Материал: Теплообменная установка для нагревания молока

В соответствии шага и диаметра труб, получаем, что шаг t=32 (по нормалям НИИХИММАШа)

' =t(b - 1)= 32(3 -1)= 64, мк≈ D'+(3÷4)dнар = 64+4·0,025 =64,1

.3 Расчет тепловой изоляции

Сначала необходимо определить критерий Грасгофа, что для воздуха

,

где знаменатель означает перевод температуры из градус Цельсия в градус Кельвина, ускорение свободного падения

=9,81 м/с2,м

по стандарту, , ν=15,06∙10-6 м²/с получим:

Определим величину произведения критериев Грасгофа и Прандтля, учитывая, что для воздуха, при устоявшейся температуре в окружающей среде 27,5 (рассчитывают по формуле определяющей температуры

Гдест - температура наружной поверхности аппарата (внешней трубы);возд - температура воздуха вне зоны, охваченной процессом), критерий Прандтля

Гдеи n числовые значения, зависящие от произведения критериев Грасгофа и Прандтля, определяемые по справочным таблицам, и соответственно c=0,54 и n=1/4, тогда:

Определив критерий Нуссельта, можно определить коэффициент теплоотдачи по формуле, учитывая что коэффициент теплопроводности воздуха при 27,5 (tвозд=27,5), λв=2,59∙10-2;

Находим площадь поверхности внешней трубы теплообменника:

Теперь мы можем найти величину теплового потока, теряемого в окружающую среду неизолированной внешней поверхностью корпуса теплообменника по уравнению:

где температура стальной стенки принимается равной средней температуре теплоносителя (вода), т.е. 80

Что составляет 3,3% от действительного значения теплового потока, переданного холодному теплоносителю, что не превышает 5%, следовательно, использование тепловой изоляции экономически не целесообразно. Учитывая, что температура внешней стенки внешней трубы составляет 80, что превышает допустимое значение на 40, для обеспечения безопасности эксплуатации теплообменной установки, необходима тепловая изоляция. Расчет толщины теплоизоляции представлен ниже.

Определим допускаемые при наличии изоляции потери тепла:

где tиз - температура изоляции, которая не должна превышать 35◦С, поэтому для расчета принимаем tиз=35◦С;

Определяем коэффициент теплопередачи через стенку наружной трубы:

где  - площадь поверхности изоляции, которая примерно равна ;  - средний температурный напор, определяемый в данном случае по формуле:

При этом получим:

Определим толщину слоя изоляции:

где λиз - коэффициент теплопроводности материала изоляции;

δст - стандартная толщина стенки наружной трубы, δст=0,003 м=3 мм.

Материал изоляции - минеральная вата (лист и ковер).

2.4 Гидравлический расчет

Целью гидравлического расчета является определение потерь напора (в м) или потерь давления (в H/ м²) теплоносителя при прохождении через теплообменный аппарат и выбор средств для транспортировки теплоносителя.

Потери напора (давления) складываются из потерь на преодоление трения теплоносителя о стенки прямолинейных участков каналов , потерь на преодоление местных сопротивлений  и статического напора Нст.

. Необходимо определить потери напора на трение, которые рассчитываются по формуле:

где ξ(кси) - коэффициент гидравлического трения (безразмерная величина);- длина прямоугольного участка при движении, м;- эквивалентный диаметр канала, м;- скорость движения теплоносителя м/сек;- ускорение свободного падения, (9 м/сек²).

При турбулентном режиме движения жидкости (Re=3∙103÷-1∙105) можно применять формулу:

. Определим потери напора на преодоление местных сопротивлений:

где ζi (дзета) - коэффициент местного сопротивления для i-го сопротивления (безразмерная величина).

Перечислим все местные сопротивления, и количество раз, которое они встречаются в конструкции:

вентили - ζ=6, встречается 2 вентиля;

колено под углом 90◦ - ζ=1,1, встречается 3 раза;

вход в трубу - ζ=0,2, встречается 1 раз;

выход из трубы - ζ=1, встречается 1 раз.

Сложив все произведения коэффициентов местных сопротивлений и повторностей получим, что , тогда

. Статистический напор равен:

Гдеи Z2 - соответствующие высоты над плоскостью сравнения, м;и p1- соответствующие давления над поверхностью жидкости в нижнем и верхнем сосуде, H/м².

. Мощность нагнетателя (насоса) для перемещения теплоносителя через аппарат определим по формуле:

3. Подбор насоса

Пищевые насосы - вид специального оборудования, что предназначен для перекачки как нейтральных, так и высокоагрессивных жидкостей из бочек, контейнеров и других емкостей. Пищевые насосы находят широкое применение в химической, пищевой, фармацевтической и косметической промышленности.

К основным видам пищевых насосов относятся:

·        бочковые насосы;

·        диафрагменные насосы;

·        винтовые насосы;

·        вертикальные насосы;

·        дозировочные насосы;

·        кулачковые насосы;

·        центробежные насосы для установки в линию;

·        шестеренные насосы;

·        вакуумные насосы;

·        самовсасывающие насосы;

·        мембранные насосы;

·        перистальтические насосы.

Пищевыми насосами можно безопасно, надежно, и бережно перекачивать высоковязкие среды с твердыми частицами, легко воспламеняющиеся материалы или жидкости с высоким содержанием газа. основное преимущество насоса - надежность работы "всухую" и идеальны для эксплуатации во взрывоопасных помещениях. Корпус пищевых насосов может быть изготовлен из различных видов нержавеющей стали, так и из различных пищевых полимерных материалов.

Имея все необходимые характеристики гидравлической силы, мы можем подобрать насос. Учитывая необходимую мощность, напор и пищевую среду (молоко) выбираем насос:

Роторный самовсасывающий насос типа ОНР

Предназначен для вязких пищевых жидкостей

Технические данные насоса: Рабочая температура: от -20°С до +105°С Диаметр патрубков - 42 мм Подача от 0,1 до 5 м³/ч Давление до 1,6 кг/см² Максимальное давление в корпусе - до 8 кгс/см² Высота самовсасывания до 4м. Внешняя утечка через торцовое уплотнение - не более 0,5 см³/ч.

Область применения насоса: Подъем и перекачивание воды, молока, пива, вина, спирта, сока, подсолнечного масла, моющих средств и дезинфицирующих растворов (2-3% кислот и щелочей) и т.д., а также газосодержащих жидкостей. Работа под вакуумом. Температура перекачиваемой жидкости от -20°С до +105°С Плотность до 1,6 г/см³ Вязкость до 2500 сСт

Особые преимущества насоса: - самовсасывание вязких жидкостей - малогабаритный - быстроразъемный корпус, обеспечивающий доступ к проточной части насоса - материал проточной части - нержавеющая сталь, ротор - пищевая резина - надежное торцовое уплотнение фирмы John Crane - возможность комплектации двигателем взрывозащищенного исполнения - проточная часть насоса выполнена из нержавеющей стали 12Х18Н9Т

Технология насоса: Ротор и неподвижные уплотнения из эластомеров, состав которых зависит от назначения насоса по перекачиваемой среде. Торцовое уплотнение вала насоса - сильфонное фирмы "Джон Крейн" (Англия).

Материал проточной части насоса: Материал проточной части - нержавеющая сталь, ротор - пищевая резина. Нержавеющая сталь 12Х18Н9Т.

Заключение

В курсовой работе произведен расчет теплообменного аппарата для нагрева молока.

Выполнив данную курсовую работу, мы приобрели умения и навыки, позволяющие осуществлять техническую реализацию и инженерные расчеты, связанные с грамотной эксплуатацией теплоиспользующих установок, в том числе и касающихся транспортирования жидких пищевых сред по трубопроводам с помощью насосов.

В данной курсовой работе такой средой являлось молоко. Проделав все необходимые расчеты такие, как тепловой, конструктивный, гидравлический и расчет тепловой изоляции, рассчитав все необходимые параметры, мы установили, что наиболее приемлемым насосом для перекачивания данного молока подходит роторный самовсасывающий насос марки ОНР 3/10К-0,55/6.

Список использованной литературы

1. Теплотехника. Методические указания / В.М. Стефановский. М.: изд-во РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева, 2012. 52 с.

. Теплотехника. Учеб. для вузов / В.А. Гуляев, Б.А. Вороненко, Л.М. Корнюшко и др. - СПб.: изд-во "РАПП", 2009. - 352 с.

. Теплотехника: Учеб. для вузов / В.Н. Луканин, М.Г. Шатров, Г.М. Камфер и др.; под ред. В.Н. Луканина. - М.: Высш. шк., 2008. - 671 с.

Приложение

Таблица П-1

Физические свойства водяного пара на линии насыщения

Таблица П-2

Таблица П-3

Физические свойства сухого воздуха при В=760 мм рт. ст.

Таблица П-4

Трубы стальные бесшовные

Коэффициент теплопроводности углеродистой стали λст = 46 Вт/(м°К);- нержавеющей стали λст = 15 Вт/(м°К)

Таблица П-5

Теплоизоляционные материалы и их характеристики

Таблица П-6

Коэффициенты местных сопротивлений

молоко насос трубопровод изоляция