Тепловой, конструктивный и гидравлический расчеты четырёх секционного пластинчатого теплообменника для пастеризации

- габаритные  размеры : высота :1,025 м ;

 ширина : 0,315 м;

 толщина : 0,0012 м.

Для пластины П-2 примем

Число каналов в пакете определяется на основании уравнения не-

разрывности потока :

где скорость движения продукта,

 ширина проточной части пластины, м;

 зазор между пластинами, м;

 плотность продукта,

 

Число каналов  в пакете принимаем m=10. Число параллельных каналов в пакетах можно принимаем одинаковым для всего аппарата.

Секция пастеризации :

а) скорость движения горячей воды :

б) скорость движения продукта :

 

 

Секция водяного охлаждения :

а) скорость движения холодной воды :

б) скорость движения продукта :

 

Секция ледяного охлаждения :

а) скорость движения ледяной воды :

б) скорость движения продукта :

 

Секция регенерации :

а) скорость движения продукта на входе в секцию:

б) скорость движения продукта на выходе из секции:

 

Вычисление  критериев Рейнольдса .

где эквивалентный диаметр потока (для рекомендованной пластины составляет 0,0056 м);

 скорость продукта, горячей воды  и ледяной (соответственно секциям),

 кинематический и динамический коэффициенты вязкости продукта, горячей воды и рассола (соответственно секциям).

 

Секция регенерации :

а) для потока сырого продукта ( сторона нагревания ):

б) для потока пастеризованного продукта (сторона охлаждения ):

 

Секция пастеризации :

а) для потока продукта (сторона нагревания ) :

б) для потока горячей воды ( сторона охлаждения ):

 

Секция водяного охлаждения :

а) для потока холодной воды ( сторона нагревания ) :

б) для потока продукта ( сторона охлаждения ) :

 

Секция ледяного охлаждения :

а) для потока ледяной воды ( сторона нагревания ):

б) для потока продукта ( сторона охлаждения ):

 

Определение коэффициентов теплопередачи:

Для каждой секции коэффициент теплопередачи  определяется по формуле:

 

где толщина пластины, м;

 коэффициент теплопроводности  пластины (для стали 1Х18Н9Т  );

 и коэффициенты теплоотдачи со стороны нагревания и охлаждения соответственно, .

 и определяются из критерия Нуссельта

Заметим, что критерий Нуссельта следует  вычислять для каждой секции со стороны  нагревания и со стороны охлаждения. Для определения критерия Nu рекомендуется использовать критериальное уравнение (для пластины П – 2):

.

Можно принять  при нагревании жидкости и при охлаждении жидкости.

 

Секция регенерации тепла :

а) сырой продукт (сторона нагревания ):

     б) пастеризованный продукт ( сторона охлаждения ) :

в) коэффициент теплопередачи :

 

Секция пастеризации:

а) продукт (сторона нагревания ):

б) горячая вода ( сторона охлаждения ) :

в) коэффициент теплопередачи :

 

Секция водяного охлаждения :

а) холодная вода (сторона нагревания ):

б) продукт ( сторона охлаждения ) :

в) коэффициент теплопередачи :

 

Секция ледяного охлаждения :

а) рассол (сторона нагревания ):

б) продукт ( сторона охлаждения ) :

в) коэффициент теплопередачи :

Определение рабочих поверхностей , числа пластин и числа пакетов.

Для каждой секции рабочая поверхность 

Число пластин  в секции где поверхность пластины (рекомендовано ).

Число пакетов  в секции .

Число пакетов  может быть только целым числом, поэтому полученные значения следует  округлить, пересчитать число пластин  в секции охлаждения, а затем поверхность  теплообмена F. В случае существенного несоответствия расчетной поверхности теплопередачи с компоновочным решением следует изменить проектные скорости движения жидкостей и составить новый вариант расчета.

Секция регенерации тепла :

;

;

 принимаем 

Тогда Тогда

.

Компоновочная формула 

 

Секция пастеризации :

         ;

;

 принимаем 

Тогда

.

Компоновочная формула 

 

Секция водяного охлаждения :

;

;

 

Тогда

.

Компоновочная формула: 

 

Секция льодянного охлаждения :

;

;

 

Тогда

.

Компоновочная формула 

Гидравлический  расчет :

Потери  напора считаются по всему пути движения продукта и составляют (в м)

где потерянный напор в секции регенерации (прямое направление)

 потерянный напор в секции  пастеризации

 потерянный напор в секции  регенерации (обратное направление)

 потерянный напор в секции  охлаждения

Здесь соответственно число пакетов в секциях регенерации, пастеризации и охлаждения; соответствующие коэффициенты сопротивления пакетов.

Коэффициент сопротивления пакета из пластин  П – 2 можно определить как

По потерянному  напору и производительности подбирают  насос для продукта. Мощность привода  насоса

 

Секция регенерации :

а) для потока сырого сока:

;

;

.

б) для потока пастеризованного сока :

;

Секция пастеризации :

;

 

Секция водяного охлаждения :

;

 

Секция льодяного охлаждения :

;

 

Полный напор :

 

Подбор насоса:

Сначала найдем подачу насоса.

Исходя  из полученных данных выбираю насос типа МЦС12-10. 

Характеристика  центробежного насоса МЦС12-10 /4/.

Данный  насос имеет следующие характеристики:

η_н = 10% ;

N=0,65кВт ;

Н=17,7 м.

Мощность  привода насоса : η_эл. принимаем равным 0.5:

Исходя  из данного расчета из таблицы 15 /5/ выбираю двигатель типа 4А112M4  мощность N=5,5кВт , частотой вращения 1445 об/мин, кпд η_эл.=75%.Пересчитываю мощность привода насоса.

Двигатель соответствует требованиям.

Аналогично  произвожу гидравлический расчет секции пастеризации - по горячей воде , секции предварительного охлаждения – по холодной воде и секции окончательного охлаждения – по рассолу, подбираю насосы и рассчитываю мощность их приводов.

Секция пастеризации:

;

Подача:

Исходя  из полученных данных выбираю насос типа МЦС12-10 Характеристика центробежного насоса МЦС12-10 /4/.

Данный  насос имеет следующие характеристики:

η_н = 35% ;

N=0,85кВт ;

Н=11,2 м

Мощность  привода насоса : η_эл. принимаем равным 0.5:

Исходя  из данного расчета из таблицы 15 /5/ выбираю двигатель типа 4А132S4   мощность N=7.5кВт , частотой вращения 1435 об/мин, кпд η_эл.=77%.Пересчитываю мощность привода насоса.

Двигатель соответствует требованиям.

Секция предварительного охлаждения :

;

Подача:

Исходя  из полученных данных выбираю насос типа МЦС12-10 Характеристика центробежного насоса МЦС12-10 /4/.

Данный  насос имеет следующие характеристики:

η_н = 15% ;

N=0,65кВт ;

Н=16,5 м

Мощность  привода насоса : η_эл. принимаем равным 0.5:

Исходя  из данного расчета из таблицы 15 /5/ выбираю двигатель типа 4А132S4   мощность N=7.5кВт , частотой вращения 1435 об/мин, кпд η_эл.=75%.Пересчитываю мощность привода насоса.

Двигатель соответствует требованиям.

 

Секция окончательного охлаждения:

;

Подача:

Исходя  из полученных данных выбираю насос типа МЦС12-10 Характеристика центробежного насоса МЦС12-10 /4/.

Данный  насос имеет следующие характеристики:

η_н = 19% ;

N=0,65кВт ;

Н=16м

Мощность  привода насоса : η_эл. принимаем равным 0.5:

Исходя  из данного расчета из таблицы 15 /5/ выбираю двигатель типа 4А132S4   мощность N=7.5кВт , частотой вращения 1435 об/мин, кпд η_эл.=75%.Пересчитываю мощность привода насоса.

Двигатель соответствует требованиям.

Расчет  трубопроводов и патрубков для  подачи продукта , горячей и холодной воды , рассола .

Расчет трубопровода для подачи продукта:

Расчет трубопровода для подачи горячей воды в секцию пастеризации:

Расчет трубопровода для холодной воды в секцию предварительного охлаждения:

Расчет трубопровода для подачи рассола в секцию окончательного охлаждения :

Коэффициент регенерации:

 

 

 

Литература

 

1. Черевко О.І., Поперечний А.М. Процеси і апарати харчових виробництв: Підручник / Харк. держ. технол. та орг. харчування. – Харків,2002, – 420 с.,
2. Стабников В.Н., Лысянский В.М. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 503 с,
3. Расчёты и проэктирование транспортных средств непрерывного действия. – «Норд-Пресс», 2005. Донецк 688с.
4. Технологічне обладнання молочних виробництв. «Інкос», 2007 Київ, 344с.
5. Барышев А.И., Стеблянко В.Г. , Хомичук В.А. Курсовое и дипломное проектирование транспортирующих машин : Донецк:ДонГУЭТ,2003-471с.,ил.