Применение теплообменников (стр. 1 из 4)
СОДЕРЖАНИЕ
1. Использование теплообменников в технологических процессах на предприятиях пищевой промышленности.
2. Описание аппаратурно-технологической схемы.
3. Методика расчета поверхностных теплообменников .
3.1. Определение количества переданной теплоты Q и расхода греющего пара Д.
3.2. Определение средней движущей силы процесса теплопередачи
3.3. Расчет коэффициента теплоотдачи
от пара к стенке трубок .3.4. Определение критериев Рейнольдса «Re». Прандтля «Pr».Нуссельта «Na» и коэффициента теплопередачи и
от стенки к воде.3.5. Определение коэффициента теплопередачи К от пара к воде.
3.6.Определение поверхности теплообменника F.
4. Конструктивный расчет теплообменника.
4.1. Определение общего количества трубок в теплообменнике.
4.2. Определение общего количества трубок
на один ход теплообменника.4.3. Определение числа ходов теплообменника z и уточнение числа трубок n.
4.4. Определение внутреннего диаметра корпуса теплообменника Д
5. Прочностной расчет теплообменника.
5.1. Определение толщины стенки корпуса теплообменника
5.2. Определение толщины стальных трубных решеток
5.3. Расчет фланцевых соединений.
6. Определение диаметров штуцеров.
7. Список рекомендуемой литературы.
8. Приложение.
1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕННИКОВ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Теплообменные аппараты являются составной частью многих технологических линий пищевой промышленности. Горячая вода, например, находит применение в ряде технологических процессов на предприятиях пищевой промышленности.
- технология сахарного производства, при получении диффузионного сока из свекловичной стружки;
- технология крахмалопаточного производства, при замачивании кукурузного зерна с повышенной температурой и при гидролизации крахмала;
- технология хлебопекарного производства, когда подогретая примерно до 300 вода используется для растворения соли, сахара и приготовления теста;
- технология бродильных производств при дроблении солода в дробилках, при затирании зернопродуктов, при промывке солодовой и хмельной дробины;
- технология консервного производства, при баланшировании плодоовощной продукции, перед расфасовкой в тару и на ряде других технологических линий;
2. ОПИСАНИЕ АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕПЛООБМЕННИКОВ ДЛЯ ПОДОГРЕВА ВОДЫ
Затирание зерно- продуктов для получения пивного сусла и производства пива в технологии бродильных производств. Описание аппаратурно-технологической схемы процесса.
Сусло приготавливают в варочном отделение завода. Солод и ячмень сначала очищают от загрязнений (полировка зерна), затем измельчают. Дробленое зерно смешивают с водой, получая затор который выдерживают при температурах оптимальных для действия ферментов гидролизующих белки и крахмал. Эта операция называется затиранием.
Цель затирания перевод максимального количества сухих веществ солода и ячменя в растворимое в воде состояние. Для успешного протекания ферментативного гидролиза необходима определенная кислотность (рН=5,3 – 5,5). При использовании щелочной воды затор не осахиривается.
Наиболее рациональным и универсальным является двухотварочный способ затирания показанный на рис.5, когда часть затора (отварку)отбирают в другой аппарат для кипячения, затем отварку смешивают с не кипяченой частью затора. Этот способ применяется при затирании затора, в котором часть солода заменяется не соложенным зерном (для жигулевского, московского и других сортов пива).
Типовой заторный аппарат 1 – это аппарат с паровой рубашкой и мешалкой. Затирание осуществляют в аппаратах, заполненной горячей водой с температурой 42 – 45
при заполнении 3,5 – 4,5 л. воды на 1 кг затираемого сырья.Свежая вода из напорного бака 2 проходит трубное пространство кожухотрубного теплообменника 3, нагревается до температуры около 70
и насосом 4 перекачивается в напорный бак 5 горячей воды поступает в коллектор – смеситель 6 и с температурой 42 – 45 поступает в аппараты 1.При работающей мешалке из бункера 7 загружают дробленое зерно, солод и ферментный препарат. После смешивания определяют рН затора и в случае необходимости добавляют молочную кислоту. При температуре 40
затор выдерживает 15 минут, затем со скоростью 1 в минуту нагревают до 52 и делают паузу в 20 – 30 мину. Снова нагревают затор со скорость 1 в минуту до 70 – 72 и выдерживают до полного осахарения жидкой части затора (не менее 40 минут). Осахаренная часть затора перекачивается насосом 8 на фильтрацию. Оставшуюся жидкую часть закачивают в другой аппарат, где смешивают с жидкой частью при температуре 75 – 76 в течении 15 – 20 минут и осахиривают весь затор. Осахаренный затор перекачивают насосом 8 на фильтрацию. При подогреве и перекачивании затора работает мешалка. Пар, отдавая тепло в аппаратах 1 и 3, конденсируется и через конденсатоотводчик 9 отводится в сборник конденсата. Конденсат может быть использован для технологических нужд.Общая длительность затирания 4,5 – 5 часов.
3. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПОВЕРХНОСТНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ
Из парожидкостных подогревателей наиболее рациональным является многоходовой по трубному пространству кожухотрубный теплообменник жесткой конструкции.
Интенсификация теплообмена является одним из основных направлений развития и усовершенствования тепловой аппаратуры пищевых производств. Разбивка пучка трубок на ходы и установка межтрубных перегородок приводит к повышению скорости движения рабочих тел, и интенсирует теплообмен в подогревателях.
К поверхностным теплообменникам, в которых передача тела осуществляется через стенку, разграничивающую теплоносители, относятся теплообменники типа «труба в трубе», змеевиковые, кожухотрубные и другие. Расчет поверхностных теплообменников содержит тепловой, конструктивный и прочностной расчеты.
Процесс передачи тепла от горячего теплоносителя холодному, учитывающей теплоотдачу от горячего теплоносителя стенке, теплопроводность стенки и теплоотдачу от стенки к холодному теплоносителю, подчиняется основному уравнению теплопередачи, которое для установившихся процессов имеет вид:
ср (1)Пользуясь уравнением (1), определяем площадь теплопередаюшей поверхности:
F=
(2)Где F – теплопередающая поверхность теплообменника, м2 ;
Q – количество теплоты, переданное от горячего теплоносителя холодному через стенки нагревательных трубок, Вт.
Значение Q определял из уравнения теплового баланса теплообменника.
ср – температурный перепад или средняя движущая сила теплового процесса, °c.Значение
ср определял из статистики теплового процесса с учетом разницы температур на входе и выходе из теплообменника по среднеарифметической или среднелагорифмической формулам.К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2
).Он учитывает теплоотдачу от горячего теплоносителя к стенке и коэффициент теплоотдачи а1,теплопроводность материала стенки нагревательной трубки аст и ее толщину б, теплоотдачи от нагретой стенки трубки к холодному теплоносителю и коэффициент теплоотдачи а1.
Определял значение К по формуле:
К =
(3)Значения коэффициентов теплоотдачи а1 и а2 определяют через критериальные уравнения Nu=f(Re,Pr…), где Nu – критерий Нуссельта, который характеризует теплоотдачу, связан с коэффициентом теплоотдачи а.
Определив F по выражению (1), можем определить и габаритные размеры аппарата, число нагревательных трубок и число ходов.
Тепловой расчет теплообменника включает определение величин Q,
tср, К и последующее определение теплопередающей поверхности теплообменника F по выражению (2). Для этих расчетов необходимо знать физические параметры теплоносителей.Для горячего теплоносителя эти параметры определяются по таблицам приложений при температуре пленки конденсата. Эта температура примерно на 3
ниже температуры греющего пара, которую определяют по заданному давлению пара Р. Для холодного теплоносителя – физические параметры воды определяют по средней температуре воды.