Материал: Проектування вертикального кожухотрубного теплообмінника

К ω)о - витрати на обладнання, як функція швидкості руху сусла, грн.;

К ω)е - витрати на електроенергію, як функція швидкості руху сусла, грн.

Як базові приймаємо параметри теплообмінника, які було розраховано у розділі 2. Проводимо з застосуванням програми "Exel" табл.2, рис.4) аналіз роботи теплообмінника для ряду швидкостей руху сусла від 1,0 м/с до 6,0 м/с з кроком 0,1 м/с. Оскільки діючі в Україні стандарти бухгалтерського обліку передбачають декілька варіантів нарахування амортизаційних витрат, то розрахунок проводимо на повний строк служби теплообмінника - 5 років.

Зі збільшенням швидкості руху сусла коефіцієнт теплопередачі збільшується пропорційно ω0,6. Відповідно зменшується поверхня теплообміну і витрати на виготовлення та монтаж теплообмінника. За даними українських підприємств, які виготовляють теплообмінне обладнання, усереднені витрати для апаратів з мельхіоровими трубками становлять 3230 грн/м2.

Таблиця 2. Техніко-економічні параметри роботи теплообмінника

Рис.4. Залежність витрат на здійснення процесу теплообміну від швидкості руху сусла

Збільшення швидкості руху сусла веде до збільшення гідравлічного опору пропорційно ω2.. Відповідно збільшується вартість електроенергії на здійснення процесу протягом строку служби теплообмінника. Внаслідок періодичності процесів приготування охміленого сусла і його охолодження теплообмінник працює не безперервно, а протягом 35 % загального часу в середньому). Вартість 1 кВт×ч електроенергії для пивзаводу споживач 1-го класу) в Україні становить 0,671 грн.

Як бачимо з графіку рис. 4) функція сумарних грошових витрат чітко виявляє мінімум при ω » 2,0…2,3 м/с. Для теплообмінника, який було спроектовано, номінальна швидкість руху сусла становить 2,15 м/с, тобто його конструкція є оптимальною.

Слід зазначити, що швидкості більше ніж 2,8 м/с призводять до надмірного зростання тиску, що потребує застосування товстостінних корпусу та кришок апарата та багатоступеневих відцентрових насосів, що є недоцільним для пивних заводів.

Також не слід застосовувати швидкості нижче за 1,5 м/с, при яких відбувається інтенсивне відкладання білків на внутрішніх стінках трубок.

4. Умови безпечної експлуатації теплообмінника та питання екології

Безпека обладнання закладається на етапах проектування та виготовлення обладнання, контролюється та підтримується на етапах експлуатації, ремонту та технічного обслуговування [10].

Розташування обладнання повинно забезпечувати безпеку та зручність його експлуатації, обслуговування та ремонту.

Розташування та спосіб прокладання трубопроводів повинні забезпечувати безпеку експлуатації, можливість безпосереднього нагляду за їх технічним станом. Трубопроводи не повинні пересікати віконні прорізи та площадки сходів. Трубопроводи, які прокладаються у підлозі, проїздах та проходах, не повинні виступати над поверхнею підлоги.

Усю запірну та регулюючу арматуру повинно бути пронумеровано. Нумерація повинна наноситися на спеціальні бирки жетони), які повинні бути надійно закріплено на арматурі або поруч з нею на трубопроводі. Номера запірної арматури повинні відповідати номерам, що вказані в технологічних інструкціях, та на схемі.

З метою відведення повітря у верхніх точках трубопроводів повинні бути улаштовані повітряні крани. Продуктопроводи повинно бути оснащено запірним обладнанням, а також дренувальними пристроями для їх мийки із стоком води у каналізаційну мережу. Дренувальні пристрої улаштовуються у нижчих точках кожної ділянки продуктопроводу.

Теплообмінник повинно бути оснащено переносними лійками, через які є можливість спустити сусло з теплообмінника перед його очисткою.

Для чищення трубок теплообмінника повинні бути обладнані стаціонарні або пересувні площадки з драбиною.

Поверхні обладнання, які виділяють тепло, повинні бути ізольовані із таким розрахунком, щоб температура зовнішньої поверхні не перевищувала 35 ° С.

Обслуговування теплообмінника може бути доручено особам, які досягли 18-річного віку, пройшли виробниче навчання, атестацію у кваліфікаційній комісії та інструктаж щодо безпечного обслуговування теплообмінника.

З метою уникнення нещасних випадків під час роботи теплообмінника забороняється:

·  відкривати кришки;

·        проводити ремонт;

·        відключати прибори автоматичного регулювання температури нагріву.

Перед зупинкою теплообмінника необхідно:

·  закрити вентилі сусла та води;

·        систему автоматичного регулювання перевести у ручний режим;

·        відкрити крани у нижній кришці для стікання сусла;

·        відкрити повітряний кран на верхній кришці.

Забороняється переносити сусло вручну відрами.

При проведенні ремонту теплообмінника в період виробництва, крім перекриття вентилів сусла та води, необхідно встановити додаткові заглушки по фланцях вентилів.

Впливи на навколишнє середовище, які пов’язані з впровадженням теплообмінника, оцінюються наперед та зводяться до мінімуму. Екологічна безпека забезпечується системою умов та заборон, які направлено на охорону оточуючого середовища. Для теплообмінника, що проектується - це мінімізація кількості сусла, яке зливається з апарату до каналізаційної мережі під час регламентних робіт з очистки та техогляду.

Висновок

Проектування вертикального кожухотрубного теплообмінника для охолодження продукту виконано на основі системного аналізу вимог до апаратів такого типу. Деякі технічні рішення приймались як компроміс між взаємно суперечливими критеріями.

На базі аналізу технологічної схеми виробництва пива та місця апарату у технологічній схемі було визначено специфічні вимоги: склад та фізико-хімічні властивості охмеленого сусла, режим роботи теплообмінника, оснащення апарату, тощо.

Розрахунок параметрів процесу теплообміну виконано із застосуванням емпіричних критеріальних рівнянь, запропонованих вітчизняними дослідниками. Необхідну точність розрахунків досягнуто шляхом ітераційних розрахунків.

Гідравлічні розрахунки для сусла та води виконано з застосуванням методики, розробленої в НУХТ для проектування процесів та апаратів харчових виробництв. Визначено вимоги для насосів сусла та води.

Конструкцію основних вузлів теплообмінника було визначено на базі критичного аналізу вітчизняних та зарубіжних аналогів. Конструкцію корпусу та внутрішніх переділів, розташування трубок було розроблено згідно вимог машинобудування - забезпечення можливості безперешкодного виготовлення та збирання конструкції.

Розраховано необхідні параметри теплоізоляції.

Проведено техніко-економічний аналіз з метою визначення оптимальних параметрів конструкції теплообмінника. Як визначальній параметр було прийнято швидкість руху сусла у трубках. Застосовано модель, що враховує дві основні складові - витрати на виготовлення та монтаж обладнання та витрати на електроенергію.

Показано, що у теплообміннику, який було спроектовано, швидкість руху сусла є оптимальною.

З урахуванням діючих в Україні норм охорони праці та екології розроблено вимоги щодо безпечної експлуатації теплообмінника.

Результати, які було отримано під час виконання курсового проекту з дисципліни «Процеси і апарати харчових виробництв», буде застосовано при виконанні курсових проектів, дипломного проекту та подальшій інженерній діяльності.

Список використаної літератури

1. Кретов И.Т., Антипов С.Т., Шахов С.В. Инженерные расчеты технологического оборудования предприятий бродильной промышленности. М.: КолосС, 2004. - 391 с.: ил. ISBN 5-9532-0232-6

. Семилет З.В. Оросительные теплообменники химических производств. М.:- Машгиз а 1961. - 112 с.

. Вукалович М.П., Ривкин С.Л., Александров А.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. - М.: Издательство стандартов, 1968. - 408 с.

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