Файл: Проект теплообменного аппарата емкостного типа.docx

Разности температур в начале и конце процесса.Так как отношение Средняя разность температур:Для теплоносителя, температура которого изменяется в теплообменнике на меньшее число градусов, средняя температура определяется как средняя арифметическая величина между начальной и конечной температурами:Средняя температура сливок составит:Таблица 1 – Теплофизические свойства теплоносителей

Пространство и процесс	Физические величины	Обозначения	Единицы измерения	Числовые значения
Рубашка (охлаждение)	Средняя температура		⁰С	105,7
	Число Прандтля	Pr		0,68743
	Плотность	ρ	кг/м³	0,932
	Удельная теплоемкость		Дж/(кг · К)	1010
	Коэффициент теплопроводности	λ	Вт/( кг · К)	3,093
	Динамическая вязкость	μ·10³	Па · с	0,267
Емкость (нагревание)	Средняя температура		⁰С	73,2
	Число Прандтля	Pr		23,212
	Плотность	ρ	кг/м³	964,04
	Удельная теплоемкость		Дж/(кг · К)	3580
	Коэффициент теплопроводности	λ	Вт/( кг · К)	0,386
	Динамическая вязкость	μ·10³	Па · с	0,25

2.4 Расчет коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи

Так как в качестве горячего теплоносителя используется насыщенный водяной пар, то воспользуемся уравнением для пленочной конденсации насыщенных паров на вертикальной поверхностигде Н – высота аппарата, м; μ, ρ, λ – теплофизические свойства конденсата;r – теплота конденсации насыщенного пара, Дж/(кг К).Для расчета коэффициента теплоотдачи от стенки к нагреваемому в емкости продукту α₂ может быть использовано критериальное уравнение для перемешивания:при передаче тепла через рубашку: a  0,36; m  0,67.В этом случае критерий Рейнольса рассчитывается по уравнению:где n – частота вращения мешалки, с^-1; d_м – диаметр окружности, описываемой мешалкой; μ, μ_ст – динамический коэффициент вязкости жидкости при средней температуре и температуре стенки соответственно, Па·с.Примем окружную скорость мешалки ω=4 м/с. В этом случае частота вращения мешалки: , следовательно рассчитанное значение подходит.В соответствии с этими данными по табл. 11 [1 стр.380] приложения принимаем частоту вращения мешалки n = 3,33 с^-1(тихоходная мешалка).Примем значение температуры стенки, как среднее арифметическое между средними температурами теплоносителей: Коэффициент теплопередачи

:

В формуле расчета коэффициента теплопередачи одним из слагаемых в знаменателе используется сумма термических сопротивлений стенки, складывающаяся из термического сопротивления выбранной для изготовления стенки, стали, и средних термических сопротивлений загрязнений стенки со стороны каждого из теплоносителей, составит:

где 48 – коэффициент теплопроводности стали 20.

3. Конструктивный расчет

3.1 Расчет толщины стенки кожуха

Толщина стенки кожуха рассчитывается по формуле:где МПа - нормативное допустимое напряжение материала кожуха;   0,9 – поправочный коэффициент для взрывопожароопасных сред; D_в – внутренний диаметр кожуха, м; , МПа - избыточное давление в аппарате;   0,7 1 – коэффициент сварного шва для автоматической двухсторонней сварки [2]. С_кор - добавка на коррозию, Скор=1мм=0,001м. Для стали 20 нормативное допустимое напряжение материала кожуха составляет 138 МПа. Минимальную толщину стенки кожуха принимаем 6 мм согласно табл. 2 [3].

4.2 Подбор фланцев для крепления днища и крышки

Выбираем плоские приварные фланцы для сосудов и аппаратов ГОСТ 28759.2-90.

					а		а₁,мм	b	S	d	Болты
											диаметр	кол-во
1200	1330	1260	1248	1260	15,5	1244	13	35	8	23	М20	44

4.3. Расчет опор

Тип опор зависит от конструкции и способа установки аппарата. Размеры и форма опор зависят, в основном, от величины и характера нагрузок, от материала из которого изготовлен аппарат, массы аппарата, а также от расположения аппарата в пространстве. Поверхность опор, опирающихся на фундамент (площадку), должна быть достаточной для того, чтобы в фундаменте не возникли напряжения выше допустимых, т.е. должно соблюдаться условие:где – максимальный вес аппарата; – допустимое напряжение; Нагрузка на одну опору составит: где n - количество опор. По нагрузке на одну опору подбираем опоры по табл. 5. [3]. Масса аппарата: где V – объем всех конструктивных частей аппарата; ρ – плотность материала (стали). Масса продукта в объеме аппарата согласно задания: m_пр., кг. Тогда общая масса составит: Максимальный вес аппарата: Выбираем 4 опоры для вертикального аппарата с характеристиками:

Допускаемая нагрузка на одну лапу G, Н	L	B	B₁	H	S	l	a	d
25000	150	120	130	215	-	60	20	30

4.4. Расчет диаметров штуцеров и подбор фланцев

Диаметр штуцера определяется в зависимости от объемного расхода V и скорости теплоносителя:где

– скорость движения (для пара =20 - 50 м/с; для жидкости =1–2 м/с);

V – объемный расход теплоносителей, м³/с:

где m – массовый расход теплоносителя, кг/с;

ρ – плотность теплоносителя, кг/м³.

По полученному значению диаметра штуцера подбираем приварные плоские фланцы для трубопроводов (приложение 8) [3]:

Подбираем фланец I-300-2.5 Ст20 ГОСТ 12820-80, со следующими характеристиками:

D_y, мм	D	D₁	d_в	b	d_хп	n
40	145	110	46	15	8	4

5 . Расчет мощности на перемешивание

Расчет необходим для подбора электродвигателя. Рабочая мощность, потребляемая мешалкой [1-3]: где  - плотность продукта, кг/ м³; d - диаметр мешалки, м; n - частота вращения мешалки, об/с.; К - коэффициент мощности, который определяется в зависимости от режима движения и типа мешалки, в соответствии с графиком для однолопастной мешалки и составит 0,4Установочная (пусковая) мощность электродвигателя с учетом к.п.д.=0,95, запаса мощности 20% и коэффициента запаса мощности на момент пуска (2-3) составит: Расчет диаметра вала мешалкигде N_у - установочная мощность, Вт; n - частота вращения, об/мин.

Заключение

В курсовой проекте произведен расчет емкостного теплообменника с лопастной мешалкой для нагревания сливок.Выполнив данный курсовую проект, мной приобретены 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.