Сущность тепловых процессов в пищевом производстве сообщение
Обновлено: 30.06.2024
Основы тепловой обработки пищевых продуктов При тепловой обработке изменяются структурно-механические, физико-химические и органолептические свойства продукта, определяющие степень кулинарной готовности. Нагревание вызывает в продукте изменения белков, жиров, углеводов, витаминов и минеральных веществ. Основными приемами тепловой обработки пищевых продуктов являются варка и жаренье, применяемые как самостоятельные процессы, так и в различных комбинациях. Каждый из приемов имеет несколько разновидностей (варка в среде
пара, жарка во фритюре и т.д.). Для реализации этих приемов в тепловом оборудовании используют различные способы нагрева продуктов: поверхностный, объемный, комбинированный. При всех способах нагрева пищевых продуктов внешний теплообмен сопровождается массопереносом, в результате которого часть влаги продуктов переходит во внешнюю среду. При тепловой обработке продуктов в жидких средах вместе с влагой также теряется часть сухих веществ.
Практически все пищевые продукты являются капиллярно-пористыми телами, в капиллярах которых жидкость удерживается силами поверхностного натяжения. При нагревании продуктов эта жидкость начинает мигрировать (перемещаться) от нагретых слоев к более холодным. При жаренье продуктов влага из поверхностных слоев частично испаряется, а частично перемещается вглубь к более холодным участкам, что приводит к образованию сухой корочки, в которой происходит термический
распад органических веществ (при температуре более 100 °С). Чем быстрее нагревается поверхность, тем интенсивнее происходит перенос тепла и влаги и тем быстрее образуется поверхностная корочка. Поверхностный нагрев продукта осуществляется теплопроводностью и конвекцией при подводе теплоты к центру продукта через его наружную поверхность. При этом нагрев центральной части продукта и доведение его до кулинарной готовности происходят в основном
за счет теплопроводности. Интенсивность теплообмена зависит от геометрической формы, размеров и физических параметров обрабатываемого продукта, режима движения (продукта и среды), температуры и физических параметров греющей среды. Продолжительность процесса тепловой обработки при поверхностном нагреве обусловлена низкой теплопроводностью большинства пищевых продуктов. Объемный способ подвода тепла к обрабатываемому продукту реализуется в аппаратах с инфракрасным (ИК), сверхвысокочастотным (СВЧ), электроконтактным (ЭК) и индукционным
нагревом. Инфракрасное излучение преобразуется в объеме обрабатываемого продукта в теплоту без непосредственного контакта между источником ИК-энергии (генератором) и самим изделием. Носителями ИК-энергии являются электромагнитные колебания переменного электромагнитного поля, возникающие в продукте. Инфракрасная энергия в обрабатываемом продукте образуется при переходе электронов с одних энергетических уровней на другие, а также при колебательном и вращательном движениях атомов и молекул.
Переходы электронов, движение атомов и молекул происходят при любой температуре, но с ее повышением интенсивность ИК-излучения увеличивается. СВЧ-нагрев пищевых продуктов осуществляется за счет преобразования энергии переменного электромагнитного поля сверхвысокой частоты в тепловую энергию, генерируемую по всему объему продукта. СВЧ-поле способно проникать в обрабатываемый продукт на значительную глубину и осуществлять его объемный нагрев независимо от теплопроводности, т.е. применяться для продуктов с
различной влажностью. Высокая скорость и высокий коэффициент полезного действия нагрева делают его одним из самых эффективных способов доведения пищевых продуктов до кулинарной готовности. СВЧ-нагрев называют диэлектрическим из-за того, что большинство пищевых продуктов плохо проводят электрический ток (диэлектрики). Другие его названия — микроволновый, объемный — подчеркивают короткую длину волны электромагнитного поля и сущность тепловой обработки продукта, происходящей по всему объему.
Эффект разогрева пищевых продуктов в СВЧ-поле связан с их диэлектрическими свойствами, которые определяются поведением в таком поле связанных зарядов. Смещение связанных зарядов под действием внешнего электрического поля называется поляризацией. Наибольшие затраты энергии внешнего электрического поля связаны с дипольной поляризацией, которая возникает в результате воздействия электромагнитного поля на полярные молекулы, обладающие собственным ди-польным моментом. Примером полярной молекулы является молекула воды.
При отсутствии внешнего поля дипольные моменты молекул имеют произвольные направления. В электрическом поле на полярные молекулы действуют силы, стремящиеся повернуть их таким образом, чтобы дипольные моменты молекул совпадали. Поляризация диэлектрика состоит в том, что его диполи устанавливаются в направлении электрического поля. Электроконтактный нагрев обеспечивает быстрое повышение температуры продукта по всему объему до требуемой величины за 15—60 с за счет пропускания через него электрического
наплитной посуды, возникает при их помещении во внешнее переменное магнитное поле, создаваемое индуктором. Индуктор, установленный под настилом плиты, создает вихревые токи, замыкающиеся в объеме посуды. Продукт обрабатывают в специальной металлической наплитной посуде, которая нагревается практически мгновенно из-за направленного действия электромагнитного поля. При этом потери тепла в окружающую среду сведены до минимума, что сокращает затраты энергии на приготовление
блюда по сравнению с обычной электрической плитой на 40 %. В таких тепловых аппаратах настил плиты, как правило, изготовляется из керамических материалов и при тепловой обработке остается практически холодным. Комбинированные способы нагрева пищевых продуктов — это последовательный или параллельный нагрев продукции несколькими из известных способов с целью сокращения времени тепловой обработки, повышения качества конечного продукта и эффективности технологического процесса.
К тепловым процессам относятся такие технологические процессы, скорость которых определяется скоростью подвода или отвода теплоты:
-
,
- испарение (в том числе выпаривание), , и др.
В качестве теплоносителя в пищевой промышленности широко применяют насыщенный или перегретый водяной пар. В качестве промежуточных теплоносителей используют водяной пар, воду и высокотемпературные теплоносители (минеральные масла, органические жидкости, расплавленные соли, металлы и др.).
В холодильной технике в качестве теплоносителей используют хладоагенты: воздух, рассолы, аммиак, диоксид углерода, фреон и др.
Тепловая обработка продуктов осуществляется разными способами: погружением в жидкую среду, обработкой паровоздушной и пароводяной смесями, острым паром и др.
Нагревание насыщенным водяным паром. Важными достоинствами насыщенного водяного пара являются передача значительного количества теплоты при малом расходе пара и небольших поверхностях теплообмена, постоянство температуры конденсации при данном давлении и точное поддержание заданной температуры, доступность, пожаробезопасность, наличие относительно высокого теплового КПД.
Основной недостаток насыщенного водяного пара заключается в значительном возрастании давления при повышении температуры, что требует более прочной и дорогостоящей аппаратуры и подводящих коммуникаций. Обычно насыщенный водяной пар применяется при температуре +180…190 °С.
При дополнительном нагреве насыщенного пара на специальных установках – пароперегревателях получают перегретый пар, но он имеет незначительный коэффициент теплоотдачи. В качестве теплоносителя используют насыщенный водяной пар в виде глухого пара при осуществлении обогрева через теплопередающую стенку или острого пара при смешении пара и нагреваемого продукта.
Способ нагрева острым паром проще в сравнении с нагревом глухим паром и позволяет полнее использовать тепло пара из–за смешивания парового конденсата с нагреваемой жидкостью и выравнивания их температур. Пар подводится к нагреваемой жидкости с помощью труб с отверстиями, которые называются барботерами.
Тепловые процессы – это неотъемлемая часть в процессе производства пищевых продуктов. Диапазон используемой тепловой энергии в пищевом производстве очень велик. Например, нагрев, охлаждение, выпаривание, сушка, конденсация и многие другие биохимические процессы.
Движущие силы теплопередачи (теплового потока) является наличие разности температур – градиент температуры.
Тепло от одного тела к другому переносится механизмом передачи тепла по средствам теплопроводности, конвекции или излучения.
В пищевом производстве широко используют тепловые излучения. В общем, в инфракрасной области спектра с длинной волны от 1 до 40 мкм можно передавать достаточно большое количество теплоты, причем интенсивность излучения возрастает с повышением температуры (свыше 600˚С).В этом случае, в основном, теплообмен между взаимодействующими телами осуществляется по средствам лучистой энергии. При этом, тепловой (энергетический) баланс лучистого теплообмена:
; где
Q – общее количество тепла;
- поглощающая поверхность тела;
- отражающая поверхность тела;
- проходящий насквозь трубы.
Способность излучать тепловую энергию записывается законом: Т, где
5,7*
где
Степень черноты тела: ε ≈ 0,1…0,9.
Важное значение для лучшего теплообмена и лучепоглащающей способности сред при одной и той же температуры. Это является постоянной величиной для данного процесса:
;
Всего в теплообмене участвуют не менее двух сред. При этом принято обозначать среда или тепло называть его теплоносителем.
Горячий теплоноситель 1⟹FT
Холодный теплоноситель 2⟹XT
где
расход ГТ (
С – теплоемкость ГТ ;
;
В реальных процессах тепловой баланс будет следующим:
В реальном случае, особенно в современных аппаратах потеря тепла невелика 3…5%, поэтому потерями можно пренебречь.
Рассмотрим схему расчета теплопередачи через твердую стенку с накипью:
А)Через стенку теплопередача осуществляется по закону теплопроводности Фурье.
, где
- температура стенки со стороны ГТ;
–температура со стороны ХТ;
λ – коэффициент теплопроводности;
- толщина стенки.
Б) Теплопередача от горячего теплоносителя к стенке осуществляется по закону конвективного теплообмена, Ньютон.
- накипь, изоляционный слой;
–коэффициент конвективной теплоотдачи.
В) Теплоотдача через слой накипи, теплопередача протекает по закону теплопроводности:
Г) Теплопередача с поверхности накипи в направлении нагреваемой по закону конвективного теплообмена.
- Температура холодного теплоносителя.
§18 Процессы выпаривания в пищевом производстве.
Выпаривание- это процесс удаления растворителя из жидкого раствора( смеси) путем ее испарения при кипении. В результате получается более концентрированный раствор (более густой). Выпариванию подвергают самые различные вещества (соки, молоко, суспензии, эмульсии и получается сухой продукт).
Отметим, что при выпаривании растворитель уменьшается, а количество дисперсной фазы практически остается неизменным. В процессе выпаривания в качестве источника тепла обычно используют водяной пар и называют его греющим (первичным паром). Пар, образующийся в результате выпаривания растворителя из исходного раствора, называют вторичным паром. В зависимости от физико-химических свойств исходного раствора, технологические процессы выпаривания происходят в различных условиях (повышенное или пониженное давление, атмосферное давление или вакуум).
Основным параметром процесса выпаривания является рабочая температура. В ряде случаев при высоких температурах выпаривания некоторые вещества раствора могут разлагаться, что может привести к снижению качества получаемого продукта. Поэтому иногда приходится снижать рабочую температуру. А это возможно путем снижения рабочего давления в выпарном аппарате или в вакууме, при этом температура может снижаться до 60-65̊ С.
Кроме того, во-первых, идет снижение рабочей температуры, градиент температуры между первичным и вторичным паром возрастает. Это приводит к снижению площади нагрева выпарного аппарата, т.е. снизить энергетические затраты, во-вторых, можно существенно снизить температуру первичного пара (греющего).
Общее количество тепла для выпаривания:
Где m- масса выпариваемого растворителя;
r – скрытая теплота парообразования (испарения)
Причем расход тепла в значительной степени зависит от давления и температуры. С понижением давления парообразование возрастает. Расход энергии на выпаривание в вакууме будет больше. Вместе с тем невысокие термостабильность и термоустойчивость большинства пищевых растворов требуют ограниченную допустимую температуру кипения для данного раствора.
А вот в процессе выпаривания под избыточным давлением повышается температура кипения, что сопряжено с дополнительными трудностями. Поэтому используется редко в случае выпаривания термостойких компонентов.
Процессы выпаривания разделяют на простые и сложные. Простые реализуют в однокорпусных аппаратах, а сложные в многокорпусных.
А) материальный баланс:
- количество концентрированного раствора после выпаривания (
- начальное количество исходного раствора;
U – количество выпарного растворителя (выпарной пар).
Если количество сухого компонента в процессе не изменяется, то можно записать:
- начальная концентрация раствора.
Б) уравнение теплового баланса:
- количество, теплоемкость и начальная температура исходного раствора.
- количество расходуемого на выпаривание градиента пара
- удельная энтальпия первичного конденсата и вторичного пара
- потеря тепла в окружающую среду
После некоторых допущений и упрощений можно вычислить количество расходуемого первичного пара:
I- греющий пар расходуется на нагрев исходного раствора на образование
II- на образование вторичного пара
III- на потери в окружающую среду
Из уравнения теплового баланса можно определить количество выпарного растворителя:
Понятие теплообменников, их схемы и назначение. Описание теплообменных процессов и операций. Элементы, принимающие участие в теплообмене. Структура кожухотрубных теплообменников, их проектирование. Расчёт тепловой изоляции, толщины стенок трубных решёток.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 23.04.2012 |
| Размер файла | 25,0 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
I. Теоретическая часть
1.1 Обзор теплообменных аппаратов
1.2 Кожухотрубные теплообменники
1.3 Описание технологического процесса
2.1 Тепловой расчет
2.2 Конструктивный расчет
2.3 Гидравлический расчет
2.4 Расчет тепловой изоляции
2.5 Механический расчет
Любой технологический процесс, несмотря на различие методов, представляет собой ряд взаимосвязанных типовых технологических стадий, протекающих в аппаратуре определенного класса. Однако высокие требования к качеству продукции, эффективности производства, снижению его энерго- и материалоемкости, охране окружающей среды определяли специфику, отличающую эти технологические стадии получения пищевых продуктов и аппаратурно-технологическое оформление от подобных процессов в других отраслях народного хозяйства.
Процессы в пищевой технологии в большинстве своем сложны и зачастую представляют собой сочетание гидродинамических, тепловых, массообменных, биохимических и механических процессов.
Технологический процесс в пищевой технологии необходимо анализировать, рассчитать его, определить оптимальные параметры, разработать и рассчитать аппаратуру для его проведения. В нем изучаются закономерности масштабного перехода от лабораторных процессов и аппаратов к промышленным. Знание этих закономерностей необходимо для проектирования и создания современных многоэтажных промышленных процессов пищевой технологии.
Теплоиспользующие аппараты, применяемые в пищевых производствах для проведения теплоообменных процессов, называются теплообменниками. Теплообменники характеризуются разнообразием конструкций, которое объясняется различным назначением аппаратов и условиями проведения процессов.[3]
I. Теоретическая часть
1.1 Теплообменные процессы
Теплообмен - самопроизвольный, необратимый процесс переноса теплоты от более нагретых тел (или участков тел) к менее нагретым.
Теплота (количество теплоты) - энергетическая характеристика процесса теплообмена, которая определяется количеством энергии, отдаваемой или получаемой в процессе теплообмена.
Теплообменные процессы - это процессы, связанные с переносом теплоты от более нагретых тел к менее нагретым. К ним относятся процессы нагревания, пастеризации, стерилизации, охлаждения, конденсации, выпаривания и т. п. Скорость тепловых процессов определяется законами теплопередачи.
В процессах теплопередачи участвует не менее двух сред (веществ) с различными температурами. Среда с более высокой температурой, отдающая при теплообмене теплоту, называется горячим теплоносителем, среда с более низкой температурой, воспринимающая теплоту, называется 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.
К теплообменным относят такие технологические процессы, скорость которых определятся скоростью подвода или отвода теплоты: нагревание, испарение (в том числе выпаривание), охлаждение, конденсация.
1.2 Кожухотрубные теплообменники
Многотрубный теплообменник представляет собой пучок трубок помещенных в цилиндрической камере (кожухе); таким образом, внутренность камеры является межтрубным пространством. Трубки вальцованы в трубные решетки, ограничивающие камеру с обеих сторон. К трубным решеткам крепятся распределительные коробки с патрубками для выпуска рабочей жидкости Ж2, протекающей внутри трубок. Камера снабжена так же патрубками для подвода и отвода второго рабочего тела Ж1. Патрубки, показанные на экскизе сплошными линиями (Ж1), применяются при теплообмене между жидкими средами; при паровом обогреве используются патрубки (для пара П, конденсата К и не конденсирующихся газов Г), показанные пунктиром.
Трубки латунные, медные или стальные применяются диаметром от 10 мм и выше; трубки имеют большие диаметры при вязких или загрязненных жидкостях.
Для помещения в кожухе большей поверхности теплообмена и получения большого коэффициента теплоотдачи выгоднее применять трубки меньшего диаметра.
При поступлении пара в камеру возможна вибрация и поломка тонких трубок. Во избежание этого против парового патрубка устанавливают кольцо, защищающее трубки. Для прохода пара в нем делают отверстия.
Кожух теплообменника обычно стальной, цилиндрический. Распределительные коробки имеют различную конструкцию. Для приема, хранения и выдачи жидких и газообразных сред.
Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, а каждое из них может быть разделено перегородками на несколько ходов. Перегородки предназначены для увеличения скорости и, следовательно, коэффициента теплоотдачи теплоносителей. Применяются типовые конструкции кожухотрубчатых теплообменников.
В кожухотрубчатых теплообменниках проходное сечение межтрубного пространства в 2-3 раза больше проходного сечения внутри труб. Поэтому при одинаковых расходах теплоносителей, имеющих одинаковое агрегатное состояние, скорости теплоносителя в межтрубном пространстве более низкие и коэффициенты теплоотдачи на поверхности межтрубного пространства невысокие, что снижает коэффициент теплопередачи в аппарате. Теплопередающая поверхность аппаратов может составлять от нескольких сотен квадратных сантиметров до нескольких тысяч квадратных метров.
Корпус (кожух) кожухотрубчатого теплообменника представляет собой цилиндр, сваренный из одного или нескольких стальных листов. Кожухи различаются главным образом способом соединения с трубной решеткой и крышками. К цилиндрическим кромкам кожуха привариваются фланцы для соединения с крышками или днищами. На наружной поверхности кожуха привариваются патрубки и опоры аппарата.
Трубки кожухотрубчатых аппаратов изготовляют прямыми или изогнутыми (U-образными) диаметром от 12 до 57 мм. Материал трубок выбирается в зависимости от среды, омывающей ее поверхность. Применяются трубки из стали, латуни и из специальных сплавов. Крышки кожухотрубчатых аппаратов имеют форму плоских плит, конусов, сфер, а чаще всего выпуклых или вогнутых эллипсов. [7]
1.3 Описание технологической операции
Достоинствами способа являются простота конструкции установок, их обслуживания и регулирования параметров технологического процесса, небольшие размеры установок, незначительная энергоемкость и потребление пара, больший выход рыбной муки по сравнению с другими способами и возможность получения цельной рыбной муки.
Прессово-сушильный способ наиболее распространен при производстве кормовой рыбной муки. Он не имеет недостатков, характерных для прямой сушки, а при использовании подпрессовых бульонов обеспечивает достаточно высокий выход рыбной муки с повышенным содержанием протеина.
Сушенку измельчают и охлаждают до температуры 30єС в шнековом охладителе. Далее охлажденная мука проходит через вибросито с электромагнитом для окончательного просеивания и отделения металлопримесей, после чего направляется на упаковывание.
Оставшуюся после прессования разваренной массы жидкую часть (подпрессовый бульон) направляют на отделение крупных плотных частиц, которые смешивают с жомом и направляют в сушилку. Жир отделяют в процессе сепарирования и собирают в танки для хранения, а обезжиренный бульон нагревают и подают в выпарной аппарат.
Обезжиренный бульон подают насосом в теплообменник и испаритель. Упаривание производят до содержания сухих веществ 40-50%. После удаления части воды концентрированный бульон подают в нижнюю часть нагревательного корпуса и смешивают с жомом. Состав рыбной муки, жома и бульона зависит от химического состава сырья, регламента технологического процесса, конструкции машин и аппаратов, входящих в состав установки, и т. п.
Достоинствами прессово-сушильного способа являются достаточно простое оборудование, более высокая степень снижения содержания воды в массе перед сушкой, возможность переработки сырья различного химического состава.
К недостаткам можно отнести сложность режимов обработки сырья, трудности при переработке особо жирного сырья, более высокие энергетические затраты из-за необходимости применения вакуум-выпарных установок, невозможность обработки всего объема подпрессовых бульонов.
Спроектировать кожухотрубный теплообменник для нагревания G, кг/с, продукта от начальной температуры tбн до конечной tбк теплоносителем с начальной температурой tкдн и конечной температурой tкдк.
Исходные данные для расчета:
Производительность G1 = 1,35 кг/с
Начальная температура бульона tбн = 15єC
Конечная температура бульона tбк = tбкип
Давление водяного пара Р = 3,6 ата
Тип аппарата Горизонтальный
Теплоноситель Конденсат водяного пара
2.1 Тепловой расчет
1. Определяем среднюю температуру продукта (бульона) в подогревателе:
tм = (25+98)/2 = 61,5 °С.
2. Из таблицы определяются физические свойства бульона при tм:
3. По таблице по давлению водяного пара Р определяем характеристики насыщенного пара:
энтальпия пара Я?= 2663,64 кДж/кг,
теплота парообразования r = 2274,27 кДж/кг.
4. Количество тепла, необходимое для подогрева продукта (бульона) до заданной температуры, т. е. до 98°С:
Q = G*cр*(tк2 - tн2)цn, кВт,
где цn - поправочный коэффициент, цn = 1,03-1,05.
5. Средний логарифмический напор, создаваемый в теплообменнике между горячим и холодным теплоносителями рассчитывается:
Дtср = (Дtб - Дtм)/2,3lg (Дtб/Дtм),
где Дtб = t2н - t1н = 25-10 = 15°С, Дtм = t2к - t1н = 98 - 88 = 10°С.
Дtср = (15 - 10)/2,3 lg(15/10) = 12,5 ? 13°С.
6. Задаем скорость движения продукта в трубах при условии, что скорость движения в трубах лежит в пределах щ = (0,6-1,5), м/с:
7. Задаем наружный и внутренний диаметры трубок, учитывая, что внутри трубок протекает продукт, а снаружи трубки омываются паром:
dн = 25 мм, толщина трубки dвн = 2 мм.
8. Определяем необходимое количество трубок для обеспечения данной скорости продукта в одном ходу:
n? = 1,27*1,39 / (0,02)2 *1*1322 = 1,7653/0,52 = 3,9
Значение n? округляем до целого десятка n = 10 трубок.
9. Уточняем скорость движения продукта по трубам по округленному числу n:
щ = 3600*G/2825* dвн2 * с, м/с,
щ = 3600*1,39 / 2825*(0,02)2 *1322= 5004/= 3,3 м/с.
10. Определяем значение коэффициента теплоотдачи бульона б2:
Нu = 0,0225*Re0,8 * Pr0,4,
Re = 3,3*0,02/0,84•10-4= 786 Re
л = 0,11*(0,0008+68/786)0,25 = 0,06
ДС = (л*l/dэ + Уо)*сщ2/2,
где Уо - суммарный коэффициент местных сопротивлений,
Уо = 0,2+1,0+1,0+1,0+1,5 = 4,7.
ДС = (0,06*1,6/0,025 + 4,7)*1322*3,32/2 = 61,47 кПа,
ДСг = 1322*9,81*1,6 = 12,97 кПа.
ДСобщ = 61,47 + 276,4 + 12,97 = 350,84 кПа = 350840 Па.
3. Мощность, затрачиваемая на перемещение продукта, или мощность на валу насоса:
где з - КПД насоса, примем з = 0,6.
Nн = 1,39*350840/1322*0,6 = 61,48 Вт = 0,06148 кВт.
4. Мощность электродвигателя, кВт:
Nдв = Nн*10-3 * здв*зп,
где здв - КПД двигателя,
зп - КПД передачи от двигателя к насосу, пусть зп = 0,8.
Nдв = 61,48 *10-3/0,8*0,6 = 0,13 кВт.
На основе проведенных расчетов подбираем консольный насос марки ХМ2/25 n = 2900 об/мин и электродвигатель для него тип 4А71В2 мощностью 1,1 кВт.
2.4 Расчет тепловой изоляции
Любое нагретое тело теряет тепло в окружающую среду, что существенно увеличивает затраты на данный процесс. Для снижения этих затрат и соблюдения требований техники безопасности используют тепловую изоляцию.
Температура на поверхности изоляции из условий безопасности работы
Температура окружающей среды:
Толщина тепловой изоляции:
диз = лиз*( tиз -tст1) / б0*( tиз - t0),
диз = 0,082*(45-25) / 11,49*(45-20) = 1,64/287,25 = 0,006 м = 6 мм.
Примем в качестве теплоизоляционного материала пеностекло (предельная температура использования 300°С):
лиз = 0,082 Вт/(м2*К).
Так как термическое сопротивление теплоотдачи от горячего теплоносителя изолируемой поверхности, а также термическое сопротивление этой поверхности очень малы по сравнению с термическим сопротивлением изоляции, то удельный тепловой поток можно рассчитать:
где б0 - суммарный коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности аппарата к воздуху, Вт/(м2*К),
б0 = 9,74 + 0,07*( tиз - t0) = 9,74 + 0,07*(45-20) = 11,49 Вт/(м2*К),
q = 11,49*(45-20) = 287,25 Вт/м2.
2.5 Механический расчет
Корпус теплообменного аппарата выполняется сварным, из листовой стали 20К. Тогда допускаемое напряжение в зависимости от температуры стенки выбираем [у]* = 139 Мпа.
Расчет толщины стенок на внутренне давление:
Толщина стенки при расчете на внутреннее давление проверяется по формуле:
где д - толщина стенки корпуса, м;
Р - внутреннее избыточное давление в корпусе, МПа;
D - внутренний диаметр корпуса, м;
[у]доп - допускаемое напряжение,
МПа, [у]доп = [у]*з = 139*0,9 = 125,1 МПа,
з - коэффициент, учитывающий конструкцию и условия работы аппарата, з = 0,9 для сосудов, обогреваемых топочными газами [4];
ц - коэффициент прочности сварного шва, для односторонней сварки
С - поправка на коррозию, овальность и т. д., С = 0,001 м. [4]
Внутреннее избыточное давление, которое допускается:
д = 3,92*0,4/2*125,1*0,65 + 0,001 = 0,462/162,63 + 0,001 = 0,0096 м = 9,6 мм.
Расчет толщины стенок на наружное давление:
Толщина стенок на наружное давление при разрежении в аппарате:
где Рн - наружное избыточное давление, МПа;
Dн - наружный диаметр цилиндра, м;
[у]с - допускаемое напряжение на сжатие, МПа, [у]с = [у]доп = 125,1 МПа;
С - конструктивная прибавка, С = 0,001 м. [4].
д = 3,92*0,025/2*125,1*0,65 + 0,001= 0,0006 м = 0,6 мм.
Расчет толщины трубных решеток:
Толщина трубных решеток выбирается в зависимости от диаметра размещенных в ней труб. Шаг между соседними трубами должен быть не меньше t = 4,8dн = 4,8*0,035 = 0,168, тогда толщина трубной решетки при заданном шаге:
Др = 0,168 / (0,168 - 0,035) = 0,168/0,133 = 1,26 мм.
Расчет толщины крышек:
Форма крышек и днищ в теплообменных аппаратах бывает различной (сферической, эллиптической, конической или плоской).
Номинальная толщина стенки эллиптического днища:
д = Р*Dн*К*/2[у]допц + С,
где К - фактор формы днища, К = 1,10, [4], табл. 5,8 с.124
д = 3,92*0,025*1,1/2*125,1*0,65 + 0,001 = 1,7 мм.
Список использованной литературы
1. Солнцев В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств химической технологии: Учебно-методическое пособие. - Владивосток: Изд-во ТГЭУ, 2006. - 100с.
2. Гинзбург А.С., Громов М.А, Красовская Г.И. Теплофизические характеристики пищевых продуктов: Справочник. - М.: Пищ. пром-сть, 1980. - 286с.
3. Кавецкий Г.Д., Васильев Б.В. Процессы и аппараты пищевой технологии. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1999. - 551 с.
4. Лунин О.Г., Вельтищев В.Н. Теплообменные аппараты пищевых производств. - М.: Агропромиздат, 1987. - 239с.
5. Чубик И.А., Маслов А.М. Справочник по теплофизическим константам пищевых продуктов и полуфабрикатов. - М.: Пищевая промышленность, 1965. - 184 с.
6. Угрюмова С.Д. Теплотехника: Учебник. Владивосток: Издательство ДВГАЭУ,1999. - 296с.
7. Теплообменники [Электронный ресурс]
8. Погонец В.И. Новое оборудование для сушки морепродуктов и основы его расчета. Владивосток: Дальрыбвтуз, 1996. 107 с.
9. Горбатюк В.И. Процессы и аппараты пищевых производств. М.; Колос, 2000. 335 с.
Подобные документы
Тепловой и конструктивный расчет отопительного пароводяного подогревателя горизонтального типа и секционного водоводяного подогревателя; определение температурных множителей, коэффициентов теплоотдачи, гидравлических потерь; выбор теплообменников.
практическая работа [11,0 M], добавлен 21.11.2010
Анализ возможных схем теплообменников, учёт их конструктивных особенностей. Конструкции трубчатых, пластинчатых и спиральных аппаратов поверхностного типа. Выбор конструктивной схемы прибора. Тепловой расчёт конструкция графитового теплообменника.
курсовая работа [639,4 K], добавлен 11.08.2014
Использование теплообменников в технологических процессах на предприятиях пищевой промышленности. Определение диаметров штуцеров. Конструктивный расчет теплообменника. Расчет фланцевых соединений. Определение общего количества трубок в теплообменнике.
курсовая работа [729,5 K], добавлен 28.09.2009
Конструкция и назначение теплообменников. Технология проведения текущего и капитального ремонта и технического обслуживания устройства для обеспечения его нормальной работы. Способ восстановления трубчатого теплообменника, собранного с применением пайки.
отчет по практике [153,0 K], добавлен 13.03.2015
Расчет и подбор кипятильник ректификационной установки и его тепловой изоляции. Особенности процесса ректификации, описание его технологической схемы. Схема конструкции аппарата. Выбор оптимального испарителя, расчет толщины его тепловой изоляции.
курсовая работа [409,8 K], добавлен 04.01.2014
Общие сведения о теплообменных аппаратах: их конструктивное оформление, характер протекающих в них процессов. Классификация теплообменников по назначению, схеме движения носителей, периодичности действия. Конструкции основных поверхностных аппаратов.
реферат [3,5 M], добавлен 15.10.2011
Теплообменный аппарат как устройство, в котором осуществляется процесс передачи тепла от одного теплоносителя (рабочей среды) к другому. Повышение интенсивности теплообмена в многоходовых теплообменниках. Область применения кожухотрубных теплообменников.
Читайте также: