Разработка теплообменника для производства сливок

Разность между рабочей температурой окружающей среды ?t_T = 80°C,а между рабочей температурой корпуса и температурой окружающей среды ?t_K = 40°C. Термический коэффициент линейного расширения б=11,4•10^-6 (1/°C).

Осевая сила в трубах (корпусе) от разности температур

Суммарное усилие в трубах и корпусе

Знак минус в первом случае введен из-за сжатия труб при термической деформации.

Проверяю прочность крепления труб в трубчатой решетке

Этот результат меньше допускаемого и, следовательно, удовлетворяет условиям работы аппарата при креплении труб в трубчатой решетке с помощью развальцовки.

Напряжение в трубках и корпусе

Напряжение находится в допустимых пределах.

Углы наклона диагонали шестиугольника к вертикали и горизонтали

4.3 Расчет фланцевых соединений

Фланцевым соединением (рис. 4.3.1) называется особый вид разъемных соединений, состоящий из двух фланцев, болтов и прокладок, которые устанавливаются между фланцами и обеспечивают необходимую герметичность и прочность конструкции при относительно небольшом усилии затяжки болтов. Конструкция фланцев наиболее используемых в пищевой промышленности применяется двух типов (рис. 4.3.2):

Рисунок 4.3.1 Фланцевое соединение: 1- фланцы; 2- болт; 3- прокладка

Рисунок 4.3.2 Типы фланцев: а- плоский приварной; б- приварной встык

- плоские приварные фланцы, представляющие собой плоские кольца, приваренные к трубе по ее периметру. Применяются при давлении от 0,3 до 1,6 Мпа и температуре 300;

- фланцы, приваренные встык, имеющие конические втулки-шейки, которые привариваются стыковым швом к патрубку. Этот тип фланцев применяется в конструкциях с давлением от 1,0 до 16,0 МПа.

Уплотнительные поверхности фланцевых соединений могут быть следующих типов (рис.4.3.3):

Рисунок 4.3.3 Типы уплотнительных поверхностей фланцевых соединений: а- гладкая уплотнительная поверхность; б- «выступ-впадина»; в- «шип-паз»; г- под металлическую прокладку

- плоская уплотнительная поверхность (применяется при внутреннем давлении до 0,6 МПа);

- «выступ-впадина» используется при внутреннем давлении р=0,6…1,6 МПа;

- «шип-паз» рекомендуется при р=1,6….6,4 МПа;

- уплотнительная поверхность под металлическую прокладку (применяется при р=6,4…16 МПа).

В качестве прокладок применяют металлы (свинец, медь, алюминий, никель), полимеры (фторопласт, полиэтилен, асбест,паронит, полихлорвинил), резину, бумагу, картон, кожу, комбинированные прокладки. Они должны сохранять герметичность соединения при упругих перемещениях элементов фланцевого соединения; заполнять все микронеровности уплотняющих поверхностей при сжатии их; обеспечивать долговечность и надежность соединения при ее длительной эксплуатации в условиях воздействия коррозионных сред, высоких и низких температур.

Исходные данные:

- давление в аппарате - МПа;

- толщина стенки аппарата - мм;

- внутренний диаметр фланца - 620 мм.

Выбираем по исходным данным диаметр болтов d_болта = 20 мм.

Внешний диаметр фланца

Диаметр болтовой окружности

Наружный диаметр привалочной поверхности

Из этих данных находим геометрическую ширину прокладки:

b = 0,5 ? (640 ? 620) = 10 мм.

Принимаем привалочные поверхности плоскими, тогда ширина прокладки

а) приведенная bґ = 0,5?b = 0,5·10 = 5 мм.

б) эффективная

Расчетный диаметр прокладки

В качестве прокладочного материала выбираем пеньку, для которой коэффициент удельного давления и посадочное напряжение МПа [1].

Нагрузка на болты от давления будет равна:

где - условное (или рабочее) давление;

- расчетный диаметр прокладки;

- коэффициент давления на прокладку.

Нагрузка на болты от затяжки:

где - посадочное напряжение прокладки.

Болты будем изготавливать из стали 10. При значении предела прочности болтов, равного примерно 300 МПа [1], допускаемое напряжение при растяжении будет равно

Допускаемая нагрузка на один болт:

Н,



где - внутренний диаметр резьбы болта или шпильки, м;

- конструктивная прибавка от 1 до 2 мм;

- допускаемое напряжение при растяжении, Па.

Количество болтов из условия прочности

где - наибольшая нагрузка на болт;

- допускаемая нагрузка на один болт.

Количество болтов из условия герметичности и сжатия прокладки

Принимаем количество болтов, равное 28.

Фланцы изготовляем из стали Х18Н10Т, для которой можно принять МПа. Тогда толщина фланца будет равна:

где - диаметр окружности расположения центров болтов;

- окончательно принятое число болтов;

- диаметр отверстия под болт;

- допускаемое напряжение при изгибе фланца (принимаем меньше в 5-6 раз).

Толщину фланца окончательно принимаем равной 18 мм.

4.4 Расчет опор аппарата

Опоры служат для установки на фундаменты и несущие конструкции. Только простые резервуары не имеют опор и устанавливаются непосредственно на фундамент.

Размеры и форма опор зависят в основном от величины и характера нагрузок, от материала, из которого сделан аппарат, массы аппарата, а также от расположения аппарата в пространстве. Если аппарат подвержен сотрясениям и динамическим усилиям, то его опоры делаются массивными.

Опоры вертикальных аппаратов обычно свариваются из кусков листовой стали (рисунок 4.4.1). Такая конструкция наиболее распространена. Для того чтобы распределить реактивное усилие на большую площадь стенки сосуда и избегнуть ее смятия, между опорой и стенкой больших или тонкостенных аппаратов помещают (приваривают) металлическую прокладку.

Рисунок 4.4.1 Опора вертикального аппарата: 1 - основание; 2 - ребро



Количество опор на вертикальных аппаратах берут от двух до четырех, количество ребер, ввариваемых в каждую опору, зависит от нагрузки, приходящейся на опору.

Аппарат выполнен из стали Х18Н10Т. Диаметр аппарата D = 0,63 м; толщина стенки аппарата s = 5 мм; длина аппарата l = 0,9 м.

Рассчитываем опоры аппарата при условии установки его на бетонный фундамент. Определяем массу аппарата:

Принимаем

Поверхность опор можно найти по формуле:

.

где - максимальный вес аппарат во время испытания, когда аппарат и вся его аппаратура заполнены водой, Н;

- допускаемое напряжение для фундамента, Па.

Принимаем количество опор 2. тогда нагрузка на одну опору будет равна:

Н.

Опоры будут изготовлять из стали Х18Н10Т, для которой при заданных условиях работы аппарата допускаемое напряжение на сжатие можно принять равным допускаемому напряжению на растяжение, т. е. 145 МПа.

Пусть каждая опора будет изготовлена с одним ребром (). Принимая отношение вылета опоры к ее ширине а:с=0,8, получим а=70 мм; с=90 мм. Вылет опоры А=90 мм.

Рисунок 4.4.2 График зависимости коэффициента гибкости от гибкости ребра опоры

Примем коэффициент . Тогда толщина ребра равна:

м.

где - коэффициент, зависящий от гибкости ребра по его гипотенузе;

- число ребер в каждой опоре;

- допускаемое напряжение при сжатии, Па;

- вылет опоры, м.

Гибкость ребер:

По графику (рисунок 4.4.2) коэффициент будет больше принятого. Расчёт окончен.

Принимаем толщину ребра д=5 мм.

Проверяем фланговые швы на срез:

где - размер катета сварного шва, м;

- общая длина швов, м;

- допускаемое напряжение материала шва (80 МПа).

Условие выполнено.

5. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

Основные требования техники безопасности при эксплуатации технологического оборудования сводятся к следующему. Каждая находящаяся в работе машина, аппарат или устройство должны находиться в исправном состоянии, иметь необходимые ограждения движущихся частей, блокировки, предохранительные устройства, заземления, контрольно-измерительные приборы и средства сигнализации.

Перед эксплуатацией новой машины, аппарата или устройства на действующем предприятии, в цехе новое оборудование должно быть принято комиссией. При вводе в эксплуатацию нового или реконструируемого предприятия, цеха, участка Государственная комиссия (в состав комиссии входят представители заказчика и подрядной организации, осуществившей строительство предприятия, представители проектной организации и организации, проводившей пусконаладочные работы, представители санитарной инспекции и технической инспекции профсоюза, бассейновая инспекция, пожарная охрана) обязана проверить условия безопасной эксплуатации каждой машины, аппарата, устройства.

Машины, аппараты или устройства устанавливают с учетом необходимых проходов для обслуживания и ремонта, минимальных расстояний между выступающими частями оборудования в местах, где не предусмотрено движение людей (0.5 м). Минимальное расстояние между выступающими частями оборудования с учетом одностороннего прохода составляет 0,8 м. Расстояние от верха оборудования до низа балок потолочного перекрытия должно быть не менее 0,5 м. Исключение составляет оборудование для тепловой обработки. Здесь расстояние в зависимости от вида оборудования должно быть больше.

Ширина лестниц для обслуживания оборудования с площадок должна быть равна 0,8 м, а уклон лестниц -- не более 45°.

Машины или аппараты можно устанавливать в непосредственной близости от стен помещения только в тех случаях, если сторона машины или аппарата, обращенная к стене, не имеет движущихся частей и если в промежутке между стеной и аппаратом не выполняют производственные или ремонтные работы. Пусковые приборы машин и аппаратов должны быть в кнопочном исполнении. Их располагают непосредственно у управляемого аппарата на высоте, удобной для обслуживания.

Для предотвращения несчастных случаев (падение, ушибы) необходимо обеспечивать надлежащее состояние полов. Они должны иметь ровную поверхность, пролитые жидкости необходимо немедленно удалять. Производственные помещения должны быть равномерно освещены (в соответствии с нормативами). Освещенность контрольно-измерительных приборов увеличивают с помощью дополнительных светильников. Напряжение в электрической сети мастного освещения не должно превышать 12 или 36 В (в зависимости от степени опасности поражения).

На рабочих местах должны быть вывешены инструкции по технике безопасности и производственной санитарии при обслуживании каждого вида оборудования.

Одним из важных условий безопасной эксплуатации оборудования является строгое соблюдение трудовой и технологической дисциплины. Запрещено работать на неисправном оборудовании, оставлять работающую машину или аппарат без надзора, перепоручать надзор лицу, не имеющему на это прав, производить ремонт оборудования во время его работы.

Мойка емкостей, тары, оборудования и трубопроводов

Тщательная мойка и дезинфекция емкостей, тары, оборудования и молокопроводов -- необходимое условие производства молока и молочных продуктов. Чтобы удалить остатки молока и молочных продуктов, применяют различные моющие растворы и горячую воду, обращение с которыми требует соблюдения правил техники безопасности.

При изготовлении моющих растворов нельзя работать без таких защитных средств, как предохранительные очки, резиновые перчатки и сапоги, прорезиненный фартук. Рабочие, занятые мойкой оборудования, должны быть обучены правилам обращения с агрессивными веществами и оказанию первой помощи. Шланги горячей воды и пара надежно закрепляют хомутами для предотвращения срыва со штуцера или в местах соединения (особую опасность представляют случаи перегиба шланга).

В настоящее время на предприятиях молочной промышленности применяют специальные устройства для мойки и тепловой обработки фляг, трубопроводов и емкостей. Получил широкое распространение метод централизованной циркуляционной безразборной мойки технологического оборудования с применением приспособлений, позволяющих использовать для очистки поверхностей оборудования поток струй моющей жидкости.

При эксплуатации установки для мойки и стерилизации труб и молочной арматуры необходимым условием безопасности работы является исправность зажимных болтов, наличие исправных манометров и предохранительного клапана предотвращает возможность превышения давления пара выше допустимого.

В случае необходимости мойки или доочистки емкостей (автомолцистерн, танков) вручную необходимо принять меры, предупреждающие случайную подачу моющей жидкости в моющее устройство, а также исключить возможность включения электродвигателя мешалки. При этом в емкости необходимо пользоваться электрическим освещением напряжением не более 12 В.

Тепловая обработка молока и молочных продуктов

Молоко, поступающее на молочные предприятия, подвергают обработке -- пастеризации или стерилизации.

При пастеризации молоко, сливки в зависимости от технологического процесса нагревают до температуры 02--100°С, а при стерилизации -- более 100°С.

В настоящее время для пастеризации молока и жидких молочных продуктов используют несколько типов пастеризационных установок. Широкое применение получили пластинчатые пастеризационно-охладительные и трубчатые теплообменники, при обслуживании которых возможны ожоги о горячие поверхности, а также ожоги нагретым продуктом или теплоносителем (горячая вода, пар) в случае ослабления или износа уплотнительных прокладок

Трубчатые пастеризаторы. Они предназначены для тепловой обработки молока и жидких молочных продуктов. Установка включает верхние трубчатые нагреваемые паром и нижние охлаждаемые водой цилиндры с ввальцованными в днище пучками труб, внутри которых проходит молоко, а снаружи в верхних цилиндрах пар и в нижних холодная вода.

Трубчатая пастеризационная установка оснащена клапаном для возврата недопастеризованного молока, насосами для молока, термометром ТС-100, регулятором подачи пара РПД, предохранительным клапаном, манометром, трубопроводами с арматурой. Перед началом работы трубчатой пастеризационной установки необходимо проверить наличие и состояние резиновых уплотнений крышек, исправность охладительных устройств, наличие пломбы на манометре и красной черты на его циферблате.

Готовить пастеризатор к работе следует в соответствии с, требованиями инструкции по его эксплуатации.

После промывки аппарата водой необходимо пустить молоко на циркуляцию при ручном режиме до достижения необходимой температуры пастеризации, после чего переключают поток пастеризованного молока с циркуляции на прямое направление в емкость или на автоматический режим.

Аппаратчик должен следить по манометру за давлением пара в паровой рубашке (не должно превышать 0,5 кгс/см²). Пар в рубашку следует пускать при наличии циркуляция по, трубам продукта. Конденсат не должен накапливаться в паровой рубашке. Уровень жидкости в баке (ванне, танке), подаваемой в пастеризатор, должен быть на 30 см выше уровня, на котором расположен спускной кран.

При вынужденной остановке аппарата немедленно перекрывают подачу пара в паровую рубашку, отключают насосы для горячей, холодной воды и молока.

После окончания работы пастеризатора остатки молока в аппарате и молокопроводах вытесняются водой.

Мойку и чистку трубчатых аппаратов производят в соответствии с требованиями инструкции по их эксплуатации.

В сепараторных отделениях, там, где отсутствует пароснабжение, для тепловой обработки молока применяют водогрейные коробки, представляющие определенную опасность. Они должны иметь крышки, предохраняющие от воздействия горячей воды, находящейся в водогрейной коробке. Незаполненные гнезда коробки необходимо закрывать прочными, плотно прилегающими крышками. Становиться, садиться или облокачиваться на крышку запрещается

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения проекта произведен обзор конструкций теплообменных аппаратов. Рассмотрены различные их виды, а также конструкции и принцип действия.

По заданным исходным данным произведён расчет теплообменника пропускной способностью 10,8 дм³/с, корпуса и фланцевых соединений.

Отдельный раздел посвящен требованиям техники безопасности.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Ф.Г. Дегтярев, Н.С. Шевченко Техника безопасности на предприятиях молочной промышленности. - Москва.: Пищевая промышленность, 1973. - 108 с.

2 С.А. Бредихин, Ю.В. Космодемьянский, В.Н. Юрин Технология и техника переработки молока. - Москва.: КолосС, 2003. - 399 с.

3 Мастоков Н.Н. Технология тепловой обработки молока. - Киев.: Вища школа, 1990. - 260 с.

4 Крусь Г.Н., Тиняков В.Г., Фофанов Ю.Ф. Технология молока и оборудование предприятий молочной промышленности. - М.: Агропромиздат, 1986. - 280 с.

5 Машины, оборудование, приборы и средства автоматизации для перерабатывающих отраслей АПК. Молочная промышленность. - Т.1, ч.3. Каталог.- М.: 1990. - 260 с.

6 С.В. Харламов Практикум по расчету и конструированию машин и аппаратов пищевых производств. - Л.: Агропромиздат. Ленинградское отд-ние, 1991.-256 с., ил. - (Учебник и учеб. пособия для высш. учеб. заведений).

Размещено на Allbest.ru

...