На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Технологическая модернизация и расчет трубчатой пастеризационной установки марки П 8-ОПТ

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 05.12.2012. Сдан: 2012. Страниц: 35. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Введение 

       Любой технологический процесс, несмотря на различие методов, представляет собой ряд взаимосвязанных типовых технологических стадий, протекающих в аппаратуре определенного класса. Однако высокие требования к качеству продукции, эффективности производства, снижению его энерго- и материалоемкости, охране окружающей среды определяли специфику, отличающую эти технологические стадии получения пищевых продуктов и аппаратурно-технологическое оформление от подобных процессов в других отраслях народного хозяйства.
Процессы  в пищевой технологии в большинстве  своем сложны и зачастую представляют собой сочетание гидродинамических, тепловых, массообменных, биохимических и механических процессов.
      Технологический процесс в пищевой технологии необходимо анализировать, рассчитать его, определить оптимальные параметры, разработать и рассчитать аппаратуру для его проведения. В нем изучаются закономерности масштабного перехода от лабораторных процессов и аппаратов к промышленным. Знание этих закономерностей необходимо для проектирования и создания современных многоэтажных промышленных процессов пищевой технологии.
      Теплоиспользующие аппараты, применяемые в пищевых производствах для проведения теплоообменных процессов, называются теплообменниками. Теплообменники характеризуются разнообразием конструкций, которое объясняется различным назначением аппаратов и условиями проведения процессов. 
 
 
 
 

      Трубчато-пастеризационные  установки
 
1.1. Теоретические основы  процесса теплообмена 

       Теплообмен – самопроизвольный, необратимый процесс переноса теплоты от более нагретых тел (или участков тел) к менее нагретым.
       Теплота (количество теплоты) – энергетическая характеристика процесса теплообмена, которая определяется количеством энергии, отдаваемой или получаемой в процессе теплообмена.
      Теплообменные процессы – это процессы, связанные с переносом теплоты от более нагретых тел к менее нагретым. К ним относятся процессы нагревания, пастеризации, стерилизации, охлаждения, конденсации, выпаривания и т. п. Скорость тепловых процессов определяется законами теплопередачи.
     Теплообменный аппарат — устройство, в котором осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному (нагреваемому). Теплоносителями могут быть газы, пары, жидкости. В зависимости от назначения теплообменные аппараты используют как нагреватели и как охладители.
      В процессах теплопередачи участвует не менее двух сред (веществ) с различными температурами. Среда с более высокой температурой, отдающая при теплообмене теплоту, называется горячим теплоносителем, среда с более низкой температурой, воспринимающая теплоту, называется холодным теплоносителем (хладагентом). Теплоносители и хладагенты должны быть химически стойкими, не вызывать коррозии аппаратуры, не образовывать отложений на стенках аппаратов. В качестве теплоносителей в пищевой промышленности наибольшее распространение получили насыщенный водяной пар, вода, дымовые газы, а в качестве хладагентов – аммиак, фреоны, рассол хлорида кальция, воздух, азот. Выбор теплоносителя или хладагента определяется их назначением, температурами процесса, стоимостью.
     К теплообменным относят такие технологические процессы, скорость которых определятся скоростью подвода или отвода теплоты: нагревание, испарение (в том числе выпаривание), охлаждение, конденсация.
       Процессы теплообмена имеют большое значение в пищевой и других отраслях промышленности. В теплообменных аппаратах теплопередача от одной среды к другой через разделяющую их стенку обусловлена рядом факторов и является сложным процессом, который принято разделять на три элементарных вида теплообмена: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение. На практике эти явления не обособлены, находятся в каком-то сочетании и протекают одновременно. Для теплообменников наибольшее значение имеет конвективный теплообмен или теплоотдача, которая осуществляется при совокупном и одновременном действии теплопроводности и конвекции.
      Процессы теплообмена осуществляются в теплообменных аппаратах различных типов и конструкций. По способу передачи тепла теплообменные аппараты делят на поверхностные и смесительные. В поверхностных аппаратах рабочие среды обмениваются теплом через стенки из теплопроводного материала, а в смесительных аппаратах тепло передается при непосредственном перемешивании рабочих сред. Смесительные теплообменники по конструкции проще поверхностных: тепло в них используется полнее. Но они пригодны лишь в тех случаях, когда по технологическим условиям производства допустимо смешение рабочих сред. Поверхностные теплообменные аппараты, в свою очередь, делятся на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативных аппаратах теплообмен между различными теплоносителями происходит через разделительные стенки. При этом тепловой поток в каждой точке стенки сохраняет одно и то же направление. В регенеративных теплообменниках теплоносители попеременно соприкасаются с одной и той же поверхностью нагрева. При этом направление теплового потока в каждой точке стенки периодически меняется.    

     1.2. Классификация трубчато-пастеризационных установок 

       Тепловая обработка молока является одной из самых важных и обязательных технологических операций в производстве питьевого молока и молочных продуктов. Для достижения максимального эффекта бактериального обезвреживания с минимальным воздействием на свойства молока широкое распространении получил метод пастеризации при помощи пастеризационных установок. Для тепловой обработки молока, молочных смесей, сливок и других пищевых продуктов в потоке в зависимости от технологии переработки продуктов предлагаются теплообменные аппараты — пластинчатые, трубчатые или комбинированные (пластинчато-трубчатые).
Подготовка  теплоносителя для пастеризации осуществляется паром через паяные пластинчатые теплообменники, или в  случае отсутствия пара установки комплектуются  электрокотлами.
       Пастеризационная установка (пастеризатор молока) – оборудование, предназначенное для термической обработки жидких продуктов (молока, сливок, соков, пива и др.) с целью уничтожения под действием высокой температуры болезнетворной микрофлоры при одновременном сохранении пищевой и биологической ценности продукции.
      Пастеризационные установки могут быть оснащены пластинчатым или трубчатым рекуператором. Так, трубчатая пастеризационная установка, основным элементом которой является трубчатый теплообменный аппарат, используется для пастеризации и нагрева в закрытом потоке различных пищевых жидкостей. Новая конструкция теплообменников и уплотнений позволяет выдерживать внутреннее давление продукта и теплоносителя до 0,5 МПа , что дает возможность производить нагрев теплоносителя до 125°С при давлении 0,4 МПа.
      Предназначением пластинчатой пастеризационной установки (пастеризационно-охладительной установки) является термообработка молока, а также пастеризация сливок, смеси мороженого и других пищевых жидкостей.
       Теплообменник трубчатый – это цилиндр, внутрь которого встроены трубки. Отсюда и название. Основное назначение прибора – охлаждение и пастеризация ряда продуктов (соки, масло, молоко, сливки) проточным способом.
      Трубчатые теплообменники представляют собой набор труб в виде спирали, изготовленных из коррозионно-стойкого материала. Они легко объединяются в конструкции, обеспечивающие большую производительность горячей воды при значительно меньших потерях напора. Отличаются от пластинчатых большими габаритами и меньшей стоимостью. Широко применяются для создания локальных тепловых контуров при централизованной подаче тепла, а также в технологических процессах.
      Основными элементами трубчатых теплообменников являются пучки труб, трубные решетки, корпус, крышки, патрубки. Концы труб крепятся в трубных решетках развальцовкой, сваркой и пайкой. Для увеличения скорости движения теплоносителей с целью интенсификации теплообмена нередко устанавливают перегородки как и в трубном, так и межтрубном пространствах.
      Трубчатые теплообменники могут быть вертикальными, горизонтальными и наклонными в соответствии с требованиями технологического процесса или удобства монтажа. В зависимости от величины температурных удлинений трубок и корпуса применяют трубчатые теплообменники жесткой, полужесткой и нежесткой конструкции. Аппараты жесткой конструкции используют при сравнительно небольших разностях температур корпуса и пучка труб - эти теплообменники отличаются простотой устройства.
      В трубчатых теплообменниках нежесткой конструкции предусматривается возможность некоторого независимого перемещения теплообменных труб и корпуса для устранения дополнительных напряжений от температурных удлинений. Нежесткость конструкции обеспечивается сальниковым уплотнением на патрубке или корпусе, пучком U образных труб, подвижной трубной решеткой закрытого и открытого типа. В аппаратах полужесткой конструкции температурные деформации компенсируются осевым сжатием или расширением специальных компенсаторов, установленных на корпусе. Полужесткая конструкция надежно обеспечивает компенсацию температурных деформаций, если они не превышают 10—15 мм, а условное давление в межтрубном пространстве составляет не более 2,5 кгс/см2.
      Технологическое назначение теплообменников многообразно. Обычно различаются собственно теплообменники, в которых передача тепла является основным процессом, и реакторы, в которых тепловой процесс играет вспомогательную роль.
      По принципу действия теплообменники делятся на рекуперативные, регенеративные и смесительные (градирни, скрубберы, конденсаторы смешения и т. д.).
     В рекуперативных теплообменниках теплоносители разделены стенкой и теплота передается от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку. В рекуперативных теплообменниках теплоносители омывают стенку с двух сторон и обмениваются при этом теплотой. Процесс теплообмена протекает непрерывно и имеет обычно стационарный характер. Стенка, которая омывается с обеих сторон теплоносителями, называется рабочей поверхностью теплообменника. Рекуперативные теплообменники подразделяют в зависимости от направления движения теплоносителей. Если теплоносители движутся параллельно в одинаковом направлении, теплообменник называют прямоточным, а при противоположном направлении движения – противоточным. В теплообменнике с перекрестным током теплоносители движутся во взаимно перпендикулярных направлениях, при этом возможен однократный и многократный перекрестный ток.     Конструктивно рекуперативные теплообменники могут выполняться с трубчатыми (кожухотрубный теплообменник) и пластинчатыми (пластинчатый теплообменник) рабочими поверхностями.
     Возможны также теплообменники с рабочей поверхностью в виде вращающейся трубы. В таких аппаратах можно получить значительное увеличение коэффициента теплопередачи.
     Рекуперативные теплообменники, предназначенные для утилизации теплоты в газотурбинных установках, называют регенераторами; теплообменники для рассеивания теплоты горячей воды в окружающее пространство называют радиаторами. Назначением определяются также названия: воздухоподогреватели, маслоохладители, пароперегреватели и т.п.
     В регенеративных теплообменниках одна и та же теплообменная поверхность омывается попеременно горячим и холодным теплоносителями. При соприкосновении с горячим теплоносителем стенка аккумулирует теплоту, а затем отдает ее холодному теплоносителю. Для удовлетворительной работы теплообменника его рабочие стенки должны обладать значительной теплоемкостью.
     Характерная особенность регенеративного теплообменника – нестационарный режим теплообмена. Чтобы процесс теплообмена протекал непрерывно при одинаковой продолжительности периода нагрева и охлаждения, такой теплообменник должен иметь две параллельно работающие секции. Внутренняя полость теплообменника заполняется насадкой, которая делается из кирпича, металла или другого материала.
     В смесительных аппаратах передача теплоты происходит при непосредственном взаимодействии теплоносителей. В смесительных теплообменниках процесс теплообмена сопровождается перемешиванием теплоносителей, т.е. они непосредственно соприкасаются друг с другом. Поэтому смесительные теплообменники называются также контактными. Процесс теплообмена в таком аппарате имеет стационарный характер и сопровождается испарением жидкости.
      Смесительный теплообменник целесообразно использовать для таких теплоносителей, которые легко разделить после теплообменного аппарата. Например, такой парой теплоносителей является вода и воздух.
      Наиболее важным фактором в рабочем процессе смесительного теплообменного аппарата является величина поверхности соприкосновения теплоносителей, которая зависит от степени дробления жидкости.
      Для увеличения поверхности теплообмена на пути движения теплоносителей можно разместить насадку, которая представляет собой слой кускового материала (например, куски керамики, кокса и т.п.), или деревянные решетки. Пленка жидкости на поверхности насадки представляет собой дополнительную поверхность контакта, которая иногда может быть основной поверхностью теплообмена.
      Классификация теплообменников возможна по различным признакам.
    По способу передачи тепла различаются теплообменники смешения, в которых рабочие среды непосредственно соприкасаются или перемешиваются, и поверхностные теплообменники - рекуператоры, в которых тепло передается через поверхность нагрева - твердую (металлическую) стенку, разделяющую эти среды.
    По основному назначению различаются подогреватели, испарители, холодильники, конденсаторы.
    В зависимости от вида рабочих сред различаются теплообменники:
а) жидкостно-жидкостные - при теплообмене между двумя  жидкими средами;
б) парожидкостные - при теплообмене между паром  и жидкостью (паровые подогреватели, конденсаторы);
 в)  газожидкостные - при теплообмене  между газом и жидкостью (холодильники  для воздуха) и др.
      4. По тепловому режиму различаются теплообменники периодического    действия, в которых наблюдается нестационарный тепловой процесс, и непрерывного действия с установившимся во времени процессом.
    В теплообменниках периодического действия тепловой обработке подвергается определенная порция (загрузка) продукта; вследствие изменения свойств продукта и его количества параметры процесса непрерывно варьируют в рабочем объеме аппарата во времени.
      При непрерывном процессе параметры его также изменяются, но вдоль проточной части аппарата, оставаясь постоянными во времени в данном сечении потока. Непрерывный процесс характеризуется постоянством теплового режима и расхода рабочих сред, протекающих через теплообменник.
       В качестве теплоносителя наиболее широко применяются насыщенный или слегка перегретый водяной пар. В смесительных аппаратах пар обычно барботируют в жидкость (впускают под уровень жидкости), при этом конденсат пара смешивается с продуктом, что не всегда допустимо. В поверхностных аппаратах пар конденсируется на поверхности нагрева и конденсат удаляется отдельно от продукта с помощью водоотводчиков. Водяной пар как теплоноситель обладает множеством преимуществ: легкостью транспортирования по трубам и регулирования температуры, высокой интенсивностью теплоотдачи и др. Применение пара особенно выгодно при использовании принципа многократного испарения, когда выпариваемая из продукт вода направляется в виде греющего пара в другие выпарные аппараты и подогреватели.
      Обогрев горячей водой и жидкостями также имеет широкое применение и выгоден при вторичном использовании тепла конденсатов и жидкостей (продуктов), которые но ходу технологического процесса нагреваются до высокой температуры. В сравнении с паром жидкостный подогрев менее интенсивен и отличается переменной, снижающейся температурой теплоносителя. Однако регулирование процесса и транспорт жидкостей так же удобны, как и при паровом обогреве.
      Общим недостатком парового и водяного обогрева является быстрый рост давления с повышением температуры. В условиях технологической аппаратуры пищевых производств при паровом и водяном обогреве наивысшие температуры ограничены 150-160 С, что соответствует давлению (5-7) 105 Па.
      Конкретная задача нагревания или охлаждения данного продукта может быть решена с помощью различных теплообменников. Конструкцию теплообменника следует выбирать, исходя из следующих основных требований, предъявляемых к теплообменным аппаратам.
      Важнейшим требованием является соответствие аппарата технологическому процессу обработки данного продукта. Это достигается при таких условиях: поддержание необходимой температуры процесса, обеспечение возможности регулирования температурного режима; соответствие рабочих скоростей продукта минимально необходимой продолжительности пребывания продукта в аппарате; выбор материала аппарата в соответствии с химическими свойствами продукта; соответствие аппарата давлениям рабочих сред.
      Вторым требованием является высокая эффективность (производительность) и экономичность работы аппарата, связанные с повышением интенсивности теплообмена и одновременно с соблюдением оптимальных гидравлических сопротивлений аппарата. Эти требования обычно выполняются при соблюдении следующих условий: достаточные скорости однофазных рабочих сред для осуществления турбулентного режима; благоприятное относительное движение рабочих сред (обычно лучше противоток); обеспечение оптимальных условий для отвода конденсата и неконденсирующихся газов (при паровом обогреве); достижение соизмеримых термических сопротивлений по обеим сторонам стенки поверхности нагрева; предотвращение возможности загрязнения и легкая чистка поверхности нагрева, микробиологическая чистота и др.
      Существенными требованиями являются также компактность, малая масса, простота конструкции, удобство монтажа и ремонта аппарата. С этой точки зрения оказывают влияние следующие факторы; конфигурация поверхности нагрева; способ размещения и крепления трубок в трубных решетках; наличие и тип перегородок, уплотнений; устройство камер, коробок, днищ; габаритные размеры аппарата и др.
    Теплообменники  могут быть одно-, двух-, четырех- и шестиходовыми по трубному пространству. Трубы, кожух и другие элементы конструкции могут быть изготовлены из углеродистой или нержавеющей стали. Схема теплообменника с неподвижными трубными решетками приведена на рис. 1. В кожухе 1 размещен трубный пучок, теплообменные трубы 2 которого развальцованы в трубных решетках 3.
    Трубная решетка жестко соединена с кожухом. С торцов кожух аппарата закрыт распределительными камерами 4 и 5, кожух и камеры соединены фланцами.
    
    Рис.1. Теплообменник с неподвижной трубной решеткой 

    Для подвода и отвода рабочих сред (теплоносителей) аппарат снабжен штуцерами. Один из теплоносителей в этих аппаратах движется по трубам, другой — в межтрубном пространстве, ограниченном кожухом и наружной поверхностью труб.
    Особенностью  аппарата является то, что трубы жестко соединены с трубными решетками, а решетки приварены к кожуху. В связи с этим исключена возможность взаимных перемещений труб и кожуха; поэтому аппараты этого типа называют еще теплообменниками жесткой конструкции.
    Трубы в кожухотрубчатых теплообменниках  стараются разместить так, чтобы  зазор между внутренней стенкой  кожуха и поверхностью, огибающей  пучок труб, был минимальным; в  противном случае значительная часть  теплоносителя может миновать основную поверхность теплообмена. Для уменьшения количества теплоносителя, проходящего  между трубным пучком и кожухом, в этом пространстве устанавливают  специальные заполнители, например приваренные к кожуху продольные полосы или глухие трубы, которые  не проходят через трубные решетки  и могут быть расположены непосредственно  у внутренней поверхности кожуха.
    Если  площадь сечения трубного пространства (число и диаметр труб) выбрана, то в результате теплового расчета  определяют коэффициент теплопередачи  и теплообменную поверхность, по которой рассчитывают длину трубного пучка. Последняя может оказаться  больше длины серийно выпускаемых  труб. В связи с этим применяют  многоходовые (по трубному пространству) аппараты с продольными перегородками  в распределительной камере. Промышленностью  выпускаются двух-, четырех- и шестиходовые теплообменники жесткой конструкции.
    Двухходовой горизонтальный теплообменник с неподвижными трубными решетками (рис.2) состоит из цилиндрического сварного кожуха 8, распределительной камеры 11 и двух крышек 4. Трубный пучок образован трубами 7, закрепленными в двух трубных решетках 3. Трубные решетки приварены к кожуху. Крышки, распределительная камера и кожух соединены фланцами. В кожухе и распределительной камере выполнены штуцера для ввода и вывода теплоносителей из трубного (штуцера 1, 12) и межтрубного штуцера 2, 10 пространств. Перегородка 13 в распределительной камере образует ходы теплоносителя по трубам. Для герметизации узла соединения продольной перегородки с трубной решеткой использована прокладка 14, уложенная в паз решетки 3. 

    

Рис.2. Двухходовой горизонтальный теплообменник с неподвижными решетками 

    Поскольку интенсивность теплоотдачи при  поперечном обтекании труб теплоносителем выше, чем при продольном, в межтрубном пространстве теплообменника установлены  зафиксированные стяжками 5 поперечные перегородки 6, обеспечивающие зигзагообразное по длине аппарата движение теплоносителя в межтрубном пространстве. На входе теплообменной среды в межтрубное пространство предусмотрен отбойник 9 — круглая или прямоугольная пластина, предохраняющая трубы от местного эрозионного изнашивания.
        Теплообменники с плавающей головкой
    На  рис. 3 изображен трубчатый теплообменник с плавающей головкой, предназначенной для охлаждения (нагревания) жидких или газообразных сред без изменения агрегатного состояния. Не закрепленная на кожухе вторая трубная решетка вместе с внутренней крышкой, отделяющей трубное пространство от межтрубного, образует так называемую плавающую головку Такая конструкция исключает температурные напряжения в кожухе и в трубах. Эти теплообменники, нормализованные в соответствии с ГОСТ 14246—79, могут быть двух- или четырехходовыми, горизонтальными длиной 3, 6 и 9 м или вертикальными высотой 3 м.
    
 

     Рис. 3. Кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой: 1-крышка распределительной камеры; 2 - распределительная камера: 3 - кожух; 4-теплообменные трубы; 5- перегородка с сегментным вырезом; 6 - штуцер; 7 - крышка плавающей головки. 8 – крышка кожуха
    Кожухотрубнатые конденсаторы с плавающей головкой (ГОСТ 14247-79) отличаются от аналогичных  теплообменников большим диаметром  щтуцера для подвода пара в  межтрубное пространство. Допустимое давление охлаждающей среды в  трубах до 1,0 МПа, в межтрубном пространстве — от 1,0 до 2,5 МПа. Эти аппараты могут  быть двух-, четырех- и шестиходовыми  по трубному пространству. Диаметр  кожуха от 600 до 1400 мм, высота труб 6,0 м.
    Теплообменники  с постоянным диаметром по всей длине  удобны при сборке. Сборка теплообменников  с переменным по длине диаметром затруднена, так как плавающую головку (по габаритным размерам) в собранном виде невозможно поместить в кожух без трубчатки.
    Теплообменники  с постоянным диаметром не имеют  этого недостатка, так как плавающую  головку можно собирать и разбирать  вне и внутри кожуха. Кроме того, теплообменники с постоянным диаметром  по длине предпочтительнее теплообменников  с переменным диаметром потому, что  при очистке их межтрубного пространства не приходится разбирать плавающую  головку.
    

Рис. 4. Теплообменник с плавающей головкой
    Для эффективной работы теплообменника желательно, чтобы средняя          часть была выполнена с наименьшим диаметром; при этом обеспечивается наибольшая скорость продукта и, следовательно, создаются оптимальные условия  для теплопередачи. Это и является причиной изготовления теплообменников  с переменным диаметром по длине.
    Теплообменники с U-образными трубами. В трубчатых аппаратах этой конструкции обеспечивается свободное удлинение труб, что исключает возможность возникновения температурных напряжений.
    Такие аппараты (рис. 5) состоят из кожуха 2 и трубного пучка, имеющего одну трубную решетку 3 и U-образные трубы 1. Трубная решетка вместе с распределительной камерой 4 крепится к кожуху аппарата на фланце.
      

Рис. 5. Теплообменник с U-образными трубами 

    Для обеспечения раздельного ввода  и вывода циркулирующего по трубам теплоносителя в распределительной  камере предусмотрена перегородка  5.
    Теплообменники  такого типа являются двухходовыми по трубному пространству и одно- или двухходовыми по межтрубному пространству. В последнем случае в аппарате установлена продольная перегородка, извлекаемая из кожуха вместе с трубным пучком. Для исключения перетекания теплоносителя в зазорах между кожухом аппарата и перегородкой у стенки кожуха устанавливают гибкие металлические пластины или прокладку из прорезиненного асбестового шнура, уложенную в паз перегородки.
    Разность  температур стенок труб по ходам в  этих аппаратах не должна превышать 100 °С. В противном случае могут  возникнуть опасные температурные  напряжения в трубной решетке  вследствие температурного скачка на линии стыка двух ее частей.
    Преимущество  конструкции аппарата т — возможность периодического извлечения трубного пучка для очистки наружной поверхности труб или полной замены пучка. Однако следует отметить, что наружная поверхность труб в этих аппаратах неудобна для механической очистки.
    Теплообменники  с U-образными трубами применяют  для нагрева и охлаждения жидких или газообразных сред без изменения их агрегатного состояния. Они рассчитаны на давление до 6,4 МПа, отличаются от теплообменников с плавающей головкой менее сложной конструкцией (одна трубная решетка, нет внутренней крышки), однако могут быть лишь двухходовыми, из труб только одного сортамента: 20Х2 мм.
       Аппараты теплообменные с прямой теплоотдачей
    Теплообменные аппараты «труба в трубе» используют главным образом для охлаждения или нагревания в системе жидкость— жидкость, когда расходы теплоносителей невелики и последние не меняют своего агрегатного состояния. Иногда такие теплообменники применяют при высоком давлении для жидких и газообразных сред, например, в качестве конденсаторов в производстве метанола, аммиака и др.
    Двухтрубные теплообменники по ГОСТ 9930-78 изготавливаются  с площадью поверхности теплообмена  от 0.5 до 93 м . Аппараты представляют собой  набор последовательно соединенных  элементов, состоящих из концентрически расположенных труб (рис.6). 

    
 

Рис.6. Теплообменник типа "труба в трубе"
    Один  теплоноситель движется по внутренним трубам 1, другой – по кольцевому зазору между внутренними и наружными 2 трубами. Внутренние трубы 1 соединяются  с помощью калачей 5, а наружные – c помощью соединительных патрубков 3. Длина элемента теплообменника типа "труба в трубе" обычно составляет 3 - 6 м, диаметр наружной трубы - 76 - 159 мм, внутренней - 57 - 108 мм.
    Поскольку сечения внутренней трубы и кольцевого зазора невелики, то в этих теплообменниках  достигаются значительные скорости движения теплоносителей (до 3 м/с), что  приводит к увеличению коэффициентов  теплопередачи и тепловых нагрузок, замедлению отложения накипи и загрязнений  на стенках труб. Однако двухтрубные  теплообменники более громоздки, чем  кожухотрубчатые, на их изготовление требуется  больше металла на единицу поверхности  теплообмена. Двухтрубные теплообменники применяют для процессов со сравнительно небольшими тепловыми нагрузками и соответственно малыми поверхностями теплообмена (не более десятков квадратных метров).
       В разборных конструкциях теплообменников обеспечивается компенсация деформаций теплообменных труб. На рис. 7 показана конструкция разборного многопоточного теплообменника «труба в трубе». Аппарат состоит из кожуховых труб 5, развальцованных в двух трубных решетках: средней 4 и правой 7. Внутри кожуховых труб размещены теплообменные трубы 6, один конец которых жестко связан с левой трубной решеткой 2, а другой — может перемещаться. Свободные концы теплообменных труб попарно соединены коленами 8 и закрыты камерой 9. Для распределения потока теплоносителя по теплообменным трубам служит распределительная камера 1, а для распределения теплоносителя в межтрубном пространстве — распределительная камера 3. Пластинами 11 кожуховые трубы жестко связаны с опорами 10. 

 

Рис. 7. Разборный двухпоточный теплообменник типа "труба в трубе" 

    Теплообменник имеет два хода по внутренним трубам и два по наружным. Узлы соединения теплообменных труб с трубной  решеткой (узел I) и с коленами (узел II) уплотнены за счет прижима и  деформации полушаровых ниппелей в  конических гнездах.
    Эти аппараты могут работать с загрязненными  теплоносителями, так как внутреннюю поверхность теплообменных труб можно подвергать механической очистке. Поскольку возможность температурных  удлинений кожуховых труб из-за жесткого соединения их с опорами ограниченна, перепад температур входа и выхода среды, текущей по кольцевому зазору, не должен превышать 150 °С.
      Ряд факторов определяет надежность работы аппарата и удобство его эксплуатации: компенсация температурных деформаций, прочность и плотность разъемных соединений, доступ для осмотра и чистки, удобство контроля за работой аппарата, удобство соединения аппарата с трубопроводами и т. д.
      Эти основные требования должны быть положены в основу конструирования и выбора теплообменных аппаратов. При этом самое большое значение имеет обеспечение заданного технологического процесса в аппарате.
     Для ориентировки при выборе теплообменников приведем следующие соображения. Из парожидкостных подогревателей наиболее рациональным является многоходовой по трубному пространству - трубчатый теплообменник жесткой конструкции (к подвижным трубным решеткам прибегают в крайнем случае). Этот же теплообменник с успехом применим в качестве газового или жидкостного при больших расходах рабочих тел и небольшом числе ходов в межтрубном пространстве. При малых расходах жидкостей или газов лучше применять элементные аппараты без подвижных трубных решеток.
      Ребристые аппараты следует применять, если условия теплоотдачи между рабочими средами и стенкой с обеих сторон поверхности нагрева существенно отличаются (в газожидкостных теплообменниках); оребрение целесообразно со стороны наименьшего коэффициента теплоотдачи.
     Основные способы увеличения интенсивности теплообмена в подогревателях:
а) уменьшение толщины гидродинамического пограничного слоя в результате повышения скорости движения рабочих тел или другого  вида воздействия; это достигается, например, разбивкой пучка трубок на ходы и установкой межтрубных перегородок;
б) улучшение  условий отвода неконденсирующихся газов и конденсата при паровом  обогреве;
 в)  создание благоприятных условий  для обтекания рабочими телами  поверхности нагрева, при которых  вся поверхность активно участвует  в теплообмене;    
г) обеспечение  оптимальных значений прочих определяющих факторов: температур, дополнительных термических сопротивлении и  т. д.
      Путем анализа частных термических сопротивлений можно выбрать наилучший способ повышения интенсивности теплообмена в зависимости от типа теплообменника и характера рабочих тел. Так, например, в жидкостных теплообменниках поперечные перегородки имеет смысл устанавливать только при нескольких ходах в трубном пространстве. Перегородки не всегда необходимы; при вертикальном расположении трубок и нагреве паром последний подается в межтрубное пространство; поперечные перегородки будут мешать стеканию конденсата. При теплообмене газа с газом или жидкости с жидкостью количество протекающей через межтрубное пространство жидкости может оказаться настолько большим, что скорость ее достигнет тех же значений, что и внутри трубок; следовательно, установка перегородок теряет смысл.
      Интенсификация теплообмена является одним из основных направлений развития и усовершенствования тепловой аппаратуры пищевых производств. При этом широко используются положительные эффекты в интенсификации теплообмена, обнаруженные и исследованные в других областях. За последние годы выполнен ряд работ по промышленному испытанию активных «режимных» методов интенсификации теплообмена в аппаратах химических и пищевых производств. К ним относятся изменение режимных характеристик течения, дополнительная турбу- лизация потока за счет пульсации, вдувания воздуха и др. Намечены пути комплексной интенсификации теплообмена, достигаемой при совместном воздействии различных эффектов. Ведется ускоренная разработка новых типов поверхностей нагрева компактных теплообменников, эффективность которых оценивается промышленными данными о связи теплоотдачи с гидродинамическим сопротивлением. Найдены способы передачи значительных тепловых потоков между рабочими средами с помощью тепловых труб. 

 

Рис. 8. – Схема трубчатого теплообменника: 1-крышка; 2-гайка; 3-уплотнительное кольцо; 4-фланец; 5-цилиндр; 6-теплообменные  трубки; 7-теплоизоляция; 8-кожух; 9-патрубок для подвода теплоносителя;10- прижимные планки; 11-фланец; 12-стойка; 13-патрубок для отвода теплоносителя.
      Установка теплообменная трубчатая  П8-ОПТ (рис.8) предназначена для подогрева жидких, маловязких, пищевых продуктов. Может быть использована как пастеризатор для нагрева молока от +10 до +80...90 град. С при производительности 2000...3500 л в час. Нагрев молока осуществляется и до более высокой температуры при соответствующем уменьшении производительности. При необходимости аппарат служит охладителем молока. Изготовлена на базе унифицированного теплообменного цилиндра, применяемого для трубчатых пастеризационных установок. В процессе нагрева молоко насосом подается в цилиндр и последовательно проходит по 24 трубкам длиной 1,2 м каждая с внутренним диаметром 27 мм. Нагрев молока осуществляется паром, который подается в межтрубное пространство, подача его регулируется вентилем. При нормальной работе аппарата, вследствие обильной конденсации, давление в цилиндре несколько меньше атмосферного. Применяется на маслодельных, сыродельных заводах и крупных сепараторных пунктах.  Трубчатый теплообменник представляет собой пучок герметичных медных труб с алюминиевым оребрением заполненных хладагентом. Теплообмен осуществляется благодаря испарению хладагента в теплоотдающей среде и конденсации хладагента в среде, принимающей теплоту. Циркуляция промежуточного теплоносителя в трубчатом теплообменнике осуществляется под действием естественной конвекции или сил капиллярного давления. Трубы отдельно полностью закрыты и установлены вертикально или с наклоном в разделительной перегородке, и каждая ее сторона выступает в каналы, по которым движутся потоки, имеющие различную температуру. Трубы в трубчатом теплообменнике никогда не укладываются горизонтально, так как принцип работы зависит от силы тяжести. При вертикальной установке трубчатого теплообменника канал удаляемого воздуха находится снизу. Одна сторона трубки омывается потоком с высокой температурой и образует зону отвода теплоты. Образовавшиеся пары хладагента перемещаются в зону низкого давления, которая омывается потоком с более низкой температурой и образует зону отвода теплоты. Сконденсировавшийся в этой зоне хладагент в виде жидкости перемещается из зоны конденсации в зону испарения, где снова превращается в пар.
      В установке с трубчатым теплообменником должны быть предусмотрены: каплеуловитель, поддон для сбора конденсата и обводной канал (байпас). Тепловая эффективность трубчатого теплообменника (расчетный относительный перепад температур) достигает 30-50%.
     Трубчатые теплообменники имеют существенные преимущества перед другими теплообменниками: теплообменники имеют высокий коэффициент теплопередачи; теплообменники имеют низкие теплопотери; теплообменники имеют низкие потери давления; теплообменники имеют низкие затраты при производстве монтажно-наладочных, изоляционных и ремонтных работ; теплообменники имеют возможность разборки теплообменника при очистке.
     Теплообменник трубчатый благодаря своей простоте при монтаже может устанавливаться прямо на пол в тепловом пункте или на несущую конструкцию блочного теплопункта. 

      Обоснование направления модернизации трубчато-пастеризационной установки
 
       При ремонте машин и оборудования предусмотрена их модернизация. Эти работы планируют к моменту проведения капитального ремонта. Модернизацию оборудования проводят согласно технической документации специализированными организациями или соответствующими службами перерабатывающего предприятия.
      Совершенствование теплообменных аппаратов (ТА) является одной из важных задач. Ужесточение требований к массогабаритным характеристикам оборудования при одновременном росте тепловых нагрузок, скоростей рабочих сред и коррозионной активности воды, а также возможность загрязнения теплообменных поверхностей вынуждают разработчиков и изготовителей теплообменных аппаратов искать новые методы повышения их эффективности.
       На основе обобщения данных по эффективности работы  теплообменных аппаратов в условиях эксплуатации было показано, что на номинальном режиме работы опытные данные по недогреву воды до температуры насыщения в аппаратах более чем на 5?С превышают как расчетные значения, так и данные нормативных характеристик. Возможными причинами несогласованности опытных и расчетных данных являются несовершенство конструкций аппаратов и методик их теплового расчета, а также недостаточно высокий уровень эксплуатации. В отдельных случаях это может дополнительно определяться ососбенностями тепловой схемы, например, наличием в схеме смешивающих подогревателей низкого давления.
     Известно, что основными направлениями повышения эффективности ТА является интенсификация в них процессов теплообмена, а также обеспечение высокой степени чистоты поверхности теплообмена ТА в условиях эксплуатации.
     Ранее был выполнен анализ и обобщены данные различных исследователей, а также уточнены методики расчета ТА с целью наиболее полного учета особенностей и закономерностей физических процессов, происходящих в этих аппаратах. На основе этих методик выполнено расчетное исследование по определению уровней значений коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи в конденсаторах, сетевых подогревателях и подогревателях низкого давления ПТУ мощностью 100–800 МВт. Расчеты показали, что процесс теплообмена в большинстве конденсаторов турбин в условиях их работы на технически чистой воде и при допустимых нормами содержаниях воздуха в паре лимитируется теплоотдачей с паровой стороны, уровень которой в среднем на 25–30% ниже, чем по водяной стороне аппаратов. Лимитирующей стороной теплообмена в подогревателях также является паровая сторона аппаратов; разница в уровнях теплоотдачи по водяной и паровой сторонам составляет 50-100%. В зависимости от места в схеме и типа турбины, процесс теплообмена может лимитироваться обоими теплоносителями – разница в их уровнях достигает 55-60%.
      Полученные результаты показали, что для подогревателей паровых турбин повышение эффективности работы может быть достигнуто, прежде всего, за счет интенсификации теплообмена с паровой стороны аппаратов. При этом увеличение коэффициента теплоотдачи с паровой стороны на 15-25% приводит к увеличению коэффициента теплопередачи на 7-15% соответственно. Необходимо также учитывать, что загрязнение аппаратов в условиях эксплуатации может выровнять уровни теплоотдачи по паровой и водяной сторонам; при повышенном загрязнении поверхности теплообмена и высокой температуре охлаждающей (нагреваемой) воды процесс теплообмена будет лимитироваться водяной стороной аппарата.
      Ниже представлено описание ряда разработок по повышению эффективности теплообменных аппаратов, которые уже достаточно широко применяются и прошли апробацию в условиях длительной эксплуатации. К таким разработкам относятся:
- применение  в теплообменных аппаратах профильных  витых трубок  вместо гладких;
- способ  химической промывки теплообменных  аппаратов в условиях эксплуатации;
- способ  очистки вертикальных и горизонтальных  теплообменных аппаратов водовоздушной смесью;
- модернизация  системы отсоса неконденсирующихся  газов из пароводяных подогревателей.
      Применение различно профилированных трубок рассматривается в настоящее время как одно из самых перспективных направлений интенсификации теплообмена в кожухотрубных ТА. По мнению специалистов реальное применение в конденсирующих ТА могут найти трубки, у которых искусственная шероховатость имеет место как с наружной, так и с внутренней стороны. В ряду таких трубок наиболее исследованными и прошедшими промышленную апробация в серийных ТА являются профильные витые трубки. Эти трубки изготавливаются из обычных гладких трубок при обкатке их на специальных приспособлениях. Эффективность применения определяется возможностью интенсификации теплообмена как со стороны конденсирующегося пара, так и со стороны воды. Гидравлическое сопротивление выше, чем у гладких трубок, что требует соответствующего увеличения мощности на прокачку теплоносителя через них. Как показали результаты проведенных исследований, гарантированный эффект увеличения коэффициента теплопередачи в аппаратах при рационально выбранной геометрии трубок и соответствующих нормам условиях эксплуатации на номинальном режиме работы ТА составляет: для конденсаторов — 15%; для подогревателей — 20-40%. Гидравлическое сопротивление ТА при этом увеличивается на 40-70%.
      Для химической промывки различных теплообменных аппаратов в условиях эксплуатации разработан и рекомендован состав на основе бисульфата аммония. Предлагаемый реагент эффективен при промывке трубок из медных сплавов с железоокисными и медьсодержащими эксплуатационными отложениями, менее агрессивен, чем минеральные кислоты, более доступен и дешев, чем комплексоны и органические кислоты. Промышленная апробация предлагаемого реагента для химической промывки и отработки технологической схемы была проведена на конденсаторах и подогревателях сетевой воды с различным характером отложений и удельной загрязненностью поверхности теплообмена. Время промывки каждого аппарата (подогревателя, конденсатора) составляло 4–8 часов. Полученные результаты позволяют рекомендовать предлагаемые растворы реагентов для химических промывок трубных систем теплообменных аппаратов турбоустановок.
      Система очистка водовоздушной смесью вертикальных и горизонтальных теплообменных аппаратов, разработанная авторами, позволяет эффективно удалять рыхлые органические отложения на трубках и сократить трудозатраты на промывку. Очистка ведется водовоздушной смесью, получаемой путем подачи в поток воды воздуха с давлением на 2-5 кПа больше, чем давление воды. Использование предлагаемого способа очистки ТА обеспечивает следующие преимущества по сравнению с существующими: позволяет поддерживать аппарат в чистом состоянии постоянно, не выключая его из технологической схемы на длительное время; уменьшает недогрев воды до температуры насыщения пара; сокращает время очистки ТА; не требует разборки аппарата и привлечения ремонтного персонала.
      В настоящее время освоено производство модернизированных трубных систем теплообменных аппаратов. Все конструкции были разработаны УГТУ с использованием современных технических решений, повышающих эффективность и надежность работы серийных аппаратов. К таким техническим решениям относятся:
- применение  высокоэффективных ПВТ из коррозионно-стойких  материалов (нержавеющая сталь);
- использование  новой технологии закрепления  трубок в трубных досках, позволяющей  получить соединение повышенной герметичности;
- оптимизация  компоновки трубных пучков аппаратов;
- уплотнение  зазора между промежуточными  перегородками и корпусом;
- защита  труб от коррозии.
       Проблема повышения эффективности и надежности теплообменников относится к задачам системного анализа. Сложность постановки данной задачи не позволяет решать ее точными методами, но требует комплексного учета многих факторов. Так, например, идеальный материал для поверхности теплообмена ТА должен иметь высокие показатели теплопроводности и прочности, быть технологичным, коррозионно- и эрозионностойким, а также быть дешевым и доступным. Приведенный комплекс требований принципиально не может быть обеспечен полностью. Поэтому приходится искать разумный компромисс, наиболее целесообразный для конкретного типа аппаратов и конкретных условий эксплуатации.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Патентный поиск 

Многоходовой  трубчатый теплообменник
       Изобретение относится к оборудованию  для пищевой промышленности, в  частности для тепловой обработки   молока и других жидких пищевых  продуктов. 
     Сущность изобретения: теплообменник  содержит корпус с патрубками  для ввода и вывода теплоносителя  и обрабатываемой жидкости, пучок  труб, закрепленный в трубных  решетках по концентрическим  окружностям, крышки, закрывающие  трубные решетки, цилиндрические  перегородки, расположенные между  окружностями, образованными пучком  труб, при этом каждая перегородка  имеет длину, меньшую длины  межтрубного пространства, и поочередно  закреплена в  противоположной  трубной решетке, а в трубных  решетках, в местах крепления  концов труб, выполнены кольцевые  углубления для соединения между  собой двух соединенных концентрических  рядов труб. Патрубок ввода обрабатываемой  жидкости расположен в центре  передней крышки.
      Целью изобретения является упрщение  конструкции и снижение общего  гидравлического сопротивления.
Цель  достигается тем, что для уменьшенияколичества ходов теплоносителя в межтрубном пространстве установлены цилиндрические, коаксиально расположенные перегородки  меньшей длины, чем длина межтрубного  пространства, которые, чередуясь через  одну, закреплены на внутренних сторонах трубных решеток, отделяя кольцевые  ряды труб, а для уменьшения количества ходов обрабатываемой жидкости трубные  решетки в местах крепления концов труб имеют кольцевые углубления и при установленных крышках  соединяют последовательно два  соседних кольцевых ряда труб.
     Теплообменник состоит из трубных  решеток 1,2, трубы в которых  размещены по концентрическим  окружностям с образованием кольцевых  рядов 3,4,5, цилиндрических перегородок  6 меньшей длины, чем длина межтрубного пространства 7, установленных коаксиально в межтрубном пространстве, отделяя кольцевые ряды труб, и закрепленных через одну на внутренних сторонах трубных решеток, входного коллектора 8,распределяющего поступающую на обработку жидкость во внешний кольцевой ряд труб 3, передней крышки 9 с входным патрубком 10, задней крышки 11 с выходным патрубком 12 и патрубком подвода теплоносителя 13, корпуса 14 с патрубком отвода теплоносителя 15. Трубные решетки 1,2 в местах крепления концов труб имеют кольцевые углубления 16, соединяющие последовательно два кольцевых ряда труб.
       Теплообменник работает следующим  образом.
     Жидкость поступает на обработку  через патрубок 10 и, равномерно  распределяясь в коллекторе 8, попадает  во внешний ряд труб 3, предварительно  нагревается теплоносителем, имеющем  на выходе из межтрубного пространства 7 минимальную температуру, проходит  кольцевую полость 16 трубной решетки  2, поступает в средний кольцевой  ряд труб 4, где нагревается до  более высокой температуры, и  так далее. Окончательная температурная  обработка проводится в выходной  трубе 5, и, имея максимальную  температуру, жидкость поступает  в выходной патрубок 12. В свою  очередь теплоноситель поступает  через патрубок 13 в межтрубное  пространство 7 и, огибая перегородки  6, отдав тепло обрабатываемой  жидкости, выходит через патрубок 15.
        При этом скорость движения  жидкости в трубах будет различной,  ступенчато увеличиваясь по мере  прохождения кольцевых рядов  труб, что в свою очередь приводит  к ступенчатому увеличению коэффициента  теплоотдачи. Количество же и  скорость обрабатываемой жидкости  одинакова для любой трубы  одного кольцевого ряда, что необходимо  для гарантированной, качественной  тепловой обработки.
       Упрощение конструкции теплообменника  ведет к сокращению затрат  как на изготовление его частей, так и на его сборку, так  как изготовление и сборка  осуществляются простыми технологическими  операциями. Эффективность использования межтрубного пространства позволяет сделать такой реплообменник компактным. Кроме того, невысокое общее гидравлическое сопротивление позволяет снабжать такой теплообменник насосами меньшей мощности.
Формула изобретения
    Многоходовой трубчатый теплообменник, содержащий корпус, патрубки подвода и отвода теплоносителя и обрабатываемой жидкости, пучок труб, закрепленный в трубных решетках по концентрическим окружностям, крышки, закрывающие трубные решетки , отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и снижения общего гидровлического сопротивления, он снабжен цилиндрическими перегородками, расположенными между окружностями, образованными пучком труб, при этом каждая перегородка имеет длину, меньшую длины межтрубного пространства, и поочередно закреплена в противоположной трубной решетке, а в трубных решетках в местах крепления концов труб выполнены кольцевые углубления для соединения между собой двух соседних концентрических рядов труб.
    Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что патрубок ввода обрабатываемой жидкости расположен в центре передне крышки.
 
    Я считаю, что изобретение по данному патенту имеет более простую и удобную конструкцию, позволит снизить общее гидравлическое сопротивление, упростить эксплутационное обслуживание и обеспечить высокую надежность.  
 
 
 
 

4 Расчет трубчато-пастеризационной  установки 

        4.1 Тепловой баланс
        1 Находим температуру молока  на выходе из 1 секции, которую  применяем на 6°С выше температуры  водопроводной воды по формуле  (1) 

                                                                                     (1)                                                                                  
      2 Находим среднюю температуру  для каждой секции, по формулам (2) и (3):
                                                                                       (2)                                                                                                             

                                                                                         (3)                                                                                              
  
      3 Определяем при полученных средних  температурах теплофизические характеристики  молока:
      а) удельная теплоемкость молока:              
 

      б) плотность молока: 
 

     в) динамическая вязкость молока: 
 

     г) теплопроводимость молока: 
 

      4 Определяем тепловые затраты  по формуле (4):
                                                              (4)                                                                        
 
 

      Тогда суммарные затраты определяются по формуле (5):
                                                                             (5)                                                                                             

      5 Рассчитываем конечную температуру  водопроводной воды, учитывая равенство  молока и теплоносителя по  формуле (6):
                                                                                (6)    

      4.2 Конструктивный расчет
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.