Технологический расчет теплообменного пластинчатого аппарата А1-ОКЛ-2,5

t = 18,5 + t , t = 18,5 + 21 = 39,5°С  (5.17)

Теплофизические свойства смеси:

=0,506 Вт/(м*К); = 1078,0*10 Па*с; = 1020,9 кг/м ;

с = 3,910 кДж/(кг*К); Pr =7,50 .

г) Секция охлаждения смеси рассолом

Определение средней температуры рассола (сторона  нагревания):

 

 

t = 0,5 (t + t ,),  t = 0,5 (-5+2)= -1,5°С (5.18)

Теплофизические рассола:

= 0,551 Вт/(м*К); = 1788,5*10 Па*с; = 1080 кг/м ;

с = 3,676 кДж/(кг*К); Pr =28.

Определение средней температуры смеси (сторона  охлаждения):

t = 0,5 (t + t ,),  t = 0,5 (8+4)= 6°С (5.19)

Теплофизические свойства смеси:

= 0,430 Вт/(м*К); = 2965,6*10 Па*с; = 1031 кг/м ;

с = 3,879 кДж/(кг*К); Pr =26,6.

Определение критерия подобия Рейнольдса

Rе =  (5.20)

где - скорость потока, м/с; d - эквивалентный диаметр канала, м; - плотность среды, кг/м ; - динамическая вязкость среды, Па*с.

а) Секция регенерации  теплоты

Для холодной смеси  Rе = =1968.          (5.21)

Для горячей  смеси Rе  = =2487.           (5.22)

б) Секция пастеризации

Для  смеси Rе = =3746.            (5.23)

Для горячей воды Rе = =5934.            (5.24)

в) Секция охлаждения водой

 Для  смеси Rе = =2179.             (5.25) 

 

Для воды Rе = =1149. (5.26)

 

 

г) Секция охлаждения рассолом

 

Для  смеси Rе = =801. (5.27) 

Для рассола Rе = =1389.   (5.28)

Определение коэффициентов теплоотдачи  и теплопередачи

Определение коэффициентов теплоотдачи  и для пластин:

= .   (5.29)

а) Секция регенерации  теплоты

При охлаждении пастеризованной смеси

= =4300 Вт/(м *К).        (5.30)

При нагревании сырой смеси 

= =3652 Вт/(м *К).     (5.31)

 

Определение коэффициента теплопередачи с учетом отложений молочного камня на пластинах при коэффициенте использования  =0,9:

К = ,   (5.32)

 

К

= =1548 Вт/( м *К).

б) Секция пастеризации молока

При охлаждении горячей воды коэффициент теплоотдачи  равен:

= =6725 Вт/(м *К).   (5.33)

 

 

При нагревании молока коэффициент теплоотдачи  равен:

= = 5239 Вт/(м *К). (5.34)

Определение коэффициента теплопередачи с учетом отложений молочного камня на пластинах при коэффициенте использования  =0,85:

 

К = , (5.35)

К

= = 2050 Вт/( м *К).

в) Секция охлаждения смеси водой

При охлаждении смеси

= =  4429 Вт/(м *К). (5.36)

При нагревании воды

= =  3264 Вт/(м *К).    (5.37)

Определение коэффициента теплопередачи с учетом отложений молочного камня на пластинах при коэффициенте использования  =1:

К = , (5.38)

К

= =  1647 Вт/( м *К).

г) Секция охлаждения молока рассолом.

При охлаждении смеси

= = 3220 Вт/(м *К).      (5.39)

 

 

При нагревании воды

= =  6201 Вт/(м *К).           (5.40)

Определение коэффициента теплопередачи с учетом отложений молочного камня на пластинах при коэффициенте использования  =0,9:

К = ,           (5.41)

К

= = 1651 Вт/( м *К).

 

5.2. Конструктивный  расчет

Определение рабочих поверхностей теплопередачи  и числа пакетов в секциях

Так как общая  площадь поверхности теплообменника равна 7,3 м рекомендуемая площадь одной пластины 0,3 м

а) Секция регенерации  теплоты

F = , (5.42)

где G – количество смеси, кг/с.

F

= = 13,9 м .

Число пластин  в секции: n = = =47 (5.43)

При числе  каналов в пакете m=4 число пакетов:

x = = =5,875.      (5.44)

Принимаем  x =6.

 

 

 

б) Секция пастеризации смеси

Определение рабочей поверхности теплопередачи  секции:

F = , (5.45)

F

= = 3,1 м .

Определение числа пластин в секции:  n = = =11 (5.46)

Определение числа пакетов в секции на стороне  смеси:

x = = =1,375. (5.47)

Принимаем x = 2.

в) Секция охлаждения водой 

Определение рабочей поверхности теплопередачи  секции:

F = , (5.48)

F

= = 6,45 м .

 

Определение числа пластин в секции:  n = = =21,5. (5.49)

Принимаем n = 22. 

 

Определение числа пакетов в секции на стороне  смеси:

x = = =2,75. (5.50)

 

Принимаем x = 3.

 

г) Секция охлаждения рассолом

Определение рабочей поверхности теплопередачи  секции:

 

 

F =       (5.51)

F

= = 8,58м .

 

Определение числа пластин в секции:  n = = =28,6 (5.52)

Принимаем n =29. 

 

Определение числа пакетов в секции на стороне  смеси:

x = = =3,625. (5.53)

 

Принимаем x = 3.

 

Определение общего числа пластин в теплообменнике

n = n

+n +n +n

n=47+11+22+29=109

   Данное  число хорошо согласуется с  числом пластин в типовом теплообменнике (n =112)

 

5.3 Гидравлический  расчет аппарата и подбор насоса

 

Определение гидравлического сопротивления  теплообменника

а) Секция регенерации  теплоты (x =6)

Для потока нагреваемой смеси при  Rе =1968

=11,2 Re ,

 

= 11,2 *1968 =1,68.

 

 

Определение гидравлического сопротивления  секции на стороне горячей 

смеси: р= * * , L = ,

где L -приведенная длина потока, м; F-поверхность теплообмена, м ; b-рабочая ширина, м;

р = =105 кПа.

Определение потока горячей охлаждаемой смеси  при Rе =2487:

= 11,2 *2487 =1,59.

Определение гидравлического сопротивления  секции на стороне горячей смеси:

р = = 99 кПа.

б) Секция пастеризации смеси (x = 2)

Для  потока пастеризуемой смеси  при Rе =3746

= 11,2 *3746 =1,43.

Определение гидравлического сопротивления  секции:

р = =  29 кПа.

в) Секция охлаждения смеси водой (x = 3)

Для потока охлаждаемой смеси при Rе =2179

= 11,2 *2179 =1,64.

Определение гидравлического сопротивления  секции:

р = = 52 кПа.

г) секция охлаждения смеси рассолом (x = 3)

Для потока смеси при Rе =801

 

 

= 11,2 *801 =2,1.

Определение гидравлического сопротивления  секции:

р = =  67 кПа.

Определение общего гидравлического сопротивления  теплообменника по линии движения смеси:

р = р + р + р + р + р .

р = 105 + 99 +29 + 52 + 67 =352 кПа.

р 36 м вод. ст.

   По  общему напору и производительности  аппарата из приложения выбираем  центробежный насос марки  50МЦ 25-31.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение А

 

     Пастеризационно - охладительная установка для сливочного масла А1-ОКЛ-2,5 выпускается производительностью 2500 л/ч. Пластинчатый аппарат этой установки скомплектован на базе ленточно-поточных пластин П-2.

     Смесь мороженого при температуре  40°С поступает в уравнительный бак 1. Уровень смеси в баке регулируется поплавковым регулятором уровня 2. Из уравнительного бака центробежным насосом 8 смесь подается в секцию рекуперации   , где нагревается до температуры 80°С. В секции пастеризации        смесь пастеризуется при температуре 86-90°С и выдерживается при этой температуре в выдерживателе 12 в течение 50с. Далее смесь поступает в гомогенизатор 9 и после гомогенизации проходит последовательно секции рекуперации, водяного охлаждения    и рассольного охлаждения    . Из аппарата смесь выходит при температуре 2-6°С.

     В секции пастеризации смесь  нагревается горячей водой, которая  циркулирует в замкнутом контуре  с помощью центробежного насоса 10.

     Горячая вода нагревается паром  в пароконтактном нагревателе 17. Избыток горячей воды, образовавшийся при конденсации пара, сбрасывается через дренажную трубку из бака-аккумулятора 13 в канализацию.

     Датчик температуры 11 предназначен  для регулировки температуры  пастеризации. Он связан с регулирующим  клапаном 14 и возвратным клапаном 3. Датчик температуры 4 предназначен  для регулирования конечной температуры  смеси мороженого. Он связан с  регулирующим клапаном 7.

     Показывающие манометры 6, 15, 16 осуществляют  контроль за давлением рассола и пара.

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

     В ходе курсовой работы был  произведен технологический расчет  теплообменного пластинчатого аппарата  А1-ОКЛ-2,5. Был рассчитан тепловой баланс, из которого определили тепловую нагрузку теплообменного аппарата и расход теплоносителя. Также рассчитала среднюю разность температур, ориентировочное значение поверхности теплообмена и по нему выбрала стандартный теплообменник.

     Теплообменные аппараты применяются для проведения теплообменных процессов (нагревание или охлаждение). В данном курсовом проекте я рассчитала рекуперативный теплообменник, в котором теплоносители разделены стенкой и теплота передается от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку.

     Пластинчатые теплообменники широко используются в пищевой промышленности в качестве нагревателей, холодильников, а также комбинированных теплообменников для пастеризации и стерилизации.

     Пластинчатые теплообменники компактны, обладают большой площадью поверхности теплоотдачи, достигающаяся гофрированием пластин.

     Эти теплообменники изготовляют в виде модулей, из которых может быть собран теплообменник с площадью поверхности теплопередачи, необходимой для осуществления технологического процесса.

     К недостаткам относятся сложность изготовления, возможность загрязнения поверхности пластин взвешенными в жидкости твердыми частицами.

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Барановский  Н.В. Пластинчатые теплообменники  пищевой промышленности/ Н. В.  Барановский. – М.: Машгиз, 1962. - 142 с.

2. Кавецкий Г.Д. Процессы и аппараты пищевой технологии/ Г.Д. Кавецкий, Б. В. Васильев.-2-е изд., перераб. И доп. – М.:колос, 2000. - 551 с.

3. Коваленко  Л. М. Пластинчатые теплообменные  аппараты/ Л.М. коваленко.– М.: Издательский центр «Академия», 1986. – 40 с.

4. Лисин П.А. Современное технологическое оборудование для тепловой обработки молока и молочных продуктов/ П.А. Лисин, К.К. Полянский, Н.А. Миллер– СПб.: ГИОРД, 2009. – 136 с.

5. Сурков В.Д. Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности / В.Д. Сурков, Н.Н. Липатов, Ю.П. Золотин.-3-ое изд., перераб. и доп. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. – 432 с.