Расчеты четырёхсекционного пластинчатого теплообменника для пастеризации - ABCD42.RU

Расчеты четырёхсекционного пластинчатого теплообменника для пастеризации

Расчеты четырёхсекционного пластинчатого теплообменника для пастеризации

1. Описание и основы технологического процесса. Обоснование выбора аппарата. Литературный обзор.

2. Требования, предъявляемые к разрабатываемому аппарату

3. Описание конструкции аппарата, выбор материалов для его изготовления

4. Расчёт аппарата.

5. Мероприятия, предусмотренные по охране труда

Произвести тепловой, конструктивный и гидравлический расчеты и выполнить чертежи четырёхсекционного пластинчатого теплообменника для пастеризации по следующим данным :

1. Продукт сок виноградный

2. Производительность G=0,4 кг/с

3. Начальная температура продукта t1=14°С

4. Температура продукта на входе в секцию пастеризации t2=60°C

5. Температура пастеризации продукта t3 =84°C

6. Температура продукта на входе в секцию водяного охлаждения t4=28°С

7. Температура продукта на входе в секцию рассольного

8. Конечная температура продукта t6=5°C

9. Начальная температура рассола t7=-2°C

10. Конечная температура рассола t8=1 °C

11. Начальная температура горячей воды t9=94°C

12. Конечная температура горячей воды t10= 88°C

13. Начальная температура холодной воды t11 = 7 °C

14. Конечная температура холодной воды t12=15°C

15. Скорость движения продукта (рекомендуемая) V=0,4м/с

В данное время аппаратурное оформление пищевых производств достигла значительного технического совершенства на базе последних научных исследований, общего технического прогресса и автоматизации производственных процессов; особенно широко стали использоваться в пищевой технологии достижения физики.

Техника высоких давлений, высокого вакуума, глубокого охлаждения, ультразвука, мембранного разделения крепко заняла место в пищевой промышленности Все это выдвигает необходимость научного обоснования разнообразных проблем, связанных с производством пищевых продуктов. Эти задания успешно решаются на основании данных науки про процессы и аппараты пищевых производств.

Процессы пищевой технологии в большинстве значительно сложные и часто представляют соединение гидродинамических, тепловых, масообменных, биохимических и механических процессов.

В данной работе проводится расчёт пластинчатого теплообменника для проведения пастеризации. Данный аппарат предназначен для непрерывного проведения процесса.

Целесообразно построенный аппарат должен удовлетворять эксплуатационным, конструктивным, эстетическим требованиям и требованиям техники безопасности.

В настоящее время при конструировании аппаратов для достижения оптимальных показателей ведутся работы по снижению энергоемкости и увеличению интенсивности процессов, проходящих в аппаратах, по снижению материалоёмкости при производстве аппаратов и уменьшению габаритных размеров аппаратов.

1.Описание и основы технологического процесса. Обоснование выбора аппарата. Литературный обзор

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 — один из приемов консервирования продуктов, научное обоснование какому дал Л. Пастер в 1860 г. Под пастеризацией понимают термическую обработку продуктов при температуре ниже 100 °С с последующим охлаждением к температуре 6. 8 °С. Пастеризация, как правило, убивает неспоровые болезнетворные микроорганизмы и сокращает общую бактериальную загрязненность продукта, который повышает его стойкость. Быстрое охлаждение продукта после пастеризации необходимо для того, чтобы отвернуть развитие окончательной микрофлоры, т.е. прорастание в вегетативные клетки спор, которые сохраняют жизнеспособность во время одноразового нагревания[1, стр.305].

Пастеризация не должна приводить к изменению физико-химического состояния продукта и ухудшение его качества.

Во время пастеризации необходимо соблюдение таких требований: освещенный или тщательно очищенный от посторонних примесей продукт нагревают равномерно, при постоянной температуре, тонким слоем,избегая пригорание; операцию проводят в герметичных условиях; продукт выводят из пастеризатора максимально охлажденным. Теплообменную аппаратуры изготовляют из химически стойких материалов, которые имеют большую теплопроводность.

Эффективность пастеризации — степень подавления микрофлоры -зависит от температуры и продолжительности выдержки продукта за этой температуры. Зависимость необходимого времени пастеризации от температуры в большинстве случаев высказывается логарифмической зависимостью:

где и — коэффициенты, которые зависят от стойкости микроорганизмов к тепловым влияниям и среде, в котором они находятся.

Коэффициенты и определяют экспериментально с учетом полного уничтожения болезнетворной микрофлоры, с одной стороны, и предотвращения физико-химических изменений в продукте, которые вызываются временным температурным влиянием — с другой[1, стр.305].. Тем не менее эти данные установлены далеко не для всех продуктов, которые подвергаются пастеризации.

Представляет интерес, что чем ниже температура пастеризации, тем более времени требуется для достижения нужного эффекта. Зависимость между температурой нагревания и продолжительностью выдержки объясняется двумя причинами. Одна из них связанная с тем, что денатурация, разрушение структуры вещества, из которого составляется микробная клетка, происходят во времени. Это время тем меньше, чем температура больше. Другая причина вызвана закономерностями теплообмена. Нагревание микроорганизмов при пастеризации любого вида осуществляется не непосредственно, а через ту среду, в котором находятся бактерии. Поэтому для того, чтобы температура клетки бактерии достигала той же температуры, которая и среда, требуется определенное время.

Для оценки эффекта пастеризации Г.А. Кук ввел критерий Пастера, который представляет собой отношение действительной продолжительности пребывания продукта при бактерицидной температуре к теоретической:

где — действительное время нахождения продукта при температуре пастеризации.

Идеальным вариантом проведения пастеризации является условие, при котором Ра=1.

При Ра > 1 продукт при температуре пастеризации находится более продолжительный период, чем максимально возможный период, определённый условиями пастеризации. При этом могут существенным образом изменяться физико-химические свойства продукта, что не желательно.

Расчет пластинчатого теплообменника. 3 реальных примера из практики.

Поговорим о расчетах теплообменников, это довольно непростой процесс, как бы ни казалось с первого взгляда. Сложность, как всегда кроется в деталях. При общении с заказчиками, мы часто слышим 3 основных вопроса:

  1. Какая цена теплообменника?
  2. За сколько времени вы его изготовите?
  3. Есть ли скидка?

Кажется все очень просто, посчитал теплообменник, уточнил сроки изготовления, договорился о приемлемой цене и готово. Но, на практике все выглядит немного сложнее…

Итак, мы получили заявку на подбор теплообменника – что происходит дальше? Первое общение с заказчиком – это звонок по телефону. Цель этого звонка, выяснить, какие данные есть у заказчика для расчета теплообменника. В обязательном порядке, за клиентом закрепляется инженер. Его задача определить параметры для расчета:

  1. Мощность теплообменного аппарата
  2. Типы рабочих сред
  3. Какой процесс будет происходить в теплообменнике (нагрев или охлаждение)
  4. Температуры рабочих сред на входе и выходе из теплообменника

Эти параметры может предоставить заказчик, заполнив опросный лист или просто сообщив их нам. Очень часто, данных не достаточно для расчета. В таком случае, наш инженер начинает работать с организациями и людьми, которые имеют прямое отношение к разработке тех. условий, при которых будет эксплуатироваться теплообменник (проектные институты, поставщики тепла, специалисты на объектах и т.д.). При этом он самостоятельно выясняет недостающие параметры и приступает к расчету теплообменника.

Для расчета используются специальные программы. Их разрабатывают ведущие производители теплообменных аппаратов. Собранные технические параметры вносятся в программу, где происходит расчет аппарата.

Программа для расчета пластинчатых теплообменников

Мы подошли к этапу, когда все данные собраны и занесены в программу. Какой результат мы получим?
Для этого предлагаю рассмотреть реальный пример из нашей практики. К нам обратился заказчик из г. Волгограда. Он поставил задачу рассчитать пластинчатый теплообменник для системы отопления многоквартирного жилого дома. По техническому заданию теплообменник должен обладать следующими параметрами:

  1. Мощность – 400 кВт.
  2. Температура греющего теплоносителя – 95С
  3. Нагреваемый контур имеет график 60C/80C. Теплоноситель для потребителя необходимо нагреть до 80С
  4. Потери давления в теплообменнике 30 кПа по обоим контурам теплообменника
  5. Запас поверхности теплообменника – 15%

Наш инженер внес эти параметры в программу расчета. В результате мы получили теплообменный аппарат SN14-37. Расчет состоит из теплофизической части и чертежа теплообменника.

Мы используем только сертифицированные программы для подбора теплообменников. Благодаря этому можем гарантировать 100% правильность расчета.

Читайте также  Элитарное и массовое искусство

Расчет теплообменника занимает от 15 до 30 минут. Сложные случаи применения, такие как: агрессивные среды, мощность более 5 МВт., теплообменники с нестандартными патрубками и т. д. могут занимать до 3-4 часов.

После того как расчет будет выполнен, наш специалист направит вам на согласование:

  1. Технический расчет теплообменника. Он включает в себя теплотехнический расчет и чертеж теплообменника.
  2. Коммерческое предложение с ценой и сроком изготовления аппарата
  3. Рекомендации по установке и эксплуатации

Мы проводим более 25 расчетов теплообменников в день. Эти расчеты затрагивают различные сферы применения, от стандартных (ГВС, отопление, теплый пол), до таких экзотических, как нагрев воды в аквариуме, майнинг и охлаждение воды в бассейне с моржом.
Давайте рассмотрим 3 примера расчета теплообменных аппаратов, выполненных для различных инженерных систем. Выясним особенности расчета каждого варианта.

    Теплообменник для системы ГВС
    При расчете этих теплообменников, ключевым параметром является пиковый расход горячей воды. Его можно определить, зная, сколько в системе точек водоразбора. Ниже представлен расчет теплообменника для системы ГВС с 30 точками. 20 точек могут работать одновременно – пиковый расход по горячей воде – 4,5 т./ч.

  • Теплообменник для системы отопления
    Если вам необходим теплообменник для отопления, мы советуем обратить особое внимание на такой параметр как площадь отапливаемой поверхности и высота помещения. Так же важно знать теплопроводность ограждающих конструкций (стены, окна, крыша и т.д.). По этим данным определяется нагрузка на теплообменник отопления. Это пример расчета теплообменника для отопления жилого дома, с отапливаемой площадью – 650 м2. Высота потолков – 2,7 м. Это класс зданий относится к жилым зданиям.
  • 3. Теплообменник для нагрева бассейна
    Расчет теплообменника для бассейна проводится по следующим основным параметрам: объем бассейна, площадь зеркала воды, открытый или закрытый бассейн и т.д. Эти данные позволяют определить мощность теплообменного аппарата. Давайте рассмотрим пример расчета теплообменника для нагрева воды в бассейне объемом 150 м3.

    В заключение, мы вынесем основные тезисы, которые помогут вам при подборе теплообменника:

    1. Особое внимание уделите определению расчетных параметров, на основании которых будет проводиться расчет – это может сэкономить ваши средства! Бывают ситуации, когда изменение температуры рабочей среды на несколько градусов, меняет цену теплообменника на несколько тысяч рублей.
    2. При сравнении расчетов от нескольких производителей. Обратите внимание на такие параметры как: площадь поверхности теплообмена, запас поверхности теплообмена в % и потери давления. Это параметры, которыми чаще всего манипулируют, чтобы снизить цену теплообменника.
    3. Также найдите в расчете пункт, где указан материал пластин и толщина пластин. Очевидно, что теплообменник с пластинами из нержавеющей стали AISI304 будет дешевле теплообменника с пластинами из AISI316. Это же касается и толщины пластин, она должна быть 0,5 мм. – это оптимальный вариант. Более тонкие пластины это маркетинговый ход, цель которого снизить цену теплообменника, при этом ухудшив его эксплуатационные свойства.
    4. Работайте с организациями, которые не первый год на рынке и имеют свой сервисный отдел. Это поможет вам в дальнейшем без проблем найти запасные комплектующие и провести промывку вашего теплообменника.

    Надеемся, информация, изложенная в статье, поможет вам при выборе теплообменника. Если у вас возникнут какие-то сложности и вопросы – мы всегда готовы помочь. Наши специалисты объяснят, какие данные необходимы для расчета и помогут их правильно определить.

    Если вы не нашли ответа на свой вопрос в нашей статье или
    вам необходим подбор теплообменника, обращайтесь к нам:

    ТЕЛЕФОН: +7 (800) 301-02-65 (бесплатный номер)

    8-902-403-22-00 (WhatsApp, Viber)

    АДРЕС: Россия, г. Краснодар, ул. Дзержинского 94/1

    4. Расчёт аппарата

    Для лучшего усвоения работы пластинчатого теплообменника и быстрой ориентации в параметрах продукта и тепло-хладоносителей строится график изменения температур жидкостей для всех секций с обозначением на нём начальных и конечных температур согласно заданию.

    Определение средних температурных напоров для каждой секции .

    Определение разности температур на входе и выходе секции и

    Так как / = 24/14 = 1.7 > 1.6 , то находим по формуле:

    Так как / = 28/10 = 2,8 > 1.6 , то находим по формуле:

    Секция предварительного охлаждения :

    Так как / = 13/5 = 2,6 > 1.6 , то находим по формуле:

    Секция окончательного охлаждения :

    Так как / = 11/7 = 1,57 > 1.6 , то находим по формуле:

    Определение средних температур и выбор теплофизических характеристик тепло- либо хладоносителей осуществляю также по секциям. При этом по значению из справочной литературы [5,6,7,8,9,10,15] нахожу плотность теплоемкость динамический либо кинематический коэффициент вязкости коэффициент теплопроводности критерий Прандтля Если в таблицах отсутствует значение критерия то его следует рассчитать, как

    а) Сторона нагревания ( сырой продукт):

    — Средняя температура продукта =( t1 + t2 )/2 по этой температуре находятся

    б) Сторона охлаждения ( пастеризованный продукт):

    — Средняя температура продукта =( t3 + t4 )/2 по этой температуре находятся

    а) Сторона нагревания продукта :

    — Средняя температура продукта =( t2 + t3 )/2 по этой температуре находятся

    б) Сторона охлаждения ( горячая вода):

    — Средняя температура горячей воды =( t9 + t10 )/2 по этой температуре находятся

    Секция предварительного охлаждения :

    а) Сторона нагревания (холодная вода) :

    — Средняя температура холодной воды =( t11 + t12 )/2 по этой температуре находятся

    б) Сторона охлаждения ( продукт) :

    — Средняя температура продукта =( t4 + t5 )/2 по этой температуре находятся

    Секция окончательного охлаждения :

    а) Сторона нагревания (рассол NaCl-10%):

    — Средняя температура рассола =( t7 + t8 )/2 по этой температуре находятся

    б) Сторона охлаждения ( продукт) :

    — Средняя температура продукта =( t5 + t6 )/2 по этой температуре находятся

    Определение нагрузок по секциям :

    Секция водяного (предварительного) охлаждения :

    Секция рассольного (окончательного ) охлаждения :

    Определение расхода тепло — и хладоносителей и их кратностей производится из теплового баланса секций

    б) Кратность расхода горячей воды:

    б) Кратность расхода холодной воды :

    б) Кратность расхода рассола :

    Расчет числа каналов , расчет скоростей горячей , холодной воды и рассола.

    Для конструирования данного аппарата принимается пластина П-2

    — Рабочая поверхность : F =0,198 м 2 ;

    — ширина потока : 0,27 м;

    — приведенная высота : 0,74 м ;

    — средний зазор между пластинами : 0,0028 м ;

    — эквивалентный диаметр : 0,0056 м;

    — площадь сечения канала : 0,000756 м 2 ;

    — габаритные размеры : высота :1,025 м ;

    толщина : 0,0012 м.

    Для пластины П-2 примем

    Число каналов в пакете определяется на основании уравнения не-

    где скорость движения продукта,

    ширина проточной части пластины, м;

    зазор между пластинами, м;

    Число каналов в пакете принимаем m=2. Число параллельных каналов в пакетах можно принимаем одинаковым для всего аппарата.

    а) скорость движения горячей воды :

    Так как привышает допустимые значения , то принимаем для секции пастеризации m=4 и пересчитываем скорость :

    б) скорость движения продукта :

    Секция водяного охлаждения :

    а) скорость движения холодной воды :

    б) скорость движения продукта :

    Секция рассольного охлаждения :

    а) скорость движения рассола :

    б) скорость движения продукта :

    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 рассола (соответственно секциям),

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

    а) для потока сырого продукта ( сторона нагревания ):

    б) для потока пастеризованного продукта (сторона охлаждения ):

    а) для потока продукта (сторона нагревания ) :

    б) для потока горячей воды ( сторона охлаждения ):

    а) для потока холодной воды ( сторона нагревания ) :

    б) для потока продукта ( сторона охлаждения ) :

    Секция рассольного охлаждения :

    а) для потока рассола ( сторона нагревания ):

    Читайте также  Таможенное оформление товаров

    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 :

    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 рассольного 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 :

    Секция водяного охлаждения :

    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

    а) для потока сырого сока:

    б) для потока пастеризованного сока :

    Секция водяного охлаждения :

    Секция рассольного охлаждения :

    Сначала найдем подачу насоса.

    Исходя из полученных данных выбираю насос типа МЦС12-10 и по рисунку 7 -Характеристика центробежного насоса МЦС12-10 /4/.

    Данный насос имеет следующие характеристики:

    Мощность привода насоса : зэл. принимаем равным 0.5:

    Исходя из данного расчета из таблицы 15 /5/ выбираю двигатель типа 4А80А4УЗ мощность N=1.1кВт , частотой вращения 1420 об/мин, кпд зэл.=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.

    Исходя из полученных данных выбираю насос типа МЦС12-10 и по рисунку 7 -Характеристика центробежного насоса МЦС12-10 /4/.

    Данный насос имеет следующие характеристики:

    Мощность привода насоса : зэл. принимаем равным 0.5:

    Исходя из данного расчета из таблицы 15 /5/ выбираю двигатель типа 4А80В4УЗ мощность N=1.5кВт , частотой вращения 1415 об/мин, кпд зэл.=77%.Пересчитываю мощность привода насоса.

    Двигатель соответствует требованиям.

    Секция предварительного охлаждения :

    Исходя из полученных данных выбираю насос типа МЦС12-10 и по рисунку 7 -Характеристика центробежного насоса МЦС12-10 /4/.

    Данный насос имеет следующие характеристики:

    Мощность привода насоса : зэл. принимаем равным 0.5:

    Исходя из данного расчета из таблицы 15 /5/ выбираю двигатель типа 4А80А4УЗ мощность N=1.1кВт , частотой вращения 1420 об/мин, кпд зэл.=75%.Пересчитываю мощность привода насоса.

    Двигатель соответствует требованиям.

    Секция окончательного охлаждения:

    Исходя из полученных данных выбираю насос типа МЦС12-10 и по рисунку 7 -Характеристика центробежного насоса МЦС12-10 /4/.

    Данный насос имеет следующие характеристики:

    Мощность привода насоса : зэл. принимаем равным 0.5:

    Исходя из данного расчета из таблицы 15 /5/ выбираю двигатель типа 4А80А4УЗ мощность N=1.1кВт , частотой вращения 1420 об/мин, кпд зэл.=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 :

    Тепловой расчет теплообменных аппаратов

    Введение

    Теплообменный аппарат – это устройство, обеспечивающее передачу тепла между средами, разнящимися по температуре. Для обеспечения тепловых потоков различного количества конструируются разные теплообменные устройства. Они могут иметь разные формы и размеры в зависимости от требуемой производительности, но основным критерием выбора агрегата является площадь его рабочей поверхности. Она определяется с помощью теплового расчета теплообменника при его создании или эксплуатации.

    Расчет может нести в себе проектный (конструкторский) или проверочный характер.

    Конечным результатом конструкторского расчета является определение площади поверхности теплообмена, необходимой для обеспечения заданных тепловых потоков.

    Проверочный расчет, напротив, служит для установления конечных температур рабочих теплоносителей, то есть тепловых потоков при имеющейся площади поверхности теплообмена.

    Соответственно, при создании устройства проводится конструкторский расчет, а при эксплуатации – проверочный. Оба расчета идентичны и, по сути, являются взаимообратными.

    Основы теплового расчета теплообменных аппаратов

    Основой для расчета теплообменников являются уравнения теплопередачи и теплового баланса.

    Уравнение теплопередачи имеет следующий вид:

    • Q – размер теплового потока, Вт;
    • F – площадь рабочей поверхности, м2;
    • k – коэффициент передачи тепла;
    • Δt – разница между температурами носителей на выходе в аппарат и на выходе из него. Также величина называется температурным напором.

    Как можно заметить, величина F, являющаяся целью расчета, определяется именно через уравнение теплопередачи. Выведем формулу определения F:

    Уравнение теплового баланса учитывает конструкцию самого аппарата. Рассматривая его можно определить значения t1 и t2 для дальнейшего вычисления F. Уравнение выглядит следующим образом:

    • G1 и G2 – расходы масс греющего и нагреваемого носителей соответственно, кг/ч;
    • cp1 и cp2 – удельные теплоемкости (принимаются по нормативным данным), кДж/кг‧ ºС.

    В процессе обмена тепловой энергией носители изменяют свои температуры, то есть в устройство каждый из них входит с одной температурой, а выходит – с другой. Эти величины (t1 вх ;t1 вых и t2 вх ;t2 вых ) являются результатом проверочного расчета, с которым сравниваются фактические температурные показатели теплоносителей.

    Вместе с тем большое значение имеют коэффициенты теплоотдачи несущих сред, а также особенности конструкции агрегата. При детальных конструкторских расчетах составляются схемы теплообменных аппаратов, отдельным элементом которых являются схемы движения теплоносителей. Сложность расчета зависит от изменения коэффициентов теплопередачи k на рабочей поверхности.

    Для учета этих изменений уравнение теплопередачи принимает дифференциальный вид:

    Такие данные, как коэффициенты теплоотдачи носителей, а также типовые размеры элементов при конструировании аппарата или при проверочном расчете, учитываются в соответствующих нормативных документах (ГОСТ 27590).

    Пример расчета

    Для большей наглядности представим пример конструкторского расчета теплообмена. Этот расчет имеет упрощенный вид, и не учитывает потерь теплоты и особенностей конструкции теплообменного аппарата.

    • Температура греющего носителя при входе t1 вх = 14 ºС;
    • Температура греющего носителя при выходе t1 вых = 9 ºС;
    • Температура нагреваемого носителя при входе t2 вх = 8 ºС;
    • Температура нагреваемого носителя при выходе t2 вых = 12 ºС;
    • Расход массы греющего носителя G1 = 14000 кг/ч;
    • Расход массы нагреваемого носителя G2 = 17500 кг/ч;
    • Нормативное значение удельной теплоемкости ср =4,2 кДж/кг‧ ºС;
    • Коэффициент теплопередачи k = 6,3 кВт/м 2 .

    1) Определим мощность теплообменного аппарата с помощью уравнения теплового баланса:

    Q вх = 14000‧4,2‧(14 – 9) = 294000 кДж/ч

    Q вых = 17500‧4,2‧(12 – 8) = 294000 кДж/ч

    Qвх = Qвых. Условия теплового баланса выполняются. Переведем полученную величину в единицу измерения Вт. При условии, что 1 Вт = 3,6 кДж/ч, Q = Qвх = Qвых = 294000/3,6 = 81666,7 Вт = 81,7 кВт.

    Читайте также  Психодиагностика межличностных отношений

    2) Определим значение напора t. Он определяется по формуле:

    3) Определим площадь поверхности теплообмена с помощью уравнения теплопередачи:

    F = 81,7/6,3‧1,4 = 9,26 м2.

    Как правило, при проведении расчета не все идет гладко, ведь необходимо учитывать всевозможные внешние и внутренние факторы, влияющие на процесс обмена теплом:

    • особенности конструкции и работы аппарата;
    • потери энергии при работе устройства;
    • коэффициенты теплоотдачи тепловых носителей;
    • различия в работе на разных участках поверхности (дифференциальный характер) и т.д.

    Вы можете самостоятельно провести тепловой расчет на основе уравнений выше и получить результат в pdf-формате (в полях «Допустимые потери», «Давление расч.» и «Tmax» можно указать произвольные данные, единственное ограничение: Tmax > t1).

    ВАЖНО: Для наиболее точного и достоверного расчета инженер должен понимать сущность процесса передачи тепла от одного тела к другому. Также он должен быть максимально обеспечен необходимой нормативной и научной литературой, поскольку в расчете на множество величин составлены соответствующие нормы, которых специалист обязан придерживаться.

    Выводы

    Что мы получаем в результате расчета и в чем его конкретное применение?

    Допустим, что на предприятие поступил заказ. Необходимо изготовить тепловой аппарат с заданной поверхностью теплообмена и производительностью. То есть перед предприятием не стоит вопрос размеров аппарата, но стоит вопрос материалов, которые обеспечат нужную производительность с заданной рабочей площадью.

    Для решения данного вопроса производится тепловой расчет, то есть определяются температуры теплоносителей на входе и выходе из аппарата. Исходя из этих данных выбираются материалы для изготовления элементов устройства.

    В конечном итоге, можно сказать, что рабочая площадь и температура носителей на входе и выходе из аппарата – основные взаимосвязанные показатели качества работы теплообменника. Определив их путем теплового расчета инженер сможет разработать основные решения для конструирования, ремонта, контроля и поддержания работы теплообменников.

    В следующей статье мы рассмотрим назначение и особенности механического расчета теплообменника, поэтому подписывайтесь на нашу e-mail рассылку и новости в соц сетях, чтобы не пропустить анонс.

    Расчеты четырёхсекционного пластинчатого теплообменника для пастеризации

    1. Описание и основы технологического процесса. Обоснование выбора аппарата. Литературный обзор.

    2. Требования, предъявляемые к разрабатываемому аппарату

    3. Описание конструкции аппарата, выбор материалов для его изготовления

    4. Расчёт аппарата.

    5. Мероприятия, предусмотренные по охране труда

    Произвести тепловой, конструктивный и гидравлический расчеты и выполнить чертежи четырёхсекционного пластинчатого теплообменника для пастеризации по следующим данным :

    1. Продукт сок виноградный

    2. Производительность G =0,4 кг/с

    3. Начальная температура продукта t 1 =14°С

    4. Температура продукта на входе в секцию пастеризации t 2 =60° C

    5. Температура пастеризации продукта t 3 =84° C

    6. Температура продукта на входе в секцию водяного охлаждения t 4 =28°С

    7. Температура продукта на входе в секцию рассольного

    охлаждения t 5 =12° C

    8. Конечная температура продукта t 6 =5° C

    9. Начальная температура рассола t 7 =-2° C

    10. Конечная температура рассола t 8 =1 ° C

    11. Начальная температура горячей воды t 9 =94° C

    12. Конечная температура горячей воды t 10 = 88° C

    13. Начальная температура холодной воды t 11 = 7 ° C

    14. Конечная температура холодной воды t 12 =15° C

    15. Скорость движения продукта (рекомендуемая) V =0,4м/с

    В данное время аппаратурное оформление пищевых производств достигла значительного технического совершенства на базе последних научных исследований, общего технического прогресса и автоматизации производственных процессов; особенно широко стали использоваться в пищевой технологии достижения физики.

    Техника высоких давлений, высокого вакуума, глубокого охлаждения, ультразвука, мембранного разделения крепко заняла место в пищевой промышленности Все это выдвигает необходимость научного обоснования разнообразных проблем, связанных с производством пищевых продуктов. Эти задания успешно решаются на основании данных науки про процессы и аппараты пищевых производств.

    Процессы пищевой технологии в большинстве значительно сложные и часто представляют соединение гидродинамических, тепловых, масообменных, биохимических и механических процессов.

    В данной работе проводится расчёт пластинчатого теплообменника для проведения пастеризации. Данный аппарат предназначен для непрерывного проведения процесса.

    Целесообразно построенный аппарат должен удовлетворять эксплуатационным, конструктивным, эстетическим требованиям и требованиям техники безопасности.

    В настоящее время при конструировании аппаратов для достижения оптимальных показателей ведутся работы по снижению энергоемкости и увеличению интенсивности процессов, проходящих в аппаратах, по снижению материалоёмкости при производстве аппаратов и уменьшению габаритных размеров аппаратов.

    1.Описание и основы технологического процесса. Обоснование выбора аппарата. Литературный обзор

    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 — один из приемов консервирования продуктов, научное обоснование какому дал Л. Пастер в 1860 г. Под пастеризацией понимают термическую обработку продуктов при температуре ниже 100 °С с последующим охлаждением к температуре 6. 8 °С. Пастеризация, как правило, убивает неспоровые болезнетворные микроорганизмы и сокращает общую бактериальную загрязненность продукта, который повышает его стойкость. Быстрое охлаждение продукта после пастеризации необходимо для того, чтобы отвернуть развитие окончательной микрофлоры, т.е. прорастание в вегетативные клетки спор, которые сохраняют жизнеспособность во время одноразового нагревания[1, стр.305].

    Пастеризация не должна приводить к изменению физико-химического состояния продукта и ухудшение его качества.

    Во время пастеризации необходимо соблюдение таких требований: освещенный или тщательно очищенный от посторонних примесей продукт нагревают равномерно, при постоянной температуре, тонким слоем,избегая пригорание; операцию проводят в герметичных условиях; продукт выводят из пастеризатора максимально охлажденным. Теплообменную аппаратуры изготовляют из химически стойких материалов, которые имеют большую теплопроводность.

    Эффективность пастеризации — степень подавления микрофлоры -зависит от температуры и продолжительности выдержки продукта за этой температуры. Зависимость необходимого времени пастеризации от температуры в большинстве случаев высказывается логарифмической зависимостью:

    где и — коэффициенты, которые зависят от стойкости микроорганизмов к тепловым влияниям и среде, в котором они находятся.

    Коэффициенты и определяют экспериментально с учетом полного уничтожения болезнетворной микрофлоры, с одной стороны, и предотвращения физико-химических изменений в продукте, которые вызываются временным температурным влиянием — с другой[1, стр.305].. Тем не менее эти данные установлены далеко не для всех продуктов, которые подвергаются пастеризации.

    Представляет интерес , что чем ниже температура пастеризации, тем более времени требуется для достижения нужного эффекта. Зависимость между температурой нагревания и продолжительностью выдержки объясняется двумя причинами. Одна из них связанная с тем, что денатурация, разрушение структуры вещества, из которого составляется микробная клетка, происходят во времени. Это время тем меньш е , чем температура больше . Другая причина вызвана закономерностями теплообмена. Нагревание микроорганизмов при пастеризации любого вида осуществляется не непосредственно, а через ту среду, в котором находятся бактерии. Поэтому для того, чтобы температура клетки бактерии достигала той же температуры, которая и среда, требуется определенное время.

    Для оценки эффекта пастеризации Г.А. Кук ввел критерий Пастера, который представляет собой отношение действительной продолжительности пребывания продукта при бактерицидной температур е к теоретической:

    где — действительное время нахождения продукта при температур е пастеризации.

    Идеальным вариантом проведения пастеризации является условие, при которо м Р а= 1.

    При Р а > 1 продукт при температур е пастеризации находится более продолжительный период, чем максимально возможный период, определённый условиями пастеризации. При этом могут существенным образом изменяться физико-химические свойства продукта, что не желательно.

    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: