Технологический расчет теплообменного пластинчатого аппарата А1-ОКЛ-2,5

Содержание

 

 

 Введение…………………………………………………………………..

 

1. Основные компоненты пластинчатых теплообменников……………

 

2. Теоретические  основы теплопередачи……………………………….

 

  2.1. Общие сведения о процессах теплообмена…………………….

       2.2. Способы передачи теплоты……………………………………..

 

3. Устройство  теплообменных пластинчатых аппаратов………………

 

       3.1. Описание проектируемого объекта……………………………..

 

4. Технологический  расчет теплообменного пластинчатого

аппарата  А1-ОКЛ-2,5……………………………………………………...

 

       4.1. Тепловой расчет аппарата……………………………………….

       4.2. Конструктивный расчет………………………………………….

       4.3. Гидравлический расчет аппарата………………………..………

 

 Заключение………………………………………………………………

Список литературы………………………………………………………..

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

    

     Пластинчатые теплообменники являются  наиболее совершенными и широко  применяются в молочной промышленности. Аппараты отличаются компактностью,  высокой производительностью, универсальностью, высокими технологическими показателями. Контроль и регулирование параметров  в данных аппаратах автоматизированы.

     Пластинчатые теплообменники являются  универсальными и чаще всего  их используют для пастеризации  и охлаждения молока, сливок, смеси  мороженого в непрерывном потоке.

     В одном аппарате можно выполнить  весь комплекс операций тепловой  обработки молока и одновременной  раздельной обработки двух и  более продуктов (молока, сливок, обезжиренного молока) при различных  режимах. Пластинчатые аппараты, в случае необходимости, могут  быть перекомпанованы с целью изменения теплового режима. Важным достоинством этих аппаратов является также большая производительность при сравнительно небольших габаритных размерах. У них нет движущихся деталей для воздействия на движение жидкостей в аппарате. Для пластинчатых аппаратов характерны небольшие скорости потока жидкости, что позволяет применять их для тепловой обработки сравнительно вязких  продуктов, а также незначительный температурный перепад в 1-2°С.

     Недостатком пластинчатых аппаратов  является наличие большого количества  резиновых уплотнительных прокладок,  которые изнашиваются, и их периодически  следует менять, так как при  износе прокладок происходит  утечка жидкости.

 

 

 

 

 

1. Основные компоненты пластинчатых теплообменников

 

 

     Пластинчатые теплообменники состоят:

 

1. Неподвижная плита 

2. Верхняя штанга

3. Нажимная плита

4. Стойка

5. Пластина с уплотнителем

6. Пакет пластин

7. Нижняя штанга

8. Шпильки

 

На рисунке для более ясного изображения потоков рабочих  сред показаны только шесть пластин  в раздвинутом положении. В рабочем  положении пластины плотно прижаты  друг к другу, и пространство канала, образующегося между пластинами, уплотнено резиновыми прокладками. Красная стрелка – греющая  среда; синяя стрелка – нагреваемая  среда.

Каждая пластина на лицевой стороне  имеет резиновую контурную прокладку, ограничивающую канал для потока рабочей среды и охватывающая два угловых отверстия (по одной  стороне пластины или диагонали), через которые проходит поток  рабочей среды в межпластинный канал и выходит из него, а два других отверстия, изолированные дополнительно малыми кольцевыми прокладками, встречный теплоноситель проходит транзитом. Вокруг этих отверстий имеется двойная прокладка, которая гарантирует герметичность каналов. Она сконструирована таким образом, что в случае ее повреждения, протечки, связанные с отклонениями в технологическом процессе (например, резкое повышение давления в результате гидравлического удара), приводят к тому, что жидкость заполняет мертвое пространство, образуемое двойным уплотнением, с последующим выводом вытекающей жидкости наружу через дренажные каналы, делая таким образом утечку и ее источник видимыми , и позволяет заменить прокладку за короткое время.

Данная конструкция полностью  исключает смешивание греющей и  нагреваемой сред.

Уплотнительные прокладки разборного теплообменника крепятся на пластине таким образом, что после сборки и сжатия пластины в аппарате образуют две системы герметичных межпластинных каналов, изолированных друг от друга металлической стенкой и прокладками: одна - для греющей среды. Другая – для нагреваемой. Обе системы межпластинных каналов соединены со своими коллекторами и далее со штуцерами для входа и выхода рабочих сред (теплоносителей), расположенными на неподвижных опорных плитах.

 

Нагреваемая среда входит в аппарат через штуцер, расположенный на неподвижной плите и через верхнее угловое отверстие первой пластины попадает в продольный коллектор, образованный кромками пластин с угловыми отверстиями после их сборки.

Нагреваемая среда по коллектору доходит  до пластины, распределяется по межпластинным каналам, которые сообщаются (через один) с угловым коллектором, благодаря соответствующему расположению больших и малых резиновых прокладок.

При движении по межпластинному каналу нагреваемая среда обтекает волнистую поверхность пластин, обогреваемых с обратной стороны греющей средой. Нагреваемая среда затем попадает в продольный коллектор и выходит из аппарата через другой штуцер.

Греющая среда движется в аппарате навстречу нагреваемой и поступает в штуцер, проходит через нижний коллектор, распределяется по каналам и движется по ним. Через верхний коллектор и штуцер греющая среда выходит из теплообменника.

Основным узлом теплообменника является теплопередающая пластина. Общий вид пластины с прокладкой приведены на рисунке. Внешний вид («рисунок» пластины) - это визитная карточка любого теплообменника. «Рисунок» должен обеспечивать равномерное распределение потока по всей поверхности пластины, высокую турбулентность потока даже при малых его скоростях, и в то же время обеспечить необходимую жесткость пластины.

Пластины собираются в пакет  таким образом, что каждая последующая пластина повернута на 180° относительно смежных, что создает равномерную сетку пересечения и взаимных точек опор вершин гофр.

Между каждой парой пластин образуется щелевой канал сложной формы, по которым и протекает рабочая  среда. Такие каналы получили наименование сетчато - поточных. Жидкость при движении в них совершает пространственное

 

трехмерное извилистое движение, при  котором происходит турбулизация потока.

Особенностью каналов является то, что суммарная площадь поперечного  сечения межпластинного канала, перпендикулярного основному направлению движения потока жидкости, остается постоянной по всей длине пластины, за исключением участков входа и выхода. Расположение коллекторных отверстий для входа и выхода рабочей среды на углах пластины – одностороннее (левое или правое).

Вид гофрирования пластин и их количество, устанавливаемое в раму, зависят  от эксплуатационных требований к пластинчатому  теплообменнику

Пластины штампуются из коррозийно-стойкого листового металла, марок Aisi-316, Aisi-321, титан и другие.

По контуру пластины расположен паз для резиновых уплотняющих  прокладок. Угловые отверстия для  прохода рабочей среды имеют  форму, обеспечивающую снижение гидравлических сопротивлений на входе в канал  и выходе из него, снижение отложений  на этих участках и позволяющую более  рационально использовать всю площадь  пластины для теплообмена.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Теоретические  основы теплопередачи

 

Теплообмен - необратимый самопроизвольный процесс переноса теплоты от более  нагретых тел (или участков тел) к  менее нагретым.

Теплота (количество теплоты) – энергетическая характеристика процесса теплообмена, равная количеству энергии, отдаваемой или получаемой телом в процессе теплообмена.

К теплообменным относятся такие  технологические процессы, скорость которых определяется скоростью  подвода или отвода теплоты: нагревание, испарение (в том числе выпаривание), охлаждение, конденсация. Аппараты, в  которых протекают эти процессы, называют теплообменными.

Движущей силой процесса теплообмена является разность температур.

 

2.1. Общие сведения о процессах  теплообмена

Теплопередача – теплообмен между  двумя теплоносителями через разделяющую их твердую стенку.

Теплоноситель – движущаяся среда (газ, пар, жидкость), используемая для  переноса теплоты.

В процессах теплопередачи участвует  не менее двух сред (веществ) с различными температурами. Среда с более высокой температурой, отдающая теплоту в процессе теплообмена, называется горячим теплоносителем, среда с более низкой температурой, воспринимающая теплоту, - 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.

Передача теплоты может осуществляться как при непосредственном соприкосновении  теплоносителей, так и через теплопроводящую стенку (поверхность теплообмена) и является основным расчетным конструктивным параметром теплообменных аппаратов.

Различают стационарные (установившиеся) и нестационарные (неустановившиеся) теплообменные процессы.

При стационарных процессах, характерных  обычно для непрерывно действующих  теплообменных устройств, температура  в каждой точке рабочего объема (тела) не меняется во времени.

При нестационарных процессах, характерных  для периодически действующего оборудования, температура, напротив, меняется во времени.

Совокупность значений температур во всех точках объема (тела) называется температурным полем. Кроме трехмерного  температурного поля, в зависимости  от условий проведения процесса и  числа используемых координат могут  рассматриваться двумерные, и одномерные температурные поля.

Так же, как тепловые процессы, температурное  поле может быть стационарным и нестационарным.

Изотермическая поверхность в  температурном поле — поверхность, объединяющая точки с одинаковыми  температурами. Из-за отсутствия разности температур теплота вдоль такой  поверхности не распространяется.

Теплота в температурном поле, таким  образом, может распространяться только между изотермическими поверхностями. При этом степень интенсивности  изменения температуры характеризуется  температурным градиентом, выраженным пределом отношения приращения температуры  к расстоянию между изотермическими  поверхностями, направленным по нормали  к этой поверхности.

Основными кинематическими характеристиками процесса теплопередачи являются средняя  разность температур, коэффициент теплопередачи, количество передаваемой теплоты.

 

2.2 Способы  передачи теплоты

Тепло может  передаваться тремя способами:

• Излучение. При теплообмене излучением энергия передается посредством

электромагнитного излучения. Здесь примером может  служить нагревание поверхности  земли солнцем.

• Кондукция.  Передача тепла в твердом теле.

• Конвекция. При конвективном теплообмене энергия передается благодаря контакту одной части среды с другой. Существует два типа конвекции:

a) естественная (свободная) конвекция, при которой движение среды целиком зависит от разностей ее плотностей и температур, выравнивающихся во время процесса теплообмена;

б) принудительная (вынужденная) конвекция, при которой  движение среды целиком или частично зависит от результатов внешнего воздействия на эту среду; здесь  примером может служить работа насоса, перекачивающего жидкость.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Устройство теплообменных пластинчатых аппаратов