Расчет и проектирование теплообменника

Задание

Рассчитать и спроектировать теплообменный аппарат для нагревания воды насыщенным водяным паром.

Вода насосом 1 перекачивается из резервуара 2 через теплообменник 3 по системе трубопроводов и аппаратов 4 (рисунок 1). В теплообменнике вода нагревается от tн до tк насыщенным водяным паром. Объёмный расход воды V. Давление воды на выходе из системы трубопроводов pк.

Вода подаётся по трубопроводу длиной l=lвс+lн. Длина трубопровода от насоса до теплообменника l`н, высота всасывания hвс, максимальная высота подъёма Н.

Дано:

V=2,2·10-2м3/с, Н=8,0 м, hвс=1,5 м, lвс=9м, lн=993м, lн'=21м, tн=11ºС, tк=74ºС, рк=0,1МПа.

[pic 1]

Рис. 1. Схема циркуляционной мойки резервуаров и трубопроводов творожного цеха молочного комбината

Введение

В пищевой промышленности значительную роль играют процессы, связанные с передачей теплоты от одних сред (теплоносителей) к другим через разделяющую их стенку. Такие процессы называются теплопередачей, а для их осуществления используются поверхностные (рекуперативные) теплообменные аппараты.

Среди таких аппаратов в пищевой промышленности используются и кожухотрубчатые теплообменные аппараты, поверхность теплопередачи которых образована пучком труб, герметично закрепленных в трубных решетках.

Трубное пространство теплообменника образуется объемом воды, занимающей распределительную камеру, днище и все теплообменные трубки аппарата. Чем меньше число труб в одном ходе аппарата, тем при заданном расходе теплоносителя выше скорость его движения в трубках аппарата и тем интенсивнее протекает процесс теплоотдачи от стенок трубок аппарата к воде. Одновременно увеличение скорости воды ведет к росту гидравлических сопротивлений (потерь механической энергии потоком воды). Поэтому выбор рациональной скорости движения теплоносителя (воды) в трубном пространстве теплообменника часто осуществляется на основе экономического расчета. Значение скорости теплоносителя в трубном пространстве кожухотрубчатых теплообменников рекомендуется выбирать близкой к 1 м/с.

Второй теплоноситель – пар поступает в межтрубное пространство теплообменника, образованное наружной поверхностью теплообменных труб, внутренней поверхностью кожуха и межтрубной поверхностью трубных решеток. Для фиксации теплообменных труб и интенсификации процесса теплообмена при охлаждении пара и его конденсации в межтрубном пространстве устанавливают поперечные перегородки. Перегретый пар описывая попе-речный пучок теплообменных труб охлаждается до состояния насыщения, а затем конденсируется на наружной поверхности теплообменных труб. Расчет интенсивности передачи теплоты от пара к воде будем вести по зонам: зона сбива перегрева (охлаждение перегретого пара до температуры насыщения); зона конденсации (превращение пара в жидкость – конденсат).

Аппарат крепится в вертикальном положении на специальной раме или в межэтажном перекрытии с помощью лап.

1 Расчет сопротивлений трубопровода и включенных в него аппаратов

Трубопровод состоит из всасывающей и напорной линий.

Всасывающая линия- трубопровод от резервуара до насоса, по которому жидкость поступает с температурой tн=11 ºC.

Напорная линия- участок трубопровода от насоса до аппаратов с включенным в них теплообменником:

- участок напорного трубопровода от насоса до теплообменника с температурой жидкости tн=11 ºC.