Учебно-методический комплекс дисциплины «Основные процессы и аппараты химико-технологических производств» (стр. 5 )

  - для турбулентного режима (2 и 3-я области):

  4000 < Re < (10 d) / ? ;  ( 25)

  ? = 0,3164/Re0,25  ;  ( 26) 

где ? э – средняя эквивалентная шероховатость труб в мм.

  Для гидравлически шероховатых труб из углеродистой стали значения коэффициента Дарси (?) определяют в зависимости от области гидравлического трения в шероховатых  трубах.  В свою  очередь,  данная область находится по следующим пределам чисел Рейнольдса:

для турбулентного режима (4-ая область):

  (10 d) / ? э < Re < (500 d) / ? э.  (27 )

  ? = 0,11?{( 68 /Re) + ( ? э / d) }0,25;  ( 28)

для турбулентного режима (5-ая область):

  (500 d) / ? э < Re;  ( 29)

  ? = 0,11?( ? э / d) 0,25 ;  (30)

2.  Основы  расчёта трубопроводов.

Задачи расчёта трубопроводов изложены выше. В качестве базового  используют  уравнение простого трубопровода, полученное методом преобразования уравнения Бернулли. Простым называют такой трубопровод, который не имеет ни одного ответвления. 

Уравнение простого трубопровода имеет вид:

  Нт = ? z + hL + hм ;  ( 31)

где  ? z – разность высот между начальным и конечным  сечениями трубопровода, м;

  Нт  - необходимый (потребный) напор трубопровода для транспортировки заданного количества жидкости  с определённой скоростью.

  В производстве зачастую применяют последовательное и параллельное соединения трубопроводов,

формулу  расхода для  последовательного соединения  двух простых трубопроводов:

  Vc  = Vc1  = Vc2  = ….=  Vcп = const.  (  32)

При это потери напора выразятся: 

  h = h1 + h2  + ….+ hп  ( 33 )

При параллельном соединении трубопроводов: 

  Vc  = Vc1  + Vc2  + ….+  Vcп  34)

  h = h1 + h2  + ….+ hп;  ( 35)

Для  любого трубопровода сопротивление (А) при турбулентном режиме обратно пропорционально  d5 , при ламинарном режиме -  обратно  пропорционально  d4.

Трубопровод, в котором потери на местных  сопротивлениях составляют менее 15% от потерь по длине,  называют длинным. В таком трубопроводе местные потери отдельно не рассчитываются, а учитываются коэффициентом 1,15.

Потери  напора  при  ламинарном  режиме:

  hl = (128???l ?Vc) / ??g? d4  [  36]

Потери  напора  при  турбулентном  режиме:

  hl = (8?? ?l ?Vc2) / ?2?g? d5  [  37]

Потери напора на местных гидравлических сопротивлениях в коротких трубопроводах:

  hм  = ??( w 2/(2g),  ( 38)

Численные значения коэффициентов местных гидравлических сопротивлений, используя справочные пособия по гидравлике, в зависимости от типа гидросопротивлений (задвижки, вентили, гидравлические «колена»): ?1, ?2,…., ?j.

Если  местных сопротивлений несколько  и они соединены последовательно, то  их суммируют:

  ?hм = hм1+ hм2+ hм3+…+ hмji  (39)

Определяют суммарные потери напора по длине и на местных гидравлических сопротивлениях.

  ?H = ?hl + ?hм.  .  (40) 

Рассчитывают  необходимый (потребный) напор насосной установки, используя расчетное уравнение простого трубопровода:

  Нн = ? Z + ?H.  (41) 

где ? Z – суммарный геометрический напор (полная геометрическая высота подъема жидкости).

Определяют избыточное давление, создаваемое насосной установкой в Па.

  ? р = ? · g? Hп  .  (42) 

Рассчитывают полезную мощность насоса в Вт.

  N п = ?·g?Hп·Vс  .  (43) 

Рассчитывают полную мощность насоса в Вт.

  N = N п / ?  .  (44) 

где ? – полный рабочий КПД насосной установки, принимаемый в диапазоне:  0,68 – 0,80.

На основании полученных числовых значений Нн, ? р, N и  характера жидкой среды  выбирают насос, используя справочное пособие..

Определяют фактический рабочий КПД насосной установки, зная табличное значение располагаемой мощности Nр.

  ?ф = N п / Nр  ( 45)

Значение рабочего КПД должно находиться в пределах  0,65 – 0,85.

Вопросы для самоконтроля.

1. Назовите основные параметры потока, их краткая характеристика.  2. Какова взаимосвязь между средней скоростью и живым сечением потока? 3. Что называют расходом жидкости? Взаимосвязь между объемным, весовым и массовым расходами? 4. Запишите уравнение Бернулли для элементарной струйки идеальной и реальной жидкости для потока жидкости.  5. Какова взаимосвязь между средней скоростью и живым сечением потока?  6. Каков геометрический и энергетический смысл слагаемых, входящих в уравнение Бернулли, их размерность?  7. От каких характеристик потока зависит режим движения жидкости?  8 .В чем отличие ламинарного течения жидкости от турбулентного? 9. Каким образом можно оценить режим движения?  10.При каких условиях происходит переход от ламинарного течения к турбулентному?  11.. Каковы причины возникновения потерь напора при движении вязкой жидкости? 12.  Дайте определение понятию «гидравлические потери напора».. 13. Объясните физический смысл критерия Рейнольдса. 14. Какие уравнения применяют при расчете напорных трубопроводов? 15. Какие трубопроводы называют короткими, а какие длинными? В чем заключаются особенности расчета таких трубопроводов? 16. Назовите основные задачи, встречающиеся при расчете трубопровода. 17.Изложите методику решения типовых задач при расчете простого трубопровода. 18. Приведите полную классификацию насосов, их специфические особенности и область применения. 19.В чем заключается принцип действия лопастных и объемных насосов? 20. Назовите основные параметры насосов. Их краткая характеристика. 21.Как определить напор насоса по показаниям приборов и по элементам насосной установки? 22. Как определить полезную и полную мощность насоса?

Рекомендуемая  литература.

1. , , и др.  Процессы и аппараты пищевых производств. М., «Агропромиздат», 1985г.

2. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., «Химия»,1971г.

Лекция 6.  Тепловые процессы  Нагревание. Теплопередача в теплообменных аппаратах.

План лекции:

1. Цели тепловой обработки пищевого сырья.

2. Конструктивные схемы теплообменников.

3. Основы расчёта теплопередачи в  трубчатых теплообменниках.

  1. Цели тепловой обработки пищевого сырья.

В пищевых производствах  повсеместно применяют тепловую обработку  сырья, полуфабрикатов, готовой продукции. Тепловая  обработка осуществляется в теплообменных аппаратах и  предполагает бактерицидное воздействие на  продукт  с дальнейшим  доведением  его до  пищевой  готовности. Нагревание - комплекс процессов обработки  пищевых сырья, полуфабрикатов, продуктов теплом. К нагреванию относят следующие частные процессы: варку, шпарку, обжарку, пастеризацию, стерилизацию. Для проведения процессов тепловой обработки  используют различные  греющие теплоносители: водяной насыщенный пар, горячую воду  и некоторые другие среды. Важнейшее требование к теплоносителям: высокое значение энтальпии.  В большинстве случаев непосредственный контакт греющего теплоносителя и  нагреваемого продукта  недопустим, поэтому  ними  должна быть металлическая  поверхность раздела. Таким образом, теплообменный аппарат (теплообменник)  принципиально  состоит из двух камер (для нагреваемого продукта и греющего теплоносителя), разделённых  стальной  стенкой. Конфигурация стенки зависит от  конструкции данного теплообменника и может быть цилиндрической, полусферической, эллиптической, плоской. 

  2. Конструктивные схемы теплообменников.

.  Используют  следующие основные конструктивные схемы теплообменников: элементные, рубашечные,  трубчатые, пластинчатые, змеевиковые некоторые другие. 

Используется классификация  теплообменников по следующим  признакам:

- по  технологическому назначению;

- по  цикличности работы;

- по  виду греющего теплоносителя;

- по взаимному движению теплоносителей.

- по  конструкции;

- по расположению поверхности нагрева.

Классическим примером поверхностного теплообменного аппарата является трубчатый (кожухотрубный  теплообменник), схема которого представлена  на рисунке ниже:

 

Рис. 5. Схема трубчатого  теплообменника.

1.Корпус(кожух). 2.Трубная решётка. 3 Нагревательные трубки. 4 Патрубки: А.- для отвода нагретой среды (продукта); В – для подвода  греющего пара; С. -  для отвода конденсата; D – для подвода нагреваемой среды (продукта). 6. Опорные лапы.

  В производстве используют многоходовые  трубчатые теплообменники, которые отличаются от одноходовых  высокой интенсивностью теплопередачи, большей производительностью и компактностью. В таких теплообменниках поток среды  многократно  циркулирует  в контуре аппарата.

  Наиболее эффективными и распространёнными в пищевой промышленности  являются пластинчатые теплообменники. Поверхность теплопередачи в них представляет  собой  плотно и компактно соединённые в пакет штампованные пластины. Через каждую пластину происходит процесс теплопередачи от греющей среды к  нагреваемому продукту. Пластинчатые теплообменники  применяют, в частности, для пастеризации молока, сливок, соков,  различных напитков и других жидких продуктов.

  3. Основы расчёта  трубчатых теплообменников.

Сущность проектного расчёта сводится к определению  габаритных размеров  аппарата, тепловых нагрузок, затрат греющего теплоносителя, толщины слоя изоляции,  стоимостей  энергоносителей, материалов, монтажа  и эксплуатации.

3.1. Тепловая нагрузка аппарата непрерывного действия  (Q) в кВт:

Q = Gc · c · (t2 – t1);  (1)