Пластинчастий теплообмінник

(°С)

(°С)

      (10)

[1] c. 183

(°C)

Апарат намічений проектувати  на базі пластин П-2 з горизонтальними  гофрами стрічково-потокового виду [1, C. 210].

Основні дані пластини:

робоча поверхня F₁=0,2 м²;

робоча ширина b=0,270 м;

наведена висота L_Н=0,800 м;

відстань між пластинами h=0,0028 м;

площа поперечного переріза одного каналу f₁=0,0008 м²;

еквівалентний діаметр  потоку d_e=0,0056 м;

товщина пластини d=0,0012 м;

теплопровідність пластини l=16 Вт/(м×К)

При швидкості молока =0,46 м/с число каналів у пакеті складе:

      (11)

[1] c. 192

Об'ємна продуктивність установки по молоку:

(м³/с)

Тоді,

Тому що число каналів  у пакеті не може бути дробовим, округляємо до m=8

Уточнюємо у зв'язку із цим величину швидкості потоку молока:

(м/с)

Швидкість гарячої води приймаємо рівної 0,85 м/с

Визначаємо критерій Рейнольдса для молока:

      (12)

Визначаємо критерій Прандтля для молока:

      (13)

[1] c. 184

Визначаємо критерій Нуссельта з боку молока. При русі потоків у каналах, утворених пластинами типу П-2 критерій Нуссельта визначаємо з рівняння:

     (14)

[2] c. 52

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі a₁:

     (15)

      (16)

(Вт/(м²×К))

 

 

 

 

 

Визначаємо критерій Рейнольдса для  води:

     (17)

Визначаємо критерій Прандтля для води, де:

      (18)

Визначаємо критерій Нуссельта для води:

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі для води a₂:

(Вт/(м²×К))

Визначаємо коефіцієнт теплопередачі:

     (19)

[1] c. 185

(Вт/(м²×К))

Коефіцієнт теплопередачі  з урахуванням відкладень:

2909×0,85=2473 Вт/(м²×К)

Визначаємо загальну поверхню теплопередачі апарата:

      (20)

 

 

[1] c. 186

(м²)

Приймаємо найближчу  стандартну F=10 м²

 

 

2.3 Розрахунок основних робочих елементів.

Конструктивний  розрахунок

Площі поперечних перерізів  пакетів складуть:

а) по стороні молока

       (21)

[1] c. 186

(м²)

б) по стороні води

       (22)

(м²)

Число каналів в одному пакеті:

а) для молока

      (23)

Що відповідає раніше прийнятому.

б) для води

      (24)

Приймаємо m₂=8

Число пластин в одному пакеті

а) для молока

      (25)

б) для води:

      (26)

Визначаємо поверхню теплообміну для одного пакета при отриманому числі пластин:

a) для молока:

      (27)

[1] c. 186

(м²)

б) для води:

      (28)

(м²)

Число пакетів в апараті:

а) з боку молока

      (29)

Приймаємо х₁=3. Якщо округлити до 2, то необхідно зменшити число каналів, що приведе до збільшення швидкості й перевищенню напору

б) з боку води

Приймаємо х₂=3

Число пластин в апарату  визначаємо з урахуванням наявності кінцевих пластин

     (30)

Схема компонування пластин  в апарату може бути такою:

Фактична площа поперечного  переріза каналів у пакетах для  обох середовищ:

      (31)

[1] c. 187

(м²)

Фактична швидкість  руху:

а) для молока

      (32)

(м/с)

б) для води

      (33)

(м/с)

Перевіримо, чи досить обраної поверхні теплопередачі при фактичних швидкостях робітничий середовищ.

Критерій Рейнольда  при нових значеннях швидкостей:

а) для молока

б) для води

Критерій Нуссельта

а) для молока

б) для води

Визначаємо уточнені значення коефіцієнтів тепловіддачі

а) для молока

(Вт/(м²×К))

б) для води

(Вт/(м²×К))

Підрахуємо фактичний  коефіцієнт теплопередачі з урахуванням обкладань:

     (34)

[1] c. 187

(Вт/(м²×К))

Поверхня теплопередачі  після уточнення

      (35)

(м²)

Приймаємо м²

 

 

2.4 Гідравлічний розрахунок.

З попередніх розділів розрахунку фактичні швидкості руху молока й  води в каналах теплообмінника: =0,44 м/с; =0,8 м/с; =1928; =14667.

Обчислюємо коефіцієнт загального гідравлічного опору одиниці відносної довжини каналу для обох середовищ:

      (36)

[1] c. 188

Гідравлічний опір пакетів  пластин при цьому:

     (37)

де L_н - наведена довжина потоку, 0,8 м.

(Па)

(Па)

Перевіряємо швидкості  руху молока й води в штуцерах при  площі прохідного перетину штуцера діаметром 40 мм.

      (38)

(м²)

      (39)

=2,23 (м/с)

      (40)

(м/с)

Тому що швидкість  води в штуцері більше припустимої (4,46>2,5 м/с), то розрахуємо місцевий гідравлічний опір водяного штуцера, прийнявши x_шт=1,5

    (41)

(Па)

Загальний гідравлічний опір теплообмінника складе:

• для тракту руху молока

 Па=91,392 кПа=9139,2 кг×с/м²

• для тракту руху води

 Па=233,882 кПа=23388,2 кг×с/м²

Підрахуємо потужність, необхідну на подолання гідравлічних опорів при перекачуванні молока й води:

,     (42)

де h₁ - коефіцієнт корисної дії насоса для молока; h₁=0,372;

     h₂ - коефіцієнт корисної дії насоса для води; h₂=0,75;

(Вт)

(Вт)

Приймаємо потужність двигуна  для молока 0,75 кВт, для води 1,7 кВт

2.5 Розрахунок теплової ізоляції.

Так як пластинчасті теплообмінники не ізолюються, то зробимо розрахунок ізоляції трубопроводу для гарячої води.

Температуру внутрішньої  стінки ізоляції приймаємо рівній температурі  стінки апарата t_ст=95°С. Температуру зовнішньої поверхні ізоляції приймаємо рівної t_з=30°С, температуру навколишнього повітря t_п=20°С, ККД ізоляції h_із=85%

Коефіцієнт теплопередачі від зовнішньої неізольованої поверхні труби до повітря визначаємо по формулі:

    (43)

[9] c. 212

(Вт/(м²×К))

Втрати тепла неізольованою  трубою:

     (44)

(Вт/м²)

При h_із=90% втрати ізольованої труби складе:

     (45)

(Вт/м²)

Визначаємо теплопровідність для ізоляції при середній температурі  ізоляції:

      (46)

(°С)

    (47)

(Вт/(м×К))

Необхідна товщина ізоляції:

     (48)

[9] c. 212

=0,055 м=55 мм

Перевіримо значення t_з:

,      (49)

де a₂ - коефіцієнт теплопередачі від ізоляції до повітря приміщення, Вт/(м²×К)

    (50)

 Вт/(м²×К)

Тоді

       (51)

(°С)

Що близько до заданої  температури.

 

 

 

3. Техніко-економічні показники

Тривалість роботи апарата в рік:

t=7920 год.

Річна для амортизаційних відрахувань:

а=0,1

Вартість 1 кВт/год електроенергії:

x_N=0,195 грн.

Вартість 1 м² поверхні пластин:

x_F=270 грн.

Експлуатаційні витрати:

     (52)

[7] c. 64

 грн

Амортизаційні витрати:

,      (53)

де F - площа пластини, м²

 грн..

Сумарні витрати:

      (54)

[7] c. 64

 грн.

 

 

4. Умови безпечної експлуатації спроектованого об'єкта.

При експлуатації теплообмінних  апаратів необхідно дотримувати  правила техніки безпеки. Поблизу теплообмінного апарата на видному місці вивішують інструкцію для експлуатації, зборці, розбиранню й мийці всіх вхідних у нього агрегатів.

Обслуговують апарат тільки особи, що освоїли правильне  ведення технологічного процесу, що опанували практичними навичками безпечного ведення робіт, що одержали спеціальний інструктаж і пройшли перевірку знань і навичок.

Вентилі на трубопроводах холодної й гарячої води встановлюються в доступних місцях і легко відкриваються вручну без застосування яких-небудь додаткових пристосувань. Вентилі відкривають поступово для запобігання прориву води із сальника. Для того, щоб не створювати в початковий момент надмірного тиску в апарату необхідно перед експлуатацією відкрити крани на всіх внутрішніх комунікаціях. Розбирання апарата можна робити тільки тоді, коли

апарат остудиться до температури 30 °С и нижче. У випадку припинення подачі електроенергії необхідно негайно перекрити вентилі й виключити всі електродвигуни. Всі електродвигуни, пускові апаратури й щит керування надійно заземлюються.

Трубопроводи гарячої  води надійно ізолюються.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Література.

1.	Барановский Н.В., Коваленко Л.М., Ястребенецкий А.Р. Пластинчатые и спиральные теплообменники. – М.: Машиностроение, 1973, - 288 с.
2.	Ба ранцев В.И. Сборник  задач по процессам и аппаратам  пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 136 с.
3.	Дьяченко П.Ф.,Коваленко  М.С., Грищенко А.Д., Чебота рев А.И. Технология молока и молочных продуктов. – М.: Пищевая промышленность, 1974. – 448 с.
4.	Крусь Г.Н., Чепулаева  Г.А., Шалигина Г.А., Ткаль Т.К. технология молочных продуктов. – М.: Агропромиздат, 1988. – 367 с.
5.	Лунин О.Г., Вельтищев  В.Н. Теплообменные аппараты пищевых  производств. – М.: Агропромиздат, 1987. – 239 с.
6.	Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 1987. – 576с.
7.	Проектирование процессов и аппаратов пищевых производств / Под ред. В.Н. Стадникова. – Киев: Вища школа, 1982. – 199 с.
8.	Ростроса Н.К. Справочник по цельномолочному производству. –  М.: Пищевая промышленность, 1976. – 344 с.
9.	Стабников В.Н., Ба ранцев В.И. Процессы и аппараты пищевых  производств. – М.: Пищевая промышленность, 1974. – 360 с.
10.	Стабников В.Н., Лысянский  В.М., Попов В.Д. процессы и аппараты пищевых производств – М.: Агропромиздат, 1985. – 503 с.