищ; габаритні розміри апарата й ін.

Ряд факторів визначає надійність роботи апарата та зручність його експлуатації: компенсація температурних деформацій, міцність, і щільність роз'ємних з'єднань, доступ для огляду і чищення, зручність контролю за роботою апарата, зручність з'єднання апарата з трубопроводами і т.д.

Ці основні вимоги повинні бути покладені в основу конструювання і вибору теплообмінних апаратів. При цьому найбільше значення має забезпечення заданого технологічного процесу в апараті.

 

Кожухотрубні теплообмінники

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

Нагрівання гарячою парою має широке використання і корисний при вторинному використанню тепла конденсатора і рідин (продукту) який по ходу технологічного процесу нагрівається до високої температури.

Недоліком водяного нагрівання являється швидкий ріст тиску з підвищенням температури.

Багатотрубні теплообмінники представляють собою пучок трубок, розміщених в циліндричну камеру (кожух), таким чином внутрішня камера являє собою між трубний простір. Трубки розміщенні в трубній решітці, обмежуючи камеру з обох сторін. До трубної решітки кріпляться коробки з патрубками для впуску робочої рідини, що протікає всередині трубок.

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

Камера також має патрубки для підводу і відводу другого робочого тіла. Патрубки використовують при теплообмінні міх рідкими середовищами.

Трубні решітки можуть бути наглухо приварені або прикріплені до корпусу, одна з решіток може бути не з’єднана з камерою. В цьому випадку щільність досягають за допомогою резинових кілець, які закривають отвір між корпусом та решіткою. Такий спосіб кріплення забезпечує вільне збільшення трубочок при їх нагріванні і захищає від порушення кріплень трубок в решітці.

Кожухотрубний теплообмінник зазвичай стальний, циліндричний. Інколи для забезпечення вільного температурного розширення кожуха і трубочок на кожусі встановлюють компенсатор.

Покрашення трубчастих теплообмінників досягається в першу чергу шляхом групування трубок в окремі пучки (ходи), для цього в розпреділинних коробочках розміщають перегородки. Такий теплообмінник називається багатоходовим. Робоча рідина проходить через трубний простір в декілька ходів, протікає почергово через всі пучки трубок. При цьому швидкість рідини при даному використанні рухається з заданим рухом, то в результаті збільшується коефіцієнт теплопередачі.

Поперечні перегородки ділять між трубний простір на стільки ж ходів, скільки є трубного простору та забезпечує принцип протетичії робочого тіла.

Перегородки розміщюються паралельно трубкам і не доторкаються протилежної трубної решітки. Велика число перегородок не рекомендується через труднощі ущільнення стиків перегородки з решітками.

Поперечні перегородки бувають перекриваючі і не перекриваючі. Перекриваючі перегородки пересікають весь між трубний простір, залишаючи навколо кожної трубки кільце шириною біля 2 мм. відстань між перегородками – біля 100 мм. Робоче тіло протікає мимо труб з великою швидкістю; в в проміжках між перегородками утворюють завихри, для того щоб збільшити коефіцієнт теплопередачі.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

Трубчаті теплообмінники виготовляють двох типів - горизонтальні та вертикальні, які відрізняються між собою лише незначними деталями (розміщення патрубків та опор). Горизонтально трубчастий менш вигідний через те що займає більшу площу і не зручно розміщувати на балках перекриття.

При установленні теплообмінників потрібно звертати увагу на напрямок руху робочого тіла. Гаряча (охолоджуюча) рідина повинна опускатися (подача з верху), а холодна – піднімається, тоді примусовий рух співпадає з дійсним.

Одноходовий краще розмішувати вертикально, багатоходовий – горизонтально так як деяких ходах вільний рух не співпадає з примусовим, що впливає на теплообмін в вертикальних теплообмінниках. Горизонтальне розміщення декількох послідовно з’єднаних рідких теплообмінників більш раціональне, оскільки більш вигідніше з’єднуватись з комунікаціями. у випадку їх частої чистки трубок багатоходові теплообмінники краще розміщувати вертикально.

 

 

 

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

3.Розрахунки

Вихідні дані

 

Для розрахунку береться кожухотрубний теплообмінний апарат. Вода, яку треба нагріти, подається в труби, а гарячий теплоносій – в міжтрубний простір. Апарат розташований горизонтально. Рух продукту і теплоносія протитечійний. Продукт нагрівається вторинною парою після 2 корпуса випарної установки.

- температура пари після 2 корпуса випарної установки t_пари=102⁰C, р_пари =0,11 мПа;

- продукт, що нагрівається – вода (в подальшому продукт), гарячий теплоносій –пара;

- продуктивність апарату G = 80 т/год = 22,2кг/с;

- температура продукту на вході в апарат t₁ =20⁰C; на виході t₂= 86 ⁰C;

- втрати тепла складають х= 5%;

- висота трубок Н= 4 м, внутрішній діаметр трубки d_в= 0,03м, товщина стінки δ_ст = 0,0015м, зовнішній діаметр трубки d_з = 0,033м;

- коефіцієнт корисної дії насосу η = 0,8

- коефіцієнт теплопровідності для сталі λ_ст = 17,5 Вт/м*К.

Інші дані приймаємо далі самостійно по ходу розрахунку.

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

3.1.1.Тепловий розрахунок теплообмінника при швидкості 0,9 м/с

 

 

Початкова температура продукту t₁= 20 ⁰C

Кінцева температура продукту t₂= 86 ⁰C

Тиск гріючої пари 0,11 мПа

Температуру гріючої пари t_п= 102 ⁰C

 

Обчислюємо середню різницю температур теплоносія і продукта:

 

Δ t_б= t_п- t₁ = 102-20 = 82 ⁰C

 

Δ t_м= t_к- t₂ = 102-86 = 16 ⁰C

 

Δ t_б/ Δ t_м = 82/16 = 5,1 > 2

 

Δ t_с= Δ t_б- Δ t_м / ln (Δ t_б/ Δ t_м) = 66/ 1,6341 = 40,38 ⁰C

 

Обчислюємо середню температуру продукту:

 

t_с= t_п - Δ t_с = 102– 40,38 = 61,61 ⁰C

 

При середній температурі t_с теплофізичні параметри води визначаємо за допомогою таблиць:

 

λ_р= 0,652 Вт/(м*К) ρ_р=983 кг/м³

 

μ_р=0,00045673 Па*с С_р=4181Дж/(кг*К)

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

Теплове навантаження з урахуванням теплових витрат, Дж/с або Вт:

 

Q=x*G*C*(t₂- t₁)

 

де х- коефіцієнт, що враховує втрати теплоти в навколишнє середовище, (х=1,02…1,05); G- витрати рідини, кг/с; С-теплоємність рідини, Дж/(кг*К).

x=1,05;

G=70 т/год=22,22кг/c.

 

Q=1,05*22,22*4181*(86-20)=6438096,126 Вт=6438 кВт

 

Витрата пари, кг/с:

 

D=Q/I-i

 

І – ентальпія назріваючої пари,

і – ентальпія конденсату.

 

і=С* t_к=4181*(102-3)=413919 Дж/кг

 

де t_к – температура конденсату, t_к = t_п - (2…3) ⁰C

 

D=6438/(2679-413,9)=2,84 кг/с

Висновок

Процес теплообміну займає провідне місце на підприємствах харчової промисловості, тому інженер-технолог повинен для кращого розуміння процесів, що відбуваються з продукцією, знати принцип роботи та вміти робити розрахунки теплообмінних апаратів. В дані в курсовій роботі було проведено комплексну роботу по розробці кожухотрубного теплообмінного апарату.

Розрахунок і підбір конструкції теплообмінника посідає важливе місце при проектуванні апаратів.

Дана курсова робота направлена на розрахунок оптимального варіанта кожухотрубного теплообмінника, який повинен забезпечити нагрівання дифузійного соку до певної температури та з певною продуктивністю, з найменшими затратами на виготовлення теплообмінника та на його експлуатацію.

Здобуті знання можуть бути використанні в подальшій науковій та практичній роботі.

Характерною особливістю для виробництв, що застосовують дане обладнання, є значна кількість утворень в повітрі робочих зон надлишкової теплоти, вологи, СО₂. Шкідлива дія СО₂ може проявитися при не вірному використанні робіт в середині резервуарів. У виробничих приміщеннях TT BC0OPCRjghYveADolHWIlvANW3TYgj8kJFPFumyhmbVftsAIAq77eohiC+SJxZHRQ8QjdYYt3pkt dEqFYYsuW4AzPmULzaw9sEUYIpW6hz1IhdolC5D3YScPWyA57TBsYdjipQ8XnzK30Cku58IW4vl4 eMuAUIfVGxH4awy6Zdjuvrfh6h8AAAD//wMAUEsDBBQABgAIAAAAIQDquStr4AAAAAwBAAAPAAAA ZHJzL2Rvd25yZXYueG1sTI9NS8NAEIbvgv9hGcGb3Xxo0JhNKUU9FcFWEG/b7DQJzc6G7DZJ/73T k73Nyzy8H8Vytp0YcfCtIwXxIgKBVDnTUq3ge/f+8AzCB01Gd45QwRk9LMvbm0Lnxk30heM21IJN yOdaQRNCn0vpqwat9gvXI/Hv4AarA8uhlmbQE5vbTiZRlEmrW+KERve4brA6bk9Wwcekp1Uav42b 42F9/t09ff5sYlTq/m5evYIIOId/GC71uTqU3GnvTmS86FgnScaogvSFN12AOIsSEHu+ssc0A1kW 8npE+QcAAP//AwBQSwECLQAUAAYACAAAACEAtoM4kv4AAADhAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA W0NvbnRlbnRfVHlwZXNdLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQA4/SH/1gAAAJQBAAALAAAAAAAAAAAA AAAAAC8BAABfcmVscy8ucmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQDk9xq3NwYAAP9BAAAOAAAAAAAAAAAA AAAAAC4CAABkcnMvZTJvRG9jLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQDquStr4AAAAAwBAAAPAAAAAAAA AAAAAAAAAJEIAABkcnMvZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABADzAAAAngkAAAAA " o:allowincell="f">

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

шкідливі гази проникають при розгерметизації обладнання. Апарати обладнують манометрами і запобіжними клапанами.

Для забезпечення безпеки перед мийкою, чисткою, дизинфікацією обладнання спочатку вентилюють. Мийка відбувається спеціальними стриями води або за допомогою стаціонарних мийок різної конструкції. Приміщення для мийки оснащують повітря-теплою завісою, що запобігає проникненню холодного повітря в зимовий період. Підлога роблять водо-непроникаючою з нахилом для видалення промивних вод. Для пропарювання застосовується пара під тиском до 0,05м Па.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

Список використаної літератури

1. Проектирование процессов и аппаратов пищевых производств. Под. ред. В. Н. Стабникова. – Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1982.-199с.

2. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Учебник для техникумов. Иоффе И.Л. – Л.: Химия, 1991. – 352 с.,

3. Процессы и аппараты пищевых производств. Стабников В.Н., Попов В.Д.- М.: Агропромиздат, 1985.-503 с.

4. Кувшинский М.Н., Соболева А.П., Курсовое проектирование по предмету «Процессы и аппараты химической промышленности»: Учеб. пособие для учащихся техникумов. –2- е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. школа,1980.-223с.

5. Процеси і апарати харчових виробництв: Підручник / За ред.. проф.. І.Ф. Манежика. – К.: НУХТ, 2003. – 400 с.

6. И.А. Чубик. Справочник по теплофизическим константам пищевых продуктов и полуфабрикатов. М.: изд. «Пищевая промышленность», 1965. – 155 с.

 

 

Теплообмінні процеси в теплообмінниках

Теплообмінними апаратами, чи теплообмінниками, називаються апарати для передачі теплоти від більш нагрітого теплоносія до менш нагрітого через стінку. Теплообмін застосовується на підприємствах харчової промисловості для нагрівання або охолодження різних середовищ при проведені технологічних процесів.

Розглянемо деякі типові випадки теплообміну в різних теплообмінниках:

а) теплообмін у сорочкових теплообмінниках. З боку нагріваючих чи
охолоджуючих продуктів - вільна конвекція чи примусове перемішування
мішалкою; з боку робочого середовища, що знаходиться в сорочці,-
конденсація на вертикальній і сферичній поверхнях при паровому обігріві,
обтікання циліндра і сфери при рідкому середовищі і рух рідини у вузьких
каналах

б) теплообмін у кожухотрубних теплообмінниках. У трубному просторі -
тепловіддача при змушеному перехідному, ламінарному чи турбулентному
режимі, у між трубному просторі при паровому обігріві - конденсація на
вертикальній поверхні чи зовні горизонтальних труб, при рідинному обігріві
чи охолодженні поздовжнє, поперечне чи змішане обтікання пучка труб (у
залежності від системи між трубних перегородок)

в) теплообмін у заглибних теплообмінниках. В середині труб при паровому
обігріві - конденсація, при рідкому середовищі - змушений рух у різних
режимах з підвищенням інтенсивності тепловіддачі в змійовиках за рахунок
поворотів потоку. Ззовні труб - як правило вільна конвекція, при наявності
мішалок - змушене обтікання труб.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

1.2. Класифікація теплообмінників, технологічне

Призначення

Технологічне призначення теплообмінників різноманітне. Як правило, розрізняють:

- теплообмінники, у яких передача тепла є основним процесом,

- реактори, у яких тепловий процес відіграє допоміжну роль Класифікація теплообмінників можлива за різними ознаками: 1.3а способом передачі тепла розрізняються теплообмінники: -змішування, у яких робітничі середовища безпосередньо стикаються

або перемішуються,

-поверхневі теплообмінники - рекуперативні, в яких один бік поверхні теплообміну весь час омиває гарячий теплоносій, а другий - холодний; регенеративні, в який одна і та сама поверхня теплообміну поперемінно омивається то одним, то другим теплоносієм.

2.3а призначенням:

-випарні;

-холодильники;

-конденсатори.

3. За видом теплоносіїв залежно від агрегатного стану:

-рідинно-рідинні - при теплообміні між двома рідкими середовищами;

-паро-рідинні - при теплообмінні між парою і рідиною (парові підігрівники, конденсатори);

-газо-рідинні - при теплообмінні між газом і рідиною (холодильники для повітря);

-газо-газові - при теплообмінні між газовими середовищами;

-паро-газові - при теплообмінні між парою та газом.

4.3а тепловим режимом розрізняють теплообмінники:

-періодичної дії, у яких спостерігається нестаціонарний тепловий процес,

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

-безперервної дії - зі сталим у часі процесом.

У теплообмінниках переодичної дії тепловій обробці піддається окрема порція (завантаженого) продукту і його кількості параметри процесу безперервно варіюють, у робочому режимі апарата в часі.

При безперервному процесі параметри його також змінюються, але уздовж проточної частини апарата, замикаючись постійним в часі в даному переризі потоку. Безперервний процес характеризується сталістю теплового режиму і витрати робочого середовища, що протікають через теплообмінник.

Усі теплообмінні апарати поверхневого типу можна класифікувати залежно від напрямку потоків теплоносіїв:

-прямотечійні, коли обидва теплоносії рухаються паралельно в одному напрямку;

-протитечійні, коли обидва теплоносії рухаються в протилежних напрямках назустріч один одному;

-з перехресною течією теплоносії рухаються взаємно

перпендикулярно;

-із складнішими схемами різного поєднання прямотечії, протитечії і перехресної течії.

Як теплоносій найбільш широко застосовується насичена чи злегка перегріта водяна пара. У змішувальних апаратах, пар, як правило, барботують у рідину (впускають під рівень рідини), при цьому конденсат пари змішується з продуктом, що не завжди припустимо. У поверхневих апаратах пар конденсується на поверхні нагрівання і конденсат віддаляється окремо від продукту за допомогою водовідвідників. Водяна пара, як теплоносій, має безліч переваг: легкість транспортування по трубах, регулювання температури, високою інтенсивністю тепловіддачі та ін. Застосування пари особливо вигідно при використанні, коли з продукту вода направляється у вигляді пари, що гріє інші випарні апарати і підігрівники.

Обігрів гарячою водою і рідинами також має широке застосування і вигідне при вторинному використанні. Тепло конденсатів і рідини, що по

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

ходу технологічного процесу нагріваються до високої температури. У порівнянні з паром, рідинний підігрів менш інтенсивний. Однак регулювання процесу і транспорт рідини так само зручний, як і при паровому обігріві.

Загальним недоліком парового і водяного обігріву є швидкий ріст тиску з підвищенням температури. В умовах технологічної апаратури харчових виробництв при паровому і водяному обігріві найвищі температури обмежені 150-160°С, що відповідає тиску 0.5-0.7 МПа.

В окремих випадках (у консервній промисловості) застосовується масляний обігрів, що дозволяє при атмосферному тиску досягти температур до 200 С у печах, сушильних установах. Газовий обігрів має велику кількість недоліків: труднощі регулювання і транспортування теплоносія, малою інтенсивністю теплообміну, забрудненням поверхні апаратури (при використанні топкових газів) і ін. Однак у ряді випадків він є єдино можливим (наприклад, у повітряних сушарках).

У холодильній техніці використовуються ряд холодоагентів: повітря, вода, розсоли, аміак, вуглекислота, фреон та ін.

При будь-якому використанні теплоносіїв і холодоагентів, теплові і масообміні процеси підлеглі в основному технологічному процесу виробництва, заради якого створюється теплообмінні апарати й установки. Тому рішення задач оптимізації теплообміну підлеглі умовам раціонального технологічного процесу.

Для нагрівання та охолодження рідких середовищ розроблені теплообмінники різноманітних конструкцій. Одним з них є кожухотрубний теплообмінник, конструкція якого розглядається в даній курсовій роботі. Такі теплообмінники широко застосовуються в харчовій промисловості.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

1.3. Порівняльна характеристика теплообмінних апаратів

Конкретна задача нагрівання и охолодження даного продукту може бути вирішена за допомогою різних теплообмінників. Конструкцію теплообмінника варто вибирати, виходячи з наступних основних вимог, пропонованих до теплообмінних апаратів.

Найважливішою вимогою є відповідність апарата технологічному процесу обробки даного продукту, це досягається за таких умов:

- підтримка необхідної температури процесу,

- забезпечення можливості регулювання температурного режиму,

- відповідність робочих швидкостей продукту мінімально необхідної тривалості перебування продукту в апараті,

- вибір матеріалу апарата відповідно до хімічних властивостей продукту,

- відповідність апарата тискам робочих середовищ.

Другою вимогою є висока ефективність (продуктивність) і економічність роботи апарата, зв'язані з підвищенням інтенсивності теплообміну й одночасно з дотриманням оптимальних гідравлічних опорів апарата. Ці вимоги звичайно виконуються при дотриманні наступних умов:

- достатні швидкості однофазних робочих середовищ для здійснення турбулентного режиму,

- сприятливий відносний рух робітничих середовищ (звичайно краще протиток);

 

- забезпечення оптимальних умов для відводу конденсату і газів, що не конденсуються (при паровому обігріві);

- поверхні нагрівання;

- запобігання можливості забруднення і легке чищення поверхні нагрівання, мікробіологічна чистота й ін.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

Істотними вимогами є також компактність, мала маса, простота конструкцій, зручність монтажу і ремонту апарата. З цього погляду мають вплив наступні фактори: конфігурація поверхні нагрівання, спосіб розміщення і кріплення трубок у трубних ґратах, наявність і тип перегородок, ущільнень, пристрій камер, коробка, днищ; габаритні розміри апарата й ін.

Ряд факторів визначає надійність роботи апарата та зручність його експлуатації: компенсація температурних деформацій, міцність, і щільність роз'ємних з'єднань, доступ для огляду і чищення, зручність контролю за роботою апарата, зручність з'єднання апарата з трубопроводами і т.д.

Ці основні вимоги повинні бути покладені в основу конструювання і вибору теплообмінних апаратів. При цьому найбільше значення має забезпечення заданого технологічного процесу в апараті.

 

Кожухотрубні теплообмінники

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

Нагрівання гарячою парою має широке використання і корисний при вторинному використанню тепла конденсатора і рідин (продукту) який по ходу технологічного процесу нагрівається до високої температури.

Недоліком водяного нагрівання являється швидкий ріст тиску з підвищенням температури.

Багатотрубні теплообмінники представляють собою пучок трубок, розміщених в циліндричну камеру (кожух), таким чином внутрішня камера являє собою між трубний простір. Трубки розміщенні в трубній решітці, обмежуючи камеру з обох сторін. До трубної решітки кріпляться коробки з патрубками для впуску робочої рідини, що протікає всередині трубок.

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

Камера також має патрубки для підводу і відводу другого робочого тіла. Патрубки використовують при теплообмінні міх рідкими середовищами.

Трубні решітки можуть бути наглухо приварені або прикріплені до корпусу, одна з решіток може бути не з’єднана з камерою. В цьому випадку щільність досягають за допомогою резинових кілець, які закривають отвір між корпусом та решіткою. Такий спосіб кріплення забезпечує вільне збільшення трубочок при їх нагріванні і захищає від порушення кріплень трубок в решітці.

Кожухотрубний теплообмінник зазвичай стальний, циліндричний. Інколи для забезпечення вільного температурного розширення кожуха і трубочок на кожусі встановлюють компенсатор.

Покрашення трубчастих теплообмінників досягається в першу чергу шляхом групування трубок в окремі пучки (ходи), для цього в розпреділинних коробочках розміщають перегородки. Такий теплообмінник називається багатоходовим. Робоча рідина проходить через трубний простір в декілька ходів, протікає почергово через всі пучки трубок. При цьому швидкість рідини при даному використанні рухається з заданим рухом, то в результаті збільшується коефіцієнт теплопередачі.

Поперечні перегородки ділять між трубний простір на стільки ж ходів, скільки є трубного простору та забезпечує принцип протетичії робочого тіла.

Перегородки розміщюються паралельно трубкам і не доторкаються протилежної трубної решітки. Велика число перегородок не рекомендується через труднощі ущільнення стиків перегородки з решітками.

Поперечні перегородки бувають перекриваючі і не перекриваючі. Перекриваючі перегородки пересікають весь між трубний простір, залишаючи навколо кожної трубки кільце шириною біля 2 мм. відстань між перегородками – біля 100 мм. Робоче тіло протікає мимо труб з великою швидкістю; в в проміжках між перегородками утворюють завихри, для того щоб збільшити коефіцієнт теплопередачі.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

Трубчаті теплообмінники виготовляють двох типів - горизонтальні та вертикальні, які відрізняю