Процеси і апарати харчових виробництв

Електронний підручник

Головна

Теоретичні відомості

Лабораторні та практичні роботи

Тести

Додатки

Список використаних джерел

 

Практичне заняття №4

 

Тема роботи: Проведення розрахунку одноходового кожухотрубного теплообмінника за заданими умовами

 

Мета заняття: Освоїти методику розрахунку одноходового кожухотрубного теплообмінника за заданими умовами.

 

Матеріали та обладнання

1.               Інструктивна картка виконання практичного заняття №4.

2.               Моделі, макети або схеми одноходового кожухотрубного теплообмінника.

 

Література

Гулий У.С. та інші. Обладнання підприємств переробної і харчової промисловості. – Вінниця.:Нова книга, 2001. – с. 238-264.

Малежик  І.Ф., Циганков П.С.  Процеси і апарати харчових виробництв. – К.: НУХТ, 2003. – с. 155-158.

  Мирончик В.Г., Орлов Л.О., Українець А.І., Пушанко М.М.,Гуцалюк В.М., Яровий В.Л., Заєць Ю.О., Даценко М.М., Заплетинков У.М. Розрахунки обладнання підприємств переробної і харчової промисловості. Навчальний посібник. – Вінниця.: Нова книга, 2004. – с. 139-154.

Поперечний  А. М., Черевко О.І., Гаркуша В.Б., Кирпеченко Н.В., Ласкіна Н.А.  Процеси і апарати харчових виробництв. – К.: Центр учбової літератури, 2007. – с. 185-194.

 

Знати: призначення, класифікацію, будову та принцип роботи кожухотрубного теплообмінника.

 

Вміти: проводити розрахунок одноходового кожухотрубного теплообмінника за заданими умовами.

 

Короткі відомості з теоретичної частини роботи

Кожухотрубні теплообмінники отримали в промисловості найбільше застосування завдяки своїй компактності, простоті у виго­товленні та надійності в роботі. Вони використовуються для тепло­обміну між потоками в різноманітних агрегатних станах: пара-рідина, рідина-рідина, газ-газ, газ-рідина. На рис.1  показано вер­тикальний одноходовий теплообмінник жорсткої конструкції, що складається з циліндричного корпусу (або кожуха) 1 і приварених до нього трубних решіток 2 з пучком труб 3.

Пучок труб ділить весь об'єм корпусу теплообмінника на трубний простір,       укладений       всередині гріючих   труб,   і   міжтрубний.   До корпусу    приєднані    з    допомогою болтового сполучення два днища 5. Для       введення       і       виведення теплоносіїв корпус і днища мають патрубки 4. Один потік теплоносія, наприклад рідина, спрямовується в трубний    простір,    проходить    по трубках і виходить з теплообмінника через патрубок у верхньому днищі. Інший потік теплоносія, наприклад пара,    рухається    у    міжтрубному просторі теплообмінника, омиваючи ззовні   пучок   гріючих   труб.   При цьому    середовище,    що    гріється, спрямовують      знизу      вгору,      а середовище, що віддає теплоту,- в протилежному напрямі.

Рис. 1. Кожухотрубний теплообмінник

Гріючі труби з'єднуються з трубними решітками зварюванням, пайкою або розвальцьовані в ній. Гріючі труби виробляють зі сталі, міді або латуні. Труби в решітках звичайно розміщують рівномірно по периметрах правильних шестикутників, що забезпечує ком­пактність розташування. Інколи труби розміщують по концентричних колах. За необхідності забезпечення очистки зовнішніх поверхонь труб застосовують коридорне розташування - по боках квадратів. Внаслідок великого сумарного прохідного перерізу труб і міжтрубного простору швидкості протікання теплоносіїв невеликі і коефіцієнти тепловіддачі в цьому теплообміннику порівняно низькі. Для збіль­шення швидкості протікання (інтенсифікації теплообміну) в трубно­му і міжтрубному просторах встановлюють перегородки, зменшуючи переріз потоку теплоносіїв. На рис.2 подано такий багатоходовий теплообмінник, що має два ходи по трубному простору і п'ять ходів по міжтрубному.

Кожухотрубні теплообмінники розташовуються вертикально або горизонтально. При різниці темпе­ратур між теплоносіями понад 50°С за рахунок неоднакових темпера­турних подовжень у зварювальних швах приєднання кожухів до труб­них решіток, а також у місці приєднань труб у решітках виника­ють значні напруження, що можуть перевищити межу міцності матеріалу. В результаті з'являються нещільності, порушується герметичність.

 

Порядок виконання

Завдання 1. Підписати назви основних складових частин одноходового кожухотрубного теплообмінника згідно із номерами, вказаними на рисунку 2 та описати його принцип дії.

 

 

Рис.2. Одноходовий кожухотрубний підігрівач

 

Завдання 2. Провести розрахунок основних конструктивних розмірів одноходового кожухотрубного теплообмінника.

              Таблиця 1.

Вихідні дані

№ варіанту

 

Необхідна поверхня теплообмінника F, м2

 

Швидкість руху в трубах υ, м/с

 

Пропускна спроможність апарата G, м3/с

 

Діаметр трубок dр, м

 

 

Методика конструктивного розрахунку залежить від особливостей вибраної конструкції апарату.

Визначити площу перерізу для проходження теплоносія розраховується за формулою:

                            S=G/υρ, м2;               

де G – масова витрата теплоносія, м/с;

      υ– швидкість теплоносія, м/с;

      ρ – густина теплоносія, кг/м3.

Вихідні дані для розрахунку кожухотрубного апарату – площа поверхні теплообміну F (за тепловим розрахунком) та довжини трубки (за стандартом).

Визначити кількість трубок:

                                     n=,  шт,                           

де dср – розрахунковий діаметр труби; якщо α1 і α2 одного порядку, то dср=dз+dв/2; а якщо α1 >> α2 або α1 << α2, то за dср приймається той діаметр

( dз – зовнішній, dв – внутрішній) трубки, яким визначається поверхня, що обмивається теплоносієм з малим l.

При розміщенні по шестикутнику (трикутнику) (рис.6.) кількість трубок:

                       n=3a (a-1) +1;                          

де а – число трубок на одній стороні найбільшого шестикутника.

                                 

Рис.3. Схема розміщення трубок в решітці по вершинах рівносторонніх трикутників (по сторонах правильних шестикутників)

Визначити кількість трубок по діагоналі:

b=2a-1, або b = 1,16 √n                           

Крок між осями трубок t вибирається залежно від зовнішнього діаметра трубки при способу їх за шестикутником.

                                                                                                     Таблиця 1.

Зовнішній діаметр трубки dз, мм

14

14-20

20-30

30

Крок трубок t, мм

1,4dз

1,35 dз

1,3 dз

1,25 dз

 

 Загальне число труб повинно бути таким, щоб a і b були цілими числами.

Визначити діаметр кола, на якому розміщені крайні трубки:

D=t (b-1), м             

Визначити внутрішній діаметр корпусу апаратів одноходового:

Dв = t(b-1)+4dз, м    

Число ходів у між трубному пристрої для одноходового апарату приймається z=1.

Визначити робочу довжину трубок (відстань між трубними решітками):

l1= , м                          

 Рекомендується l1 приймати 1000, 1500, 2000, 3000, 4000, 6000, 9000мм.

З урахуванням товщини трубної решітки  δ = 0, 125dз+5мм та припуску на відбортовану при розвальцюванні на S = 1÷4мм.

Визначити загальну довжину трубок з обох сторін трубки:

l = l1+2 δ +2S, м                         

Визначити загальну висоту кожухотрубного теплообмінника:

Н = l1+2h+2 δ, м;                          

де h = 0,2÷0,4м – висота розподільної камери, м;

    δ – товщина трубної решітки, м.

 

Контрольні питання

1.               Які пристрої називаються теплообмінними?

2.               Як класифікують теплообмінні апарати?

3.               Які рекуперативні теплообмінники використовують у харчовій промисловості?

4.               Які теплоносії використовують у теплових апаратах?

5.               Які вимоги ставляться до теплообмінників?

6.               Перерахуйте переваги кожухотрубних теплообмінників?

7.               Перерахуйте основні вузли одноходового теплообмінника.

8.               Поясніть принцип дії одноходового теплообмінника.