Расчеты и выбор вспомогательного оборудования

3 Расчеты и выбор вспомогательного оборудования.

3.1 Выбор насоса

В соответствии с технологической схемой участка пастеризации продукта для перекачивания продукта выбирается шесть центробежных насосов марки Х20/18 с параметрами: подача Q= 5,5×10^-3, напор Н= 10,5 (м), частота вращения вала n= 48,3 (с^-1), коэффициент полезного действия h_н=0,6 , приводной электродвигатель типа АО2-31-2 мощностью N_н=3квт.

	Рисунок 12 – Схема установления насоса

Выбранный насос разрешает достичь геометрической высоты подъема жидкости H_Г£11 м с учетом потерь напора на преодоление гидравлического сопротивления теплообменного аппарата DР=84453 Па.

3.2 Расчет объема накопительного резервуара и уравнительного бака для пастеризованного продукта.

Номинальный объем емкости накопительного резервуара и уравнительного бака для исходного раствора пастеризованного продукта и конденсата:

(м³),  (3.1) [13]

Выбирается пять горизонтальных емкостных аппарата.

 

4 Новизна принятых конструктивных решений

Теплообменные аппараты составляют многочисленную группу теплосилового оборудования, занимая значительные производственные площади и превышая зачастую 50% стоимости общей комплектации в теплоэнергетике, химической, нефтеперерабатывающей и пищевой промышленности, и ряде других отраслей. Поэтому правильный выбор теплообменников представляется исключительно важной задачей.

К настоящему времени можно выделить два наиболее распространенных типа теплообменных аппаратов - кожухотрубные и пластинчатые.

Широко известные традиционные кожухотрубные аппараты, обладая рядом преимуществ, вместе с тем имеют и очень существенные недостатки. В частности - неблагоприятные массогабаритные характеристики, низкие показатели надежности. Эти аппараты почти всегда требуют применения грузоподъемного оборудования, предполагают наличие значительных свободных площадей и далеко не всегда могут быть смонтированы, а тем более заменены при ремонте без демонтажа конструкций здания. Применение в этих аппаратах латунных и гладкостенных труб дополняет неприглядную техническую характеристику. Латунь при определенных условиях (которые почти всегда создаются в теплообменниках, применяемых в отоплении и горячем водоснабжении) подвержена обесцинкованию даже в пресной воде. Цинк попадает в воду горячего водоснабжения, кроме того, происходит разрушение стенок труб.

Но даже и когда эти условия не создаются, усиливается влияние другого отрицательного фактора - образование накипи и иных отложений на стенках труб, что приводит к потере работоспособности аппаратов по критерию "тепловая эффективность".

Следует принять во внимание и достаточно высокие цены на эти аппараты вследствие использования большого количества цветного металла.

На сегодняшний день кожухотрубные теплообменники на порядок уступают пластинчатым теплообменникам.

Сравнение пластинчатых теплообменников с кожухотрубными теплообменниками (см. рис.13)

Рисунок 13 - Теплообменники

Обычно кожухотрубные теплообменники эффективно используются при давлениях теплоносителя более 25 кгс/см². Но при давлениях до 25 кгс/см² пластинчатые теплообменники являются значительно более эффективными.

При аналогичных параметрах пластинчатые теплообменники в 3-6 раз меньше по габаритам и составляют 1/6 от веса кожухотрубных теплообменников. Таким образом, экономятся не только площади под установку, но и снижаются начальные затраты. Конструкция кожухотрубного теплообменника обеспечивает гораздо меньшие коэффициенты теплопередачи, чем пластинчатого при аналогичной потере давления. Даже в самых лучших кожухотрубных теплообменниках значительные поверхности труб находятся в мертвых зонах, где отсутствует теплопередача. В отличие от кожухотрубных пластинчатые теплообменники могут быть легко разобраны для обслуживания и ремонта без демонтажа подводящих трубопроводов. Для обслуживания пластинчатых теплообменников требуется площадь в 3-6 раз меньше, чем для кожухотрубных.

Основные преимущества использования пластинчатых теплообменников.

1. Экономичность и простота обслуживания.

При засорении пластинчатый теплообменник может быть разобран, промыт и собран в течение 4-6 часов. В кожухотрубных теплообменниках процесс очистки трубок часто ведет к их разрушению и заглушению.

2. Низкая загрязняемость поверхности теплообмена вследствие высокой турбулентности потока жидкости, образуемой рифлением, а также качественной полировки теплообменных пластин.

3. Срок эксплуатации первой выходящей из строя единицы - уплотнительной прокладки - у ведущих европейских производителей достигает 10 лет. Срок работы теплообменных пластин - 20-25 лет. Стоимость замены уплотнений колеблется в пределах 15-25% от стоимости пластинчатого теплообменника, что экономнее аналогичного процесса замены латунной трубной группы в кожухотрубном теплообменнике, составляющей 80-90% от стоимости аппарата.

4. Стоимость монтажа пластинчатого теплообменника составляет 2-4% от стоимости оборудования, что на порядок ниже, чем у кожухотрубного теплообменника.

5. Даже теплоноситель с заниженной температурой в системах теплоснабжения позволяет нагревать воду в пластинчатом теплообменнике до требуемой температуры.

6. Индивидуальный расчет каждого пластинчатого теплообменника по оригинальной программе завода-изготовителя позволяет подобрать его конфигурацию в соответствии с гидравлическим и температурным режимами по обоим контурам.

7. Гибкость: в случае необходимости площадь поверхности теплообмена в пластинчатом теплообменнике может быть легко уменьшена или увеличена простым добавлением или извлечением пластин.

8. Двухступенчатая система горячего водоснабжения, реализованная в одном пластинчатом теплообменнике, позволяет значительно сэкономить на монтаже и уменьшить требуемые площади под индивидуальный тепловой пункт.

9. Конденсация водяного пара в пластинчатом теплообменнике снимает вопрос о специальном охладителе, т.к. температура конденсата может быть 50 С и ниже.

10. Меньше ограничений в работе: замерзание воды в пакете пластин не приводит к фактическому повреждению аппарата. После оттаивания пластинчатый теплообменник готов к эксплуатации, а кожухотрубный теплообменник получает повреждение трубок.

11. Устойчивость к вибрациям: пластинчатые теплообменники высокоустойчивы к наведенной двухплоскостной вибрации, которая может вызвать повреждения кожухотрубного теплообменника.

Рассмотрим сравнительную характеристику кожухотрубного и пластинчатого теплообменника (см. рис.14)

Добиться того, чтобы кожухотрубный теплообменный аппарат обладал комплексом преимуществ не уступающих, а даже и превосходящих пластинчатый теплообменник, удалось, соединив воедино целый ряд давно известных, но не реализуемых по технологическим причинам рекомендаций (а также - ряд новшеств): увеличением поверхности теплообмена (оребрением ее со стороны теплоносителя с меньшим коэффициентом теплоотдачи), у величениемкоэффициента теплоотдачирациональным подбором гидродинамики теплоносителя, плотно упакованные трубные пучки; особотонкостенные трубки уменьшенного диаметра, имеющие специальный профиль; неметаллические трубные решетки, изготавливаемые по специально отработанной технологии. Корпус аппарата также имеет ряд особенностей: особотонкостенные трубы, термическая разгруженность цепочки "корпус-трубный пучок" путем применения плавающих трубных решеток (обеспечивается разборность аппарата и снимаются ограничения по подаче холодной и горячей сред в любую полость), повышение надежности по показателю взаимопроникновения сред благодаря применению двойного уплотнения с сигнальными отверстиями, использование специальных направляющих перегородок. Как для теплопередающих трубок, так и для корпусов используются высоколегированные коррозионностойкие стали или титановые сплавы, что обеспечивает заданные показатели надежности при характерных для наших теплообменников повышенных скоростях движения сред.

Для проведения процесса пастеризации продукта спроектирован теплообменный кожухотрубній аппарат: кожух Æ360´5 мм, теплообменные трубы Æ30´2,5 мм, расположение труб в трубной решетке — по сторонам и вершинам квадратов (корридорное), количество труб n=12, количество ходов по трубному пространству z=4; площадь поверхности теплообмена F=2,43 м².

ВЫВОД

Данный курсовой проект представляет собой комплекс расчетно-графических работ, по конструированию, выбору кожухотрубного теплообменника и подбору вспомогательного оборудования к нему для проведения технологических процессов в мясной промышленности.

Спроектированный на основании расчетов и подборов четырехходовой кожухотрубный теплообменный аппарат позволяет проводить необходимые процессы с заданными параметрами.

В ходе проведения проектных и расчетных работ (конструктивный расчет, гидравлический расчет, расчет на прочность) выбраны конструктивные единицы, подтверждена механическая надежность, экономически-обоснованный выбор (материал труб, длина и т. д.), конструктивное совершенство аппарата. Эти факторы являются основными для высокопродуктивной, бесперебойной работы оборудования в промышленных условиях.

Список использованной литературы

1          ГОСТ 14249-89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. — Взамен ГОСТ 14249-89; Введ. 18.05.89. — М.: Гос. ком. СССР по стандартам, 1989. — 80 с., ил.

2          ГСТУ 3-17-191-2000. Посудини та апарати стальні зварні. Загальні технічні умови. — На заміну ОСТ 26-291-94; Введ. 16.02.2000. — К.: Державний комітет промислової політики України, 2000. — 301 с., іл.

3          ДНАОП 0.00-1.07-94. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. Введ. 01.03.1995. — К.: Государственный комитет Украины по надзору за охраной труда, 1994. — 200 с., ил.

4          Машины и аппараты химических производств: примеры и задачи. Учебное пособие для студентов втузов, обучающихся по специальности «Машины и аппараты химических производств» / И.В.Доманский, В.П.Исаков, Г.М.островский и др.; Под общ. ред. В.Н.Соколова. — Л.: Машиностроение, 1982.

5          Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Г.С.Борисов, В.П.Брыков, Ю.И.Дытнерский и др. Под ред. Ю.И.Дытнерского, 2-е изд., перераб. И дополн. — М.:Химия, 1991.

6          Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов / Под ред. П.Г.Романкова. — 9-е изд., перераб. и доп. — Л.: Химия, 1981.

7          Проектирование процессов и аппаратов пищевых производств / Под ред. В.Н. Стабникова. — К.: Вища школа, 1982.

8          Разработка конструкции химического аппарата иего графической мо дели. Методические указания. - Иваново, 2004.

9          Справочник по теплообменникам, М.Химия, 1982. 328 с.

10       Стабников В.Н., Лисянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. М.:Агропромиздат, 1985.

11       Теплофизические свойства газов, растворителей и растворов солей. Справочник /Сост. Е.М.Шадрина и др. Иваново. 2004.

12       Уплотнения подвижных соединений: Методические указания\Сост. Э.Э.Кольман-Иванов; МИХМ.- М., 1992. – 32 с.

13       – теплообменные аппараты.

14       – общие сведения о развальцовке труб.

15       – кожухотрубные теплообменники.

16       – сравнение кожухотрубного и пластинчатого теплообменников.

			Документация
А4		СНАУ 00.00.00 000 ПЗ	Пояснительная записка
А1		СНАУ 00.00.00 000 СБ	Сборочный чертеж
			Сборочные единицы
А4	1	СНАУ 00.00.01 000 СБ	Распределительная камера	1
А4	2	СНАУ 00.00.02 000 СБ	Крышка	1
А4	3	СНАУ 00.00.03 000 СБ	Пучок трубный	1
			Детали
А4	4	СНАУ 00.00.00 001	Пробка	1
А4	5	СНАУ 00.00.00 002	Прокладка
			Стандартные изделия
	6		Болт М12х45 ГОСТ 7798	12
	7		Болт М16х55 ГОСТ 7798	8
	8		Гайка М12 ГОСТ 5915	12
	9		Гайка М16 ГОСТ 5915	8
	10		Гайка М20 ГОСТ 5915	48
	11		Прокладка А-40-0,25 ГОСТ 15180	2
	12		Прокладка А-50-0,25 ГОСТ 15180	1
	13		Прокладка А-125-0,25 ГОСТ 15180	1
	14		Прокладка А-300-0,25 ГОСТ 15180	2
	15		Фланец II-40-0,25 ГОСТ 12821	2
	16		Фланец II-50-0,25 ГОСТ 12821	1
	17		Фланец II-125-0,25 ГОСТ 12821	1
	18		Шайба 12 ГОСТ 11371	12
	19		Шайба 16 ГОСТ 11371	8
	20		Шайба 20 ГОСТ 11371	48
	21		Шпилька М20´90 ГОСТ 22032	24
			Материалы
	22		Почва ГФ-021 ГОСТ 26129		кг
	23		Эмаль ПФ-115 серая ГОСТ 6465		кг

[1] Отношение термического сопротивления со стороны теплоносителя к общему термическому сопротивлению  R₁/R=0,6 и отношение термического сопротивления стенок (за счет материала стенок и загрязнений) к общему термическому сопротивлению R_ст/R=0,06 принимается соответственно [6].

[2] где d_ст – толщина стенки трубы, м; l_ст – коэффициент теплопроводности материала теплообменных труб (соответственно к [6]), .

[3] где x – коэффициент, который учитывает тепловые затраты в окружающую среду.

[4] где y₁ – коэффициент заполнения трубной решетки (y₁=0,6…0,8 для многоходовых по трубному пространству теплообменных аппаратов);

a – угол, который образуется центральными линиями трубных рядов с горизонталью (a=60…70⁰).

[5] где l – коэффициент гидравлического трения; x_м – коэффициент местного сопротивления.

[6] где D – абсолютная шероховатость поверхности труб (для чистых цельнотянутых медных труб D=0,0015…0,01 мм соответственно к [6]), мм.

[7] где x_i – коэффициенты местных сопротивлений (входящая и выходящая камеры x₁=1,5, вход в трубы и выход из них x₂=1, поворот на 1800 между ходами x₃=2,5 соответственно к [6]).

[8] где V – объемный расход продукта, м³/с; h- коэффициент полезного действия насоса.

[9] где s_р – расчетная толщина стенки обечайки, мм; с – сумма увеличений до расчетной толщины стенки, мм.

[10] где р – расчетное внутреннее избыточное давление, МПа; D – внутренний диаметр посудины, мм; [s] – допустимые напряжения для материала обечайки кожуха при расчетной температуре стенки, МПа; j_р=1,0 – коэффициент прочности продольного стыкового сваривательного шва (обечайка кожуха не имеет последнего благодаря выбору для её изготовления трубы).

[11] где с₁ – увеличение для компенсации коррозии и эрозии, мм; с₂ и с₃ – увеличение для компенсации минусового допуска и технологическое увеличение соответственно (согласно требований ГОСТ 14249-89 учитываются в случае, когда их суммарное значение превышает 5% номинальной толщины листа), мм.

[12] где П – коррозионная проницаемость материала, мм/год; t – срок службы аппарата, лет.

[13] где t – продолжительность рабочей смены, с; j – коэффициент заполнения емкости.