Вступ

На даний момент у світі дуже широкого розвинута харчова промисловість. Для виготовлення морозива розроблено велику кількість рецептур, що дозволяє виробникам складати різноманітні за складом суміші для окремих видів продукту. Але якщо на підприємстві відсутня стандартна за складом сировина, проводять перерахунок рецептур, метою якого є встановлення кількості наявних молочних продуктів для одержання морозива із заданим вмістом жиру, та сухих речовин.

Для загартовування морозива потрібна температура мінус мінус 40. Для цього найбільш доцільно використовувати двох ступінчасті холодильні машини Для цього потрібно підібрати неохідний конденсатор. Тому робота є актуальною.

Метою роботи є проектування та модернізація конденсатора двоступінчастої холодильної машини зі змійовиком в проміжній посудині. Аміак поступає в трубний простір, а вода, що слугує для охолодження в міжтрубний.

В роботі необхідно описати конструкцію теплообмінника та його основних складальних одиниць та деталей, вибрати матеріали для його виготовлення порівняти основні показники розробленої конструкції з аналогами, провести патентні дослідження та навести заходи по охороні праці; провести параметричний розрахунок теплообмінника та розрахунки на міцність основних деталей та вузлів конструкції; надати рекомендації, щодо монтажу та експлуатації та визначити рівень стандартизації та уніфікації теплообмінника; виконати техніко-економічне обґрунтування модернізації апарату; розробити кресленнятехнологічної схеми, складального креслення теплообмінника, трубчаткикришки, трубної плити, фланця.

Завдання на дипломний проект одержано в липні 2012 року під час проходження практики в інституті газу НАН України.

Теплообмінні апарати є складовою частиною практично всіх технологічних установок на нафтопереробних і нафтохімічних заводах. Теплообмінні апарати використовують для нагріву, випаровування, конденсації, охолоджування, кристалізації, плавлення і затвердіння, що беруть участь в процесі продуктів, а також як парогенератори або котли-утилізатори.

Середовища, використовувані для підведення або відведення, тепла називаються теплоносіями і холодоагентами. В якості теплоносіїв можуть бути застосовані нагріті газоподібні, рідкі або тверді речовини. Водяна пара як теплоносій використовується головним чином в насиченому стані - як високого тиску, так і відпрацьований від парових машин і насосів.

Кожухотрубчасті теплообмінники виготовляють з поверхнею теплообміну 11-350 м2 для роботи під тиском 2-25 атм. Трубні пучки виконують із сталевих трубок діаметром 20 або 25 мм та довжиною 2-6 м. Теплообмінники цього типу економічніші і мають мінімальне число з'єднань на прокладках. Основним недоліком таких апаратів є неможливість механічного очищення міжтрубному простору

За способом монтажу розрізняють вертикальні, горизонтальні та похилі теплообмінні апарати. Вертикальні теплообмінники займають менше місця, але вони менш зручні при очищенні. На нафтопереробних заводах найбільшого поширення набули горизонтальні теплообмінники.

Основні конструкції і параметри теплообмінних апаратів

Кожухотрубчасті теплообмінники.

Кожухотрубчасті теплообмінники - найбільш поширений тип теплообмінної апаратури. Вони можуть використовуватися в якості холодильників, конденсаторів і випарників. По конструкції такі теплообмінники представляють собою порожню ємність циліндричної форми, званої кожухом, всередині якої розташований пучок від декількох десятків до декількох тисяч труб, званих теплообмінними трубами. Труби своїми кінцями герметично закріплені в підставах, званих трубними гратами і утворюють, таким чином, трубне простір теплообмінника. Інший простір теплообмінника називають міжтрубному. Гарячий і холодний теплоносії подаються, відповідно, в Міжтрубний і трубне простору, прямотоком або протитечією. Теплообмін відбувається через стінки теплообмінних труб. Такі теплообмінники можуть бути одно-, двох-, чотирьох - і шестіходовимі, встановлюватися горизонтально або вертикально. Поверхня теплообміну їх може бути до 1000 м2.

1 Призначення та область використання теплообмінного апарата

1.1 Опис технологічного процессу

Принципова технологічна схема та апаратурно-технологічна схема виробництва морозива представлені на рисунок 1.1

1 – резервуар для зберігання молока; 2 – відцентровий насос; 3 – ванна для суміші; 4 – насос для в’язких продуктів; 5 – фільтр; 6 – зрівнювальний бочок; 7 – пластинчаста пастерезаційно-охолоджувальна установка; 8 – гомогенізатор; 9 – резервуар для визрівання суміші; 10 – ємність для змішування смако-ароматичних речовин; 11 – фризер; 12 – фасувальний апарат; 13 – загартовувальна камера

Рисунок 1.1 – Апаратурно-технологічна схема виробництва морозива

Незбиране молоко подають в резервуар для зберігання молока 1. Звідки відцентровим насосом 2 перекачується в ванну для суміші 3, де проходить змішування рідких компонентів (води, молока, вершків та ін.) та підігрівання одержаної суміші до температури 40...45 ºС. Потім додають розплавлені та згущені компоненти, після цього - сухі продукти. Отриману суміш перекачують насосом для в’язких продуктів 4 до фільтру 5, що призначений для очищення суміші (фільтрування). Очищення сумішей проводять шляхом фільтрування їх з метою видалення нерозчинних часток рецептурних компонентів, для чого використовують дискові, пластинчасті, циліндричні та інші фільтри. Перекачування інгредієнтів та суміші крізь замкнуту систему знижує витрати часу та енергії на оброблення, зменшує ризик забруднення та дозволяє здійснювати безрозбірне миття обладнання. Після фільтрування необхідно додатково провести емульгування жирової фази. Для цього рідку суміш нагрівають до температури 60...65 ºС, вносять у неї жировий компонент та проводять емульгування за допомогою спеціального обладнання – емульгаторів, диспергаторів або ж суміш на протязі 10 хв. перекачують по замкнутому контуру за допомогою насосу 4. Після суміш подають в зрівнювальний бак 6, після перекачують насосом 4 в пластинчасту пастерезаційно-охолоджувальну установку 7, де суміш пастеризують за температури 80...85 ºС з витримкою 50...60 с або без витримки при температурі 92...95 ºС. Далі суміш подається в гомогенізатор 8, для підвищення збитості морозива та покращання його консистенції, чому сприяє подрібнення жирових кульок майже у 10 разів. Гомогенізація підвищує в‘язкість сумішей у 5-15 разів, внаслідок чого в них не відстоюється жир до фризерування. Далі отриману суміш подаються в резервуар для визрівання суміші 9, де суміш охолоджують до температури 0...6 ºС та витримують протягом не менше 2-х год для молочного морозива, і не менше 4-х годин для морозива, що вміщує 10 % жиру. Насосом 4 суміш потрапляє в ємність для змішування смако-ароматичних речовин 10. Звідки в фризер 11, де суміш для морозива при температурі не вище 6ºС, охолоджується до кріоскопічної температури, потім при інтенсивному перемішуванні з частотою обертів мішалки 150-200 об/хв. частково заморожується при температурі мінус 4... мінус 6 ºС, внаслідок чого приблизно 35..65 % води, що знаходиться у розчині, перетворюється у дрібні кристали льоду, більшість з яких має розміри 60...100 мкм. Морозиво, що виходить з фризера за допомогою апарата 12відразу ж фасують та направляють на загартування. Будь-яка затримка може призвести до відтаювання частини закристалізованої води та утворення великих кристалів льоду. Розфасоване морозиво доставляють в загартовувальну камеру 13. Загартування здійснюють за допомогою спеціальних швидкоморозильних апаратів за температур від мінус 30 до мінус 40° С. При швидкому заморожуванні в морозиві утворюються дрібні кристалики льоду, що обумовлює його ніжну консистенцію.