Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

Расчет пластинчатого теплообменника

Введение

теплообменник пастеризационный пластинчатый

Пластинчатые аппараты для тепловой обработки различных жидких сред являются одними из прогрессивных типов жидкостных теплообменников непрерывного действия.

Пластинчатые теплообменники с поверхностью теплообмена от 3 до 320 м², работающие при давлении до 1,0Мн/м² и температуре от минус 20 до плюс 140⁰С, используются в качестве холодильников, подогревателей, конденсаторов и дефлегматоров. В отношении компактности, производительности и интенсивности теплопередачи пластинчатые теплообменники не имеют себе равных. То же можно сказать и об условиях очистки рабочих поверхностей от пригара и отложений, имеющих первостепенное значение при эксплуатации аппарата. Благодаря разборности конструкции, составленной в основном из стандартных штампованных пластин, оказываются возможными оперативные перекомпоновки аппарата для осуществления любых схем работы, определяемых условиями ведения технологического процесса

Таким образом, конструктивные, технологические и эксплуатационные достоинства пластинчатых аппаратов способствуют все более широкому применению их как в химической технологии, так и на предприятиях пищевой промышленности, где они заняли господствующее положение в линиях обработки молока, молока, вина, фруктовых соков, минеральных вод. Технологический процесс, лежащий в основе данного курсового - пастеризация.

Большинство пищевых продуктов (молоко и молочные продукты, овощные соки, овощные и мясные консервы, вино, пиво и др.) и полупродуктов биохимических производств являются благоприятной средой для развития многих микроорганизмов, в том числе и для болезнетворных, способных вызвать инфекционные заболевания.

Пастеризация - это контролируемая тепловая обработка продуктов, предназначенная для уничтожения бактерий и других микроорганизмов, предложенная Луи Пастером в 1860-х гг. Молоко пастеризуется путем нагревания его до температуры 72°С, при которой оно выдерживается в течение 16 секунд. Сейчас используется также ультрапастеризация при помощи которой получают молоко долгосрочного хранения. При этом молоко на одну секунду нагревается до температуры 132°С, что позволяется хранить запакованное молоко в течение нескольких месяцев.

Действие пастеризации на микроорганизмы, содержащиеся в молоке, зависит от температуры, до которой нагревают молоко, и продолжительности выдержки при этой температуре. Пастеризацией уничтожаются микробы, а при стерилизации (нагревании молока выше температуры кипения) - одновременно и споры. Кипячением уничтожается вся микрофлора молока, за исключением спор, устойчивых к температуре кипения. Пастеризацией без заметного изменения органолептических свойств молока (вкус, запах и консистенция) уничтожаются туберкулезные, бруцеллезные и другие болезнетворные бактерии. В обычном сборном молоке погибает 99% бактерий лишь при условии хорошей, надежной стерилизации аппаратуры, инвентаря, посуды, используемых в процессе пастеризации. Так, добавка к пастеризованному молоку загрязненного молока, содержащего 1 млрд. бактерий (т.е. такое количество, которое может остаться по недосмотру в молочном инвентаре), повысит количество бактерий в молоке до 1 млн. в 1 мл. Эти бактерии будут активно размножаться и неизбежно приведут к порче всего молока. Пастеризация, следовательно, наиболее простой и дешевый способ обеззараживания молока. Молоко пастеризуют также при производстве всех молочных продуктов, чтобы предохранить их в последующем от нежелательных процессов, которые вызываются жизнедеятельностью бактерий и особенно кишечной палочки, маслянокислых бактерий и др.

1. Устройство и способ работы пастеризаторов и пластинчатых теплообменников

Современные пластинчатые пастеризационно-охладительные установки представляют собой сложные в техническом отношении комплексы, включающие пластинчатый аппарат, необходимое вспомогательное оборудование и средства автоматизации, обеспечивающие контроль и регулирование работы установки в целом. Серийно выпускаемые охладительные пастеризационные установки различных типов отличаются в основном различной производительностью. В отношении же сочетания отдельных частей установок, состава вспомогательного оборудования и его взаимодействия с пластинчатым аппаратом эти установки имеют много общего, если они имеют одинаковое технологическое назначение. Так, например, для пастеризации молока и сливок используют установки типа ОПУ - 1 (2, 3М, 5М, 10, 15) соответственно производительностью 1000 л/час (2000, 3000, 5000, 10000, 15000). Аналогичные установки работают в линиях производства кисломолочных продуктов и пастеризации молока.

1.1 Принцип конструирования, особенности и классификация пластинчатых теплообменников

Принцип построения разборного пластинчатого теплообменника состоит в том, что пластины одинакового размера располагаются в пространстве параллельно друг другу, причем между рабочими поверхностями двух смежных пластин образуется небольшой зазор, который выполняет функции канала для жидкости, подвергаемой нагреванию или охлаждению. В простейшем случае пластина может быть плоской и прямоугольной, а теплообменник может состоять из трёх пластин, а по-другому рабочая среда, играющая роль тепло - или хладоносителя.



Рисунок 1.1. Схема пластинчатого аппарата

Рама теплообменника (Рисунок 1.1) состоит из неподвижной плиты (1), стойки (4), верхней (2) и нижней (7) направляющих, подвижной плиты (3) и комплекта стяжных болтов (8).

Верхняя и нижняя направляющие крепятся к неподвижной плите и к стойке. На направляющие навешивается подвижная плита (3) и пакет пластин (5,6). Неподвижная и подвижная плиты стягиваются болтами. У одноходовых теплообменников все присоединительные штуцера расположены на неподвижной плите.

Контурная резиновая прокладка охватывает два угловых отверстия, через которые проходит поток рабочей среды в межпластинный канал и выходит из него, а через два других отверстия, изолированных дополнительно кольцевыми уплотнениями, встречный поток проходит транзитом.

Система уплотнительных прокладок пластинчатого аппарата построена так, что после сборки и сжатия пластин в аппарате образуются две системы каналов:

Одна для нагреваемой жидкости, другая для теплоносителя. Одна из этих систем состоит из нечётных каналов, а другая - из чётных, благодаря чему потоки греющей и обогреваемой жидкостей чередуются. Обе системы каналов соединяются со своими штуцерами для входа и выхода

Преимущества пластинчатых теплообменников:

Параллельная расстановка плоских в целом пластин с малыми промежутками между ними позволяет разместить в пространстве рабочую поверхность теплообменника наиболее компактно, что приводит к значительному уменьшению габаритов пластинчатого аппарата по сравнению с другими типами жидкостных теплообменников.

Кроме того, пластинчатый теплообменник может быть легко разобран. Для этого отвинчивают зажимной винт, отодвигают нажимную плиту и перемещают, если требуется, пластины по штангам в пределах образовавшегося свободного пространства, осматривают, чистят и моют.

Следует отметить, что пластинчатый теплообменник может быть охарактеризован не только как разборный, но и как наборный. Он построен на принципе, который позволяет осуществлять различные компоновочные варианты схем аппарата, допускает лёгкое увеличение рабочей поверхности не только проектируемого, но и уже используемого теплообменника. В таких теплообменниках на одной станине располагают секции различного назначения для выполнения в одном аппарате всего комплекса операций тепловой обработки жидкого пищевого продукта.

Пластины современных пластинчатых теплообменников снабжены на поверхности различными элементами, вызывающими искусственную турбулизацию потока. Благодаря этому коэффициенты теплопередачи в таких аппаратах значительно превосходят аналогичные коэффициенты в трубчатых и змеевиковых аппаратах. Наличие узких каналов между пластинами позволяет обработать продукт в тонком слое при малых температурных напорах (до 1,5 ч 2 ⁰С), предотвращая его пригорание.

Недостатки пластинчатых теплообменников:

Пластинчатых теплообменники имеют большое число и большую протяжённость уплотнительных прокладок, замена которых представляет собой довольно трудоёмкий процесс. Кроме того, прокладки из пищевой резины не обладают высокой термической стойкостью и используются при температурах теплоносителей не выше 140 ⁰С. Принятая система уплотнения в пластинчатых аппаратах ограничивает и величину приемлемых давлений, которые не могут превышать 2,2 МПа.

Классификация пластинчатых теплообменников:

- По назначению: нагреватели, охладители, регенераторы, аппараты комплексной тепловой обработки;

- по виду теплоносителя: водообогреваемые, парообогреваемые;

- по виду хладоносителя: охлаждаемые водой, охлаждаемые рассолом, охлаждаемые водой и рассолом;

- по числу секций: односекционные, двухсекционные, многосекционные или комбинированные;

- по взаимному направлению движения жидкостей: прямоточные, противоточные;

- по конструкции пластин: с узкими зигзагообразными каналами, с сетчатыми каналами;

- по виду зажимного механизма: с одновинтовым механизмом, с двухвинтовым механизмом, с гидравлическим зажимом;

- типу выдерживателя: с выносным выдерживателем, с встроенным выдерживателем.

2. Поверочный тепловой расчёт пластинчатых пастеризаторов и охладителей молока

Поверочный тепловой расчет выполняют для выявления возможности использования выбранного охладителя молока или пастеризационно-охладительной установки в заданных эксплуатационных условиях, отличающихся от номинальных (паспортных).

Исходные данные - расходы, начальные (на входе в аппарат) температуры молока и воды, площадь поверхности теплообмена и другие конструктивные размеры, необходимые для выполнения расчетов.

Цель расчета состоит в определении конечных (на выходе из аппарата) температур молока и воды, действительного теплового потока, передаваемого в аппарате, и потерь давления по трактам рабочих сред.

Результаты необходимо сравнить с допустимыми значениями конечных температур молока и воды, теплового потока потерь давления.

Выводы и предложения должны содержать заключение о возможности использования выбранного оборудования и мерах по обеспечению заданного температурного режима обработки молока. В качестве мер могут быть предложены: доохлаждение молока в танках (резервуарах), его пастеризация при повышенной температуре горячей воды и др.

Поверочный тепловой расчет выполняют по методу эффективности с коэффициента эффективности, который определяет долю действительного теплового потока в аппарате от максимального (теоретического возможного).

Основные этапы:

- предварительный расчет температур;

- расчет коэффициента теплопередачи;

- расчет коэффициента эффективности;

- определение конечных температур рабочих сред и теплового потоков в аппарате;

- расчет потерь давления.

2.1 Исходные данные

- производительность технологической линии Q_v=2000 л/ч;

- тип используемых пластин - П-2;

- коэффициент эффективности е = 0,82;

- назначение молока - сырье для молочных заводов;

- начальная температура молока t₁ = 35 ⁰С;

- температура пастеризации t₃ = 93 ⁰С;

- температура холодной воды t^/_в = 10 ⁰С;

- допустимые потери давления по трактам горячей, холодной и ледяной воды ДР_в = 200 кПа.

- температура горячей воды =79 ⁰С;

- температура молока после секции водяного охлаждения t₅ = 10 ⁰С.

При расчётах следует принять:

- температура охлаждённого молока t=4 ⁰C;

- температуру ледяной воды на входе в охладители молока t^/_р=1⁰C;

- кратность расхода горячей воды n_г=4;

- кратность расхода холодной и ледяной воды n_в=n_л=3;

Технические характеристики пластин П-2:

- площадь поверхности теплообмена А₁ = 0,2 м²;

- толщина пластины д =1,2 мм;

- эквивалентный диаметр канала между пластинами d_э = 0,0056 м;

- зазор между пластинами Д = 2,8 мм;

- приведенную длину канала l = 0,81 м;

- площадь поперечного сечения канала S = 0,00076 м²;

2.2 Расчет температур молока и воды в пастеризационно-охладительной установке

Все расчеты производились в соответствии с методическими указаниями. [1].

Температуру горячей воды , поступающей в секцию пастеризации, принять на 3 ⁰С выше температуры пастеризации t₃, а температуру молока t₅ после секции водяного охлаждения - на 2 ⁰С выше температуры холодной воды , на входе в секцию охлаждения.

(2.1)

(2.2)

Температура подогретого молока после секции рекуперации (при входе в секцию пастеризации), С:

(2.3)

Температура пастеризованного молока после секции рекуперации (при входе в секцию охлаждения водой), С:

(2.4)

Температура горячей воды после секции пастеризации, С:

(2.5)

где С_мл и С_в - удельные теплоемкости молока и воды, Дж/(кг·К); n_г - кратность расхода горячей воды.

Температура воды после секции охлаждения холодной водой, С:

(2.6)

где n_в - кратность расхода холодной воды.

Температура ледяной воды после секции охлаждения ледяной водой,С:

(2.7)

где п_л - кратность расхода ледяной воды.

При расчете температур принимали =3,95 кДж/(кг·К) и =4,2кДж/(кг·К).

2.3 Расчет коэффициента теплопередачи

Определяем средние температуры молока (воды) как средние арифметические значения температур на входе и выходе:

В секции рекуперации:

- нагреваемая среда

- греющая среда

В секции пастеризации:

- нагреваемая среда

- греющая среда

В секции охлаждения холодной водой:

- нагреваемая среда

- греющая среда

В секции охлаждения ледяной водой:

- нагреваемая среда

- греющая среда

При средних температурах выписываем теплофизические характеристики молока (воды) из приложения А и занесли их в таблицу 2.1:

Таблица 2.1. Основные теплофизические характеристики рабочих сред.

Наименование рабочей среды	Температура, t, оС	Плотность, с, кг/м3	Теплопроводность, Ср, кДж/(кг•К)	Коэффициент теплопроводности л, Вт/(м•К)	Коэффициент теплоотдачи а•106 м2/с	Коэффициент кинематической вязкости н•106 м2/с	Число Прандтля Pr
Вода	0	1000	4,215	0,561	0,133	1,79	13,46
	10	1000	4,19	0,58	0,138	1,307	9,47
	90	965	4,205	0,675	0,166	0,327	1,97
Молоко	10	1033	3,88	0,531	0,132	2,393	18,12
	30	1024	3,94	0,553	0,137	1,3	9,49
	50	1015	3,97	0,575	0,143	0,837	5,85
	60	1010	3,98	0,586	0,146	0,703	4,82
	80	1000	4,0	0,608	0,152	0,57	3,75

Оптимальное значение скорости рабочей среды в каналах между пластинами, м/с:

, (2.8)

где К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К); ДР - допустимые потери давления, кПа; с_р - удельная изобарная теплоемкость, кДж/(кг·К); Дt - перепад температур рабочей среды на входе и выходе, С; с - плотность рабочей среды, кг/м³; о - коэффициент общего гидравлического сопротивления межпластинных каналов.

При расчете рекомендуется принимать:

- коэффициент теплопередачи - 1000-3000 Вт/(м²·К);

- коэффициент общего гидравлического сопротивления - 1,5-3;

- допустимые потери давления, равными приведенным в исходных данных значениям.

По тракту обрабатываемого молока во всей пастеризационно-охладительной установке допустимую потерю давления следует распределить по отдельным секциям, используя следующие соотношения:

кПа;кПа, (2.9)

где ДР₁, ДР₂, ДР₃ и ДР₄ - допустимые потери давления по тракту молока в секциях пастеризации, рекуперации, охлаждения холодной и ледяной водой.

Под ДР₂ подразумевают потери давления по одному потоку молока (пастеризованного или поступающего на пастеризацию) в секции рекуперации.

В секции рекуперации:

- для нагреваемой среды

м/с

- для греющей среды

м/с

В секции пастеризации:

- молоко

м/с

- вода

м/с

В секции охлаждения холодной водой:

- молоко

м/с

- вода

м/с

В секции охлаждения ледяной водой:

- молоко

м/с

- вода

м/с

Вычисляем число каналов в пакете:

, (2.10)

где - объемный расход рабочей среды (молока, воды), м³/ч;

S - площадь поперечного сечения одного канала, м².

Объемный расход молока:

.

Объемный расход воды:

,

В секции рекуперации:

- для нагреваемой среды

- для греющей среды

Округляем до целого числа и принимаем m_k=2.

В секции пастеризации:

- молоко

- вода

Округляем до целого числа и принимаем m_k=2.

В секции охлаждения холодной водой:

- молоко

- вода

Округляем до целого числа и принимаем m_k=2.

В секции охлаждения ледяной водой:

- молоко

- вода

Округляем до целого числа и принимаем m_k=3.

Используя принятое нами число каналов m_k, вычисляем скорость рабочей среды:

(2.11)

В секции рекуперации:

- для нагреваемой среды

- для греющей среды

В секции пастеризации:

- молоко

- вода

В секции охлаждения холодной водой:

- молоко

- вода

В секции охлаждения ледяной водой:

- молоко

- вода

Рассчитываем число Рейнольдса:

, (2.12)

где d_Э - эквивалентный диаметр межпластинных каналов, м; н - кинематическая вязкость среды, м²/с;

В секции рекуперации:

- для нагреваемой среды

- для греющей среды

В секции пастеризации:

- молоко

- вода

В секции охлаждения холодной водой:

- молоко

- вода

В секции охлаждения ледяной водой:

- молоко

- вода

Рассчитываем число Нуссельта:

(2.13)

где a₀ = 0,1 и m =0,73 - коэффициент и показатель степени, принимаемые по [1] в зависимости от типа пластин и числа Re; Nu и Pr - числа Нуссельта и Прандтля при средней температуре среды; Pr_с - число Прандтля при температуре пластины.

Допустимо принять значение при нагревании среды равным 1,0, а при охлаждении - 0,95.

В секции рекуперации:

- для нагреваемой среды

- для греющей среды

В секции пастеризации:

- молоко

- вода

В секции охлаждения холодной водой:

- молоко

- вода

В секции охлаждения ледяной водой:

- молоко

- вода

Рассчитываем коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·К):

, Вт/(м²·К) (2.14)

где л - теплопроводность среды, Вт/(м·К).

В секции рекуперации:

- для нагреваемой среды

- для греющей среды

В секции пастеризации:

- молоко

- вода

В секции охлаждения холодной водой:

- молоко

- вода

В секции охлаждения ледяной водой:

- молоко

- вода

После определения коэффициентов теплопередачи б₁ и б₂ на обеих сторонах пластины рассчитывают коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К)

, Вт/(м²·К) (2.15)

где д - толщина пластин, м; л=17 Вт/(м·К) - теплопроводность стали, Вт/(м·К); R_з=0,0001 м²·К / Вт - термическое сопротивление загрязнений пластин.

В секции рекуперации:

В секции пастеризации:

В секции охлаждения холодной водой:

В секции охлаждения ледяной водой:

Результаты расчетов представим в таблице 2.2

Таблица 2.2. Результаты расчета коэффициента теплопередачи

Величина	греющая среда	нагреваемая среда
	Пастеризатор (вода)	Охладитель 1 (вода)	Охладитель 2 (вода)	Рекуператор (молоко)	Рекуператор (молоко)	Пастеризатор (молоко)	Охладитель 1 (молоко)	Охладитель 2 (молоко)
Расход рабочей среды, Qvp, м3/ч	2,0
Скорость среды, vгр, м/с	0,37	0,37	0,24	0,37	0,37	0,37	0,37	0,24
Число Рейнольдса Re	6336,4	2583,5	750,8	3358,2	2947,4	3767,3	1593,8	561,6
Число Нусельта, Nu	45,8	50,6	31,5	51,44	52,76	54,8	45,9	29,2
Коэффициэнт теплопередачи, б, Вт/(м·К)	5553	5566	3263	5484	5521	6057	4789	2769
Коэффициэнт теплоотдачи, K, Вт/(м·К)	1291	1223	912	1267	-	-	-	-

2.4 Определение числа пластин

Вычисляем:

1. Тепловой поток, передаваемый в секции (аппарате), Вт:

, (2.14)

где Дt_мл - перепад температур по потоку молока в данной секции, С; с_мл - плотность молока, кг/м³;

В секции рекуперации:

;

В секции пастеризации:

;

В секции охлаждения холодной водой:

;

В секции охлаждения ледяной водой:

;

2. Требуемую площадь поверхности теплообмена, м²:

.

В секции рекуперации:

В секции пастеризации:

В секции охлаждения холодной водой:

В секции охлаждения ледяной водой:

3. Расчетное число пластин

,

В секции рекуперации:

В секции пастеризации:

В секции охлаждения холодной водой:

В секции охлаждения ледяной водой:

где A₁ - площадь поверхности теплообмена одной пластины, м².

4. Число пакетов пластин для трактов рабочих сред с округлением до целого числа:

.

В секции рекуперации:

Принимаем n=2.

В секции пастеризации:

Принимаем n=1.

В секции охлаждения холодной водой:

Принимаем n=4.

В секции охлаждения ледяной водой:

Принимаем n=2.

2.5 Расчет потерь давления

Потери давления рассчитывают отдельно для каждого тракта молока и воды. Определяем коэффициент общего гидравлического сопротивления:

, (2.15)

где а₁=11,2 - постоянный коэффициент.

В секции рекуперации:

- для греющей среды

- для нагреваемой среды

В секции пастеризации:

- молоко

- вода

В секции охлаждения холодной водой:

- молоко

- вода

В секции охлаждения ледяной водой:

- молоко

- вода

, (2.16)

где l - приведенная длина канала между пластинами, м; n - принятое число пакетов.

В секции рекуперации:

- для греющей среды

- для нагреваемой среды

В секции пастеризации:

- молоко

- вода

В секции охлаждения холодной водой:

- молоко

- вода

В секции охлаждения ледяной водой:

- молоко

- вода

Полученные результаты представляем в таблице 2.3

Таблица 2.3. Расчет потерь давления

Величина	греющая среда	нагреваемая среда
	Пастеризатор (вода)	Охладитель 1 (вода)	Охладитель 2 (вода)	Рекуператор (молоко)	Рекуператор (молоко)	Пастеризатор (молоко)	Охладитель 1 (молоко)	Охладитель 2 (молоко)
Коэффициэнт общего гидравлического сопротивления, о	1,26	1,57	2,14	1,47	1,52	1,43	1,77	2,3
Потери давления, ДP, кПа	12,4	61,2	17,8	29,5	30,5	14,15	71,5	19,8
Сумарные потери давления по тракту молока, ?Pm, кПа	170,9
Сумарные потери давления по тракту воды, ?Pв, кПа	91,4

Суммарные потери давления по тракту молока: ? ДP_мол = 170,9 кПа Суммарные потери давления по тракту воды: ? ДP_вод = 91,4 кПа < ДР_в=200 кПа.

2.6 Расчет коэффициента эффективности теплообменной установки

Расчет проводим в следующей последовательности:

- определяем полные теплоемкости рабочих сред (молока и воды), Вт/К

- для нагреваемой среды

(2.17)

- для греющей среды

, (2.17а)

где с - плотность воды, кг/м³;

- меньшему из этих произведений присваиваем индекс «М», а

большему - индекс «Б»;

В секции рекуперации полные теплоемкости будут равны:

- для нагреваемой среды

Вт/К

- для греющей среды

- вычисляют отношение полных теплоемкостей и число единиц переноса

 (2.18)

, (2.19)

где К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К); А - площадь поверхности теплообмена, м².

Вычисляем отношение полных теплоемкостей и число единиц переноса для рекуператора:

Коэффициент эффективности рассчитывают для противоточной схемы движения [10].

(2.20)

Вычисляем значение коэффициента эффективности для рекуперации:

Расчетное значение коэффициента эффективности секции рекуперации пастеризационно-охладительной установки практически совпадает с начальным (паспортным) значением коэффициента рекуперации.

В секции пастеризации полные теплоемкости будут равны:

- для нагреваемой среды

Вт/К

- для греющей среды

В секции охлаждения холодной водой:

- для нагреваемой среды

Вт/К

- для греющей среды

В секции охлаждения ледяной водой:

- для нагреваемой среды

Вт/К

- для греющей среды

2.7 Расчёт тепловой изоляции трубопровода и технического оборудования

Тепловая изоляция трубопроводов и технологического оборудования применяется для снижения:

- потерь температур от горячих и холодных поверхностей трубопровода и теплообменного оборудования.

- появления конденсата на холодных поверхностях.

Исходные данные:

- температура окружающей среды t_{окр ср} ? 16°С;

- влажность ?60%;

- температура точки росы по i-d-диаграмме t_р ? 8°С.

Для предотвращения образования конденсата на поверхностях холодных трубопроводов необходимо на них наложить изоляцию. По i-d-диаграмме влажного воздуха (Приложение В) определяется точка росы для температуры помещения с температурой t_{окр. ср},°С и влажностью , % (допускаем запас). Определяем точку росы t_р,°С при = 100%. Наружную температуру изоляции для холодных трубопроводов и теплообменных аппаратов принимаем на 3°С выше температуры точки росы а для горячих 30°С.

В качестве теплоизоляционного материала принимаем минеральную вату с коэффициентом теплопроводности =0,047 (Вт/мК). Коэффициент теплоотдачи от изоляции к воздуху принимаем б = 10 Вт/м²•К.

Выбираем диметр трубопровода d, мм.

Критический размер изолируемых поверхностей, м:

(2.21)

где л Вт/м°К коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала.

Использовать данную изоляцию целесообразно при d_кр ? d.

Тепловой поток через изоляцию, Вт/м:

(2.22)

где t_c1 -температура стенки трубы, равная температуре жидкости в трубе т.к. считаем, что теплоотдача от жидкости к стенке трубы бесконечна; t_c2 -температура изоляции. Она не должна превышать 50°С.

Тепловой поток от изоляции к окружающей среде:

(2.23)

где d₂ - диаметр изоляции;

Приравниваем тепловые потоки и находим размер изоляции для трубопроводов с горячей водой и горячим молоком, м:

(2.24)

Рассчитываем тепловую изоляцию в секции пастеризации по тракту:

а) молока:

t_c1 = 86,37°С - температура трубы без изоляции

t_c2 = 30°С - температура трубы с использованием изоляции

Рассчитываем диаметр изоляции d₂:

б) воды:

t_c1 = 94,44°С - температура трубы без изоляции

t_c2 = 30°С - температура трубы с использованием изоляции

Рассчитываем диаметр изоляции d₂:

Рассчитываем тепловую изоляцию в секции охлаждения холодной водой по тракту:

а) молока:

t_c1 = 30,14°С - температура трубы без изоляции

t_c2 = 30°С - температура трубы с использованием изоляции

Рассчитываем диаметр изоляции d₂:

Рассчитываем тепловую изоляцию в секции охлаждения ледяной водой по тракту:

а) молока:

t_c1 = 8°С - температура трубы без изоляции

t_c2 = 11°С - температура трубы с использованием изоляции

Рассчитываем диаметр изоляции d₂:

б) воды:

t_c1 = 1,94°С - температура трубы без изоляции

t_c2 = 11°С - температура трубы с использованием изоляции

Рассчитываем диаметр изоляции d₂:

2.8 Компоновка оборудования в производственных помещениях

Основное и вспомогательное оборудование следует размещать в помещении в соответствии с принципиальной технологической схемой, в основном по ходу рабочих сред. Рациональное расположение оборудования позволит сократить протяженность соединительных трубопроводов и упростить монтаж.

При размещении оборудования следует предусмотреть проходы:

- между выступающими частями аппаратов не менее 1,0 м;

- вдоль фронта обслуживания, а также между электрическими щитами и оборудованием не менее 1,5 м;

- между оборудованием и стенами не менее 0,7. Допускается не устраивать прохода со стороны, с которой не требуется обслуживание оборудования.

При расположении оборудования необходимо обеспечить возможность его разборки и ремонта. Возле оборудования должны быть предусмотрены площадки, достаточные для размещения отдельных деталей и частей эксплуатируемого оборудования.

Для размещения холодильных установок предусматривает отдельные помещения.

Схема размещения оборудования представлена в приложении В.

Заключение

теплообменник пастеризационный пластинчатый

Произвел расчет основных параметров пластинчатого теплообменника: коэффициентов теплопередачи, оптимальных значений скоростей рабочей среды в каждой из секций, нашел температуры и тепловые напоры, рассчитал числа Рейнольдса, Нуссельта и коэффициент теплоотдачи.

По полученным параметрам подобрал наиболее подходящую схему компоновки для каждой секции с целью обеспечения максимальной эффективности теплообмена.

Произвел расчёт тепловой изоляции горячих и холодных труб с целью обеспечения безопасности на производстве и обеспечения минимальных потерь тепла.

При помощи данной методики расчета можно произвести достаточно точный практический расчет с целью его дальнейшей реализации в производстве.

Список использованных источников

1. Пашинский В.А. Левин М.Л. Антух А.А. Расчет пластинчатого теплообменника; Методические указания. - Мн.: учреждение образования МГЭУ им. А.Д. Сахарова, 2011.

2. Механизация животноводства: Учеб. для с.-х. вузов / Под ред. В.К. Гриба. - Мн.: Ураджай, 1997.

3. Цыганок Т.П., Шаршунов В.А. Практикум по машинному доению коров и обработке молока. - Мн.: Ураджай, 1997.

4. Барановский Н.В. и др. Пластинчатые и спиральные теплообменники / Н.В. Барановский, Л.М. Коваленко, А.Р. Ястребекецкий. М.: Машиностроение, 1973.

5. Брагинец Н.В., Палишкин Д.А. Курсовое и дипломное проектирование по механизации животноводства. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1991.

6. Босин: И.Н. Охлаждение молока на комплексах и фермах. - М.: Колос, 1993.

7. Мельников СВ. Технологическое оборудование животноводческих ферм и комплексов. - 2-е изд. перераб. и доп. - Л.; Агропромиздат. Ленингр.отделение, 1935.

8. Механизация технологических процессов/ Н.В. Белянчиков, И.П. Еелехов, Г.Н. Кожевников, А.К. Тургиев. - М.:Агролромиздат,

9. Митин В.В. Курсовое и дипломное проектирование оборудования предприятий мясной и молочной. промышленности. - М.: Колос, 1992.

10. Промышленные тепломассообменные процессы и установки: Учебник для вузов/ A.M. Балластов, В.А. Горбенко, О.Л. Данилов к др.; Под ред. А.М. Бакластова. - М.:Энергоатомиздат, 1986.

Приложение А

Теплофизические свойства воды и молока при атмосферном давлении

Вещество	t, оС	с, кг/м3	Ср, кДж/(кг•К)	л, Вт/(м•К)	а•106 м2/с	н•106 м2/с	Pr
Вода	0	1000	4,215	0,561	0,133	1,79	13,46
	10	1000	4,19	0,58	0,138	1,307	9,47
	20	1000	4,18	0,598	0,143	1,003	7,01
	30	995	4,18	0,616	0,148	0,802	5,41
	40	993	4,18	0,631	0,152	0,658	4,33
	50	988	4,18	0,644	0,156	0,554	3,55
	60	983	4,18	0,655	0,159	0,475	2,98
	70	978	4,19	0,663	0,162	0,413	2,55
	80	972	4,195	0,67	0,164	0,365	2,22
	90	965	4,205	0,675	0,166	0,327	1,97
	100	958	4,215	0,679	0,168	0,295	1,75
Молоко	0	1040	3,85	0,52	0,13	2,98	22,92
	10	1033	3,88	0,531	0,132	2,393	18,12
	20	1028	3,94	0,542	0,134	1,74	12,99
	30	1024	3,94	0,553	0,137	1,3	9,49
	40	1020	3,96	0,564	0,14	1,02	7,29
	50	1015	3,97	0,575	0,143	0,837	5,85
	60	1010	3,98	0,586	0,146	0,703	4,82
	70	1005	3,99	0,597	0,149	0,617	4,14
	80	1000	4,0	0,608	0,152	0,57	3,75
	90	993	4,0	0,619	0,156	0,55	3,53

Приложение Б

I-d диаграмма влажного воздуха

Приложение В

Схема компоновки каналов устройств пастеризационно-охладительной линии

Размещено на Allbest.ru