Файл: Проект теплообменного аппарата емкостного типа.docx

Министерство сельского хозяйства Российской ФедерацииФГБОУ ВО Вологодская государственная молочнохозяйственная академия им. Н. В. ВерещагинаФакультет Технологический Кафедра технологического оборудованияКУРСОВОЙ ПРОЕКТПо дисциплине «процессы и аппараты пищевых производств» на тему:«Проект теплообменного аппарата емкостного типа»Направление подготовки 19.03.03 - «Продукты питания животного происхождения»Профиль подготовки - «Технология молока и молочных продуктов»Выполнил студент ТехП – 141 группы,Заочного отделения,шифр 1949014 __________________ Захарова А.А.Руководительд.т.н. профессор ___________________ Гнездилова А.И.Вологда-Молочное2022Задание № 6Вариант № 4Для курсового проектирования по дисциплине «Процессы и аппараты пищевых производств»студентки 141группы заочного отделенияФГБУ ВО Вологодская ГМХА Захаровой А.А. Тема проекта «Проект теплообменного аппарата емкостного типа»Содержание задания: Спроектировать аппарат емкостного типа для нагревания 900 кг сливок. Температура поступающего продукта tн 35⁰С, температура нагретого продукта tк 87⁰С. Горячим теплоносителем является пар, давление пара – р, 1,5 атм. Форма днища – плоское, тип мешалки – лопастная. Подача пара в рубашку аппарата.Содержание курсового проекта:Расчетно-пояснительная записка;Графическая часть проекта:Общий вид машины (аппарата);Детали и сборочные единицыДата выдачи ___________Срок окончания_________Руководитель проекта проф. Гнездилова А.И.Студент Захарова А.А.

Содержание

---

Введение

Теплообменные аппараты (теплообменники) применяются лля осу­щест­вления теплообмена между двумя теплоносителями с целью нагрева или ох­лаждения одного из них. В зависимости от этого теплообменные ап­параты называют подогревателями или холодильниками.По способу передачи тепла различают следующие типы теплооб­менных аппаратов: - поверхностные, в которых оба теплоносителя разде­лены стенкой,причем тепло передастся через поверхность стенки;- регенеративные, в которых процесс передачи тепла от горячего теп­лоносителя к холодному разделяется по времени на два периода и про­ис­ходит при попеременном нагревании и охлаждении насадки теплообмен­ни­ка;- смесительные, в которых теплообмен происходит при непосредс­т­венном соприкосновении теплоносителей.В химической промышленности наибольшее распространение полу­чили поверхностные теплообменники, отличающиеся разнообразием кон­струкций.Наиболее часто встречаются емкостные теплообменные аппараты с ме­шалками, используемые для проведения многих технологических про­цессов (плавления, кристаллизации, нагревания, охлаждения). Механиче­ские ме­шалки позволяют значительно интенсифицировать перечисленные выше про­цессы. Конструкции мешалок весьма разнообразны и выбор того или иного вида перемешивающего устройства производится в каждом от­дельном случае с учетом формы и размера аппарата и физико-химических свойств переме­шиваемой среды.В качестве нагревательных устройств обычно применяются рубашки или змеевики, последние могут быть смонтированы как снаружи, так и внутри аппарата. Обогрев аппарата может быть проведен также «острым» паром или при помощи электрической энергии.Наибольшее распространение в качестве греющего агента в теплооб­менниках получил насыщенный водяной пар, имеющими целый ряд досто­ин­ств:- высокий коэффициент теплоотдачи;- большое количество тепла, выделяемое при конденсации пара; - рав­номерность обогрева, так как конденсация пара происходит при постоян­ной температуре;- легкое регулирование обогрева.Объектом разработки является теплообменный аппарат емкостного типа с лопастной мешалкой для подогрева сливок.

1. Теоретическая часть

Перемешивание – один из наиболее распространённых процессов химической технологии. Аппараты с перемешивающими устройствами используются для проведения разнородных технологических процессов, таких как кристаллизация, абсорбция, экстрагирование, гомогенные и гетерогенные химические реакции и т.д.

---

Исходя из физико-химической природы этих процессов, можно выделить несколько групп явлений, которые непосредственно связаны с условиями перемешивания:1) распределение взвешенных частиц в объёме жидкости или предотвращение их оседания (перемешивание суспензий); 2) диспергирование капель жидкости или пузырьков газа (перемешивание несмешиваемых жидкостей, жидкости и газа); 3) смешение взаимно растворимых сред. Таким образом, перемешивание можно рассматривать как способ интенсификации процессов распределения взвешенных или растворённых частиц, а также диспергирования капель и пузырьков в жидкости путём приведения её в вынужденное движение.Традиционный вид оборудования для перемешивания – вертикальный цилиндрический аппарат с мешалкой, ось вращения которой совпадает с осью корпуса аппарата. Объём аппаратов с механическими мешалками составляет от 10 дм³ до 2000 м³. По скорости вращения мешалки условно подразделяют на две группы: -тихоходные (якорные, рамные и другие, у которых окружная скорость концов лопастей примерно 1 м/с) - быстроходные (пропеллерные, турбинные и другие, у которых окружная скорость порядка 10 м/с).Основными элементами перемешивающих устройств таких аппаратов чаще всего являются: - вертикально расположенный консольный или однопролётный вал, на котором размещены одна или несколько (до пяти) мешалок; - уплотнение вала в месте его прохода через крышку аппарата; - привод вала от электродвигателя через редуктор или клиноременную передачу; - муфта, соединяющая вал привода с валом мешалки.   Рисунок 1 – Теплообменный аппарат емкостного типа с лопастной мешалкой: 1 – опорная стойка; 2 – днище; 3 – мешалка; 4 – обечайка; 5 – рубашка; 6 – крышка; 7 – труба передавливания; 8 – уплотнение; 9 – редуктор; 10 – электродвигатель; 11 – соединительная муфта; 12 – стойка привода; 13 – люк; 14 – вал; 15 – опорная лапа [1]Рисунок 2 – Лопастная мешалка [1]

2. Тепловой расчет

2.1. Расчет поверхности теплопередачи

---

Для аппарата с плоским днищем поверхность теплопередачи определяется из уравнения:, (2.1)где D – диаметр аппарата, м;Н – высота аппарата, м.Для расчета диаметра и высоты аппарата определим объем аппарата: , (2.2)где m – масса продукта нагреваемого в аппарате, кг; – коэффициент заполнения аппарата, принимается 0,7-0,8; – плотность продукта, кг/м³.Принимаем сливки 35% жирности, методом интерполяции определили плотность сливок при 35⁰С, она составит 985,5 кг/м³.Объем аппарата с плоским днищем составит: (2.3)где =1-2.из уравнения (2.3) рассчитаем диаметр аппарата:Высоту аппарата определим из уравнения: (2.4)Тогда, поверхность теплопередачи составит:Согласно данным, представленным в табл.9.4 [1 стр. 247] нормализованный реактор с номинальным объёмом 1,14 м³ имеет диаметр D = 1200 мм. Принимаем отношение D/d_м = 3, получаем диаметр мешалки d_м = 1200/3 = 400 мм. На основании данных табл. 9.2 [1 стр.243] окончательно принимаем d_м = 400 мм.

2.2 Расчет расходов теплоносителей из уравнения тепловых балансов

Поскольку в качестве горячего теплоносителя используется насыщенный водяной пар, уравнение теплового баланса будет иметь вид: (2.5)где

---

– масса горячего теплоносителя (в рубашке), кг/с;

– масса и средняя удельная теплоемкость холодного теплоносителя, кг/с и Дж/(кг · К) соответственно;

– энтальпия насыщенного пара и конденсата соответственно, Дж/кг;

– коэффициент, учитывающий теплопотери в окружающую среду, принимается в пределах 0,95 – 0,97.

Энтальпию насыщенного пара определим исходя из его давления 1,5 атм методом интерполяции, она составит 2697037,2 Дж/кг, энтальпия конденсата определяется из формулы:

(2.6)

где –теплоемкость конденсата, Дж/(кг · К);

– температура конденсата, равная ;

– температура насыщения, вычислена методом интерполяции, составляет 110,7⁰С;

- разность температур, на которую охлаждается конденсат. Температуру конденсата принимаем на 10⁰С ниже температуры насыщенного пара, тогда



Теплоемкость конденсата при данной температуре составит 4192,8 Дж/ (кг · К) (рассчитана методом интерполяции)



Тогда масса горячего теплоносителя (в рубашке) составит:







Расход горячего теплоносителя составит:

(2.7)

2.3 Расчет температурного режима и выбор теплофизических свойств

---