Пластинчатые аппараты для тепловой обработки
Рэферат
Курсавая работа 29 з.: 2 мал., 10 крыніц.
Пласціністыя цеплаабменнікі, пастыразыцыенна-астуджальная ўсталёўка,
рэкуператар, каэфіцыент
эфектыўнасці, паверкавы
разлік каэфіцыент цеплаперадачы.
Мэта курсавога праекта азнаёміцца з методыкай праеутнага разліку
цеплаабменных апаратаў і выканаць гэты разлік для зададзенага цеплаабменніка
пабудаваць схему кампаноукі абсталявання ў вытворчых
памяшканнях.
Праектны разлік пласціністага цеплаабменніка ўключае: папярэдні разлік
тэмператур; разлік каэфіцыента цеплаперадачы; разлік каэфіцыента эфектыўнасці;
вызначэнне канчатковых тэмператур працоўных асяроддзяў і цеплавога струменяў у
апараце; разлік страт ціску.
Реферат
Курсовая работа 29 с.: 2 рис., 10 источников.
Пластинчатые теплообменники, пастеризационно-охладительная
установка, рекуператор, коэффициэнт эффективности, поверочный расчет
коэффициэнт теплопередачи.
Цель курсового проекта ознакомится с методикой проектного расчета
теплообменных аппаратов и выполнить этот расчет для заданного теплообменника построить
схему компоновки оборудования в производственных помещениях.
Проектный расчет пластинчатого теплообменника включает: предварительный
расчет температур; расчет коэффициента теплопередачи; расчет коэффициента
эффективности; определение конечных температур рабочих сред и теплового потоков
в аппарате; расчет потерь давления.
Аbstract
29 р. 2 Fig., 10 sources.YEAT
PASTEURIZATION COOLING EQUIPMENT, HEAT EXCHANGERS, MODIFIER EFFICIENCY, HEAT
TRANSFER MODIFIER CHECKING CALCULATIONS.aim of the course project to get
acquainted with the method of design calculation of heat exchangers and perform
this calculation for a given heat exchanger composition a circuit equipment in
the premises.calculation of plate heat exchanger consists of: preliminary
calculation of the temperature; сalculation of the coefficient of heat transfer; сalculation of the coefficient of
performance; the definition of finite media temperature and heat flux in the
machine;calculation of pressure losses.
ВВЕДЕНИЕ
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 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 ÷ 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. ПРОЕКТНЫЙ
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ПЛАСТИНЧАТЫХ ПАСТЕРИЗАТОРОВ И ОХЛАДИТЕЛЕЙ МОЛОКА
Проектный тепловой расчет выполняют совместно с гидравлическим при
разработке новых аппаратов, не выпускаемых промышленностью. Исходными данными к
расчету являются требуемая тепловая мощность, расходы температуры молока и
воды, коэффициент рекуперации, тип и технические характеристики пластин,
допустимые потери давления и другие сведения, необходимые для выбора
конструктивных элементов и компоновки проектируемого аппарата.
2.1 Исходные данные
- производительность технологической линии Qv=1000
л/ч;
- вид расчета пластинчатой пастеризационно-охладительной
установки - проектный;
- тип используемых пластин - П-1;
- допустимые потери давления по тракту молока ΔРм= 250 кПа;
- коэффициент рекуперации тепла ε = 0,90;
- назначение молока - для реализации населению;
- начальная температура молока t1 = 25 0С;
- температура пастеризации t3 = 85 0С;
- начальная температура холодной воды t/в
= 12 0С;
- допустимые потери давления по трактам горячей, холодной и
ледяной воды ΔРв = 400 кПа.
- начальная температура горячей воды t/г
=880С;
- температура молока после секции водяного охлаждения t5 =
14 0С.
При расчётах следует принять:
- начальная температура ледяной воды t/р=10C;
- средняя удельная теплоемкость молока см=3950 Дж/кг0С
- удельная теплоемкость холодной и горячей воды св=4200
Дж/кг0С
- плотность молока ρм=1033 кг/м3
- кратность расхода горячей воды nг=4;
- кратность расхода холодной и ледяной воды nв=nл=3;
Технические характеристики пластин П-1:
- площадь поверхности теплообмена А1 = 0,14 , м2;
- толщина пластины δ =1,2 , мм;
- эквивалентный диаметр канала между пластинами dэ =
0,0088 м;
- зазор между пластинами Δ = 4,4 мм;
- приведенную длину канала l = 0,56 м;
- площадь поперечного сечения канала S = 0,0088 м2;
коэффициент теплопроводности материала пластины λст=17 Вт/м0С
.2 Расчет температур молока и воды
в пастеризационно-охладительной установке
Секция рекуперации тепла
Температура сырого молока в конце секции рекуперации тепла (при входе в
секцию пастеризации) по формуле
(2.1)
Температура
пастеризованного молока после секции рекуперации (при входе в секцию охлаждения
водой)
(2.2)
Средний
температурный напор в секции рекуперации при характерной для нее постоянной
разности температур
(2.3)
Тогда
симплекс
(2.4)
Секция
пастеризации
Температура
горячей воды при выходе из секции пастеризации молока из условий баланса тепла
(2.5)
Средний
температурный напор при
(2.6)
и
(2.7)
(2.8)
Тогда
Секция
охлаждения водой
Температуру
холодной воды, выходящей из водяной секции, определяем по формуле
(2.9)
Средний
температурный напор при
и
Тогда
симплекс
Секция
охлаждения ледяной водой
Температура
ледяной воды на выходе из аппарата
(2.10)
Средний
температурный напор для секции охлаждения ледяной водой при
и
Тогда
симплекс
.3 Определение максимально допустимых скоростей
продукта в межпластинных каналах по секциям
Для условий работы данного аппарата целесообразно определить лишь
максимально допустимые скорости в секциях для движения продукта. Гидравлические
сопротивления по стороне движения рабочих сред малы, так как мала длина
соответствующих трактов.
Это позволяет выбрать скорости рабочих сред из условий соблюдений
приемлемой кратности по отношению к молоку, причем при наличии условий циркуляции
и повторного использования можно выбирать большие значения.
Предварительно задаемся вспомогательными величинами:
Ожидаемый коэффициент теплоотдачи молока ориентировочно - αм=5000 Вт/м20С.
Средняя температура стенки в секции рекуперации
(2.11)
В
секции пастеризации
В
секции водяного охлаждения
В
секции охлаждения ледяной водой
Коэффициент
общего гидравлического сопротивления:
в
секции рекуперации ζр=1,6
В
секции пастеризации
ζр=1,6
В
секции водяного охлаждения ζр=1,7
В
секции охлаждения ледяной водой ζр=2,35
Используя
эти данные, определим максимально допустимые скорости движения молока:
в
секции рекуперации
(2.12)
В
секции пастеризации
В
секции водяного охлаждения
В
секции охлаждения ледяной водой
Полученные значения скорости для секций почти
совпадают между собой. Наличие значительной разницы свидетельствовало бы об
ошибке в вычислении или неправильном распределении допустимых гидравлических
сопротивлений.
Объемная производительность аппарата
(2.13)
Определяем
число каналов в пакете, приняв 
(2.14)
Так как число каналов в пакете не может быть
дробным, округляем до m=1
Уточняем в связи с этим величину скорости потока
молока:
Скорость холодной воды принимаем равной скорости
молока
Скорость
циркулирующей горячей воды и ледяной воды принимаем
2.4 Средняя температура, число Pr, вязкость и
теплопроводность продукта и рабочих жидкостей
Число Pr, кинематическую вязкость и
теплопроводность продукта и рабочих жидкостей определяем при средних
температурах жидкостей, пользуясь справочными данными.
Секция рекуперации тепла
Средняя температура сырого молока (сторона нагревания)
Средняя
температура пастеризованного молока (сторона охлаждения)
Секция
пастеризации
Средняя
температура горячей воды (сторона охлаждения)
Средняя
температура молока (сторона нагревания)
пластинчатый теплообменник пастеризационный охладительный
Секция
охлаждения молока водой
Средняя температура холодной воды (сторона
нагревания)
Средняя
температура молока (сторона охлаждения)
Секция
охлаждения молока ледяной водой
Средняя температура ледяной воды (сторона
нагревания)
Средняя
температура молока (сторона охлаждения)
При средних температурах выписываем
теплофизические характеристики молока (воды) из приложения В в таблицу 1 и 2.
Таблица 2.1 - Теплофизические свойства воды при
средних температурах
|
Вода
|
|
пастеризатор
|
охладитель 1
|
охладитель 2
|
|
tср=
|
87,3
|
14,7
|
2,6
|
|
ρ=
|
966,89
|
1000
|
1000
|
|
λ=
|
0,67365
|
0,589
|
0,566
|
|
ϑ=
|
0,000000355
|
0,000001146
|
0,00000169
|
|
a=
|
0,000000166
|
0,00000014
|
0,000000134
|
|
Pr=
|
2,0375
|
8,31
|
12,46
|
|
Cp=
|
4202
|
4185
|
4212
|
Таблица 2.2 - Теплофизические свойства молока
при средних температурах
|
Молоко
|
|
рекуператор
|
пастеризатор
|
охладитель 1
|
охладитель 2
|
|
tср=
|
58
|
52
|
82,3
|
20,7
|
9,0
|
|
ρ=
|
1010
|
1014
|
998,6
|
1027
|
1034
|
|
λ=
|
0,584
|
0,577
|
0,61
|
0,543
|
0,53
|
|
ϑ=
|
0,00000073
|
0,00000081
|
0,000000566
|
0,000001627
|
0,00000245
|
|
a=
|
0,000000145
|
0,000000144
|
0,000000153
|
0,000000134
|
0,000000132
|
|
Pr=
|
5,03
|
5,64
|
3,71
|
12,75
|
18,3
|
|
Cp=
|
3978
|
3972
|
4000
|
3940
|
3880
|
2.5 Вычисление числа Рейнольдса
Число Рейнольдса вычисляем по вязкости при средних температурах жидкостей
в каждой секции
(2.15)
Секция рекуперации тепла
Для холодного молока
Для
горячего молока
Секция пастеризации
Для молока
Для
горячей воды
Секция охлаждения водой
Для молока
Для
горячей воды
Секция охлаждения ледяной водой
Для молока
Для
горячей воды
2.6 Определение коэффициента теплопередачи
Для определения коэффициента α1 и α2 пользуемся формулами как для пластин типа П-2:
Число Нуссельта:
(2.16)
где
a0 и m -
коэффициент и показатель степени, принимаемые по таблице 2.3 в зависимости от
типа пластин и числа Re; Nu и Pr - числа Нуссельта и Прандтля при средней температуре
среды; Prс - число
Прандтля при температуре пластины.
Таблица
2.3 - Коэффициенты a0,a1 и показатель степени m
|
Тип пластин
|
Re
|
a0
|
m
|
a1
|
|
АДМ
|
от 100 до 30000
|
0,109
|
0,65
|
11,2
|
|
П-1, П-2
|
от 100 до 30000
|
0,1
|
0,7
|
11,2
|
|
0,3
|
от 100 до 30000
|
0,1
|
0,73
|
19,3
|
|
0,5Е
|
от 50 до 20000
|
0,135
|
0,73
|
22,4
|
или
(2.17)
Отношение
может быть принято в среднем для всех секций:
На
стороне нагревания 1,05;
На
стороне охлаждения 0,95.
Секция рекуперации тепла
Для стороны нагревания сырого молока
Для
горячего молока
Коэффициент теплопередачи с учетом термического
сопротивления стенки толщиной 1,2 мм
(2.18)
Секция пастеризации
Для стороны нагревания молока
Для
стороны охлаждения горячей воды
Коэффициент теплопередачи
Секция охлаждения водой
Для стороны нагревания воды
Для
стороны охлаждения молока
Коэффициент теплопередачи
Секция охлаждения ледяной водой
Для
стороны нагревания воды
Для
стороны охлаждения молока
Коэффициент теплопередачи
2.7 Расчет рабочих поверхностей секции числа пластин и числа пакетов
Секция рекуперации тепла
Рабочая поверхность секции
(2.19)
Число пластин в секции
(2.20)
Число
пакетов X определяем, зная число каналов в пакетах m=1
(получено выше):
(2.21)
Принимаем
18 пакетов
Секция пастеризации
Рабочая поверхность секции
Число пластин в секции
Число
пакетов X определяем, зная число каналов в пакетах m=1
(получено выше):
Принимаем
2 пакета
Секция охлаждения водой
Рабочая поверхность секции
Число пластин в секции
Число
пакетов X определяем, зная число каналов в пакетах m=1
(получено выше):
Принимаем 7 пакетов
Секция охлаждения ледяной водой
Рабочая поверхность секции
Число пластин в секции
Число
пакетов X определяем, зная число каналов в пакетах m=1
(получено выше):
Принимаем 4 пакета
2.8 Контрольный расчет общего гидравлического сопротивления
Гидравлическое сопротивление для каждой секции определяем по формуле:
(2.22)
Сделаем
такой расчет для всех секций, учитывая, что для принятого типа пластин
коэффициент сопротивления единицы относительной длины канала определяется
выражением:
, (2.23)
где
а1=11,2 - постоянный коэффициент.
Секция рекуперации тепла (X=18)
Для потока холодного нагреваемого молока
Гидравлическое сопротивление секции рекуперации на
стороне холодного молока
Для
потока горячего охлаждаемого молока
Гидравлическое сопротивление секции рекуперации на
стороне холодного молока
Секция пастеризации (X=2)
Для потока пастеризуемого молока
Гидравлическое сопротивление секции составит
Секция охлаждения водой (X=7)
Для потока охлаждаемого молока
Гидравлическое сопротивление секции составит
Секция охлаждения ледяной водой (X=4)
Для потока молока
Гидравлическое сопротивление секции составит
Общее гидравлическое сопротивление по линии движения молока составит
(2.24)
Расчет
показывает, что распределение сопротивлений по секциям несколько отличается от
полученного предварительно в первом приближении, однако общее сопротивление
близко к исходному допустимому гидравлическому сопротивлению 250 кПа.
3. ТЕПЛОВОЙ
РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ
3.1 Системы охлаждения с емкостными охладителями
Требуемое количество и вместимость резервуаров-термосов определяют,
исходя из максимального разового надоя молока, кг
(3.1)
где
ρм -
плотность молока - допустимо принять равной 1033 кг/м3;
Т
- длительность дойки стада - принимают в пределах от 1,5 до 2,5 ч.
При
вывозе молока один раз в сутки вместимость резервуаров для хранения молока не
должна быть менее максимального суточного надоя, л
(3.2)
=4м3
где
β
- коэффициент учитывающий максимальной
надой молока за одну дойку (при двухкратном доении β=0,65, при трехкратном - β=0,4).
Требуемую хладопроизводительность системы охлаждения определяют, исходя
из теплового баланса емкостного охладителя молока.
(3.3)
где
- количество теплоты, отводимое холодильной машиной в
период охлаждения молока, Дж;
, 
и 
-
теплопоступления при охлаждении молока, от окружающей среды и электродвигателей
мешалок и насосов, Дж;
- теплота
аккумуляции холода при намораживании льда на испарители холодильной машины, Дж.
Составляющие
теплового баланса рассчитывают следующим образом:
(3.4)
где
V - рабочая вместимость резервуара-охладителя, мЗ;
- изменение
температуры молока при его охлаждении, оС;
(3.5)
где
П - процент теплопоступлений от окружающей среды (следует принимать в пределах
от 2 до 31);
(3.6)
где
и 
-
мощности электродвигателей мешалки и насоса в системе циркуляции веды, кВт;
и 
- КПД электродвигателей (принимают в пределах от 0,85
до 0,9);
-
продолжительность охлаждения, с.
(3.7)
где
r удельная теплота плавления льда, кДж/кг;
тл
- масса намороженного льда, кг.
Требуемая
холодопроизводительность холодильной машины, кВт
(3.8)
При
аккумуляции холода определяем продолжительность намораживания льда
(3.9)
где
- количество теплоты, отводимое холодильной машиной в
период намораживания льда, кДж; Ф - холодопроизводительность принятой к
установке холодильной машины, кВт.
(3.10)
где
- теплопоступления от окружающей среды в период
аккумуляции холода, Дж;
(3.11)
где
- процент теплопоступлений от окружающей среды в
период аккумуляции холода (следует принимать в пределах от 0 до 6).
.2 Системы охлаждения с пластинчатыми охладителями
Требуемая холодопроизводительность машины, кВт
(3.12)
где
, 
и 
- тепловые потоки теплопоступлений при охлаждении
молока, от окружающей среды и электродвигателей насосов в системе циркуляции
охлаждающей воды, кВт.
Тепловой
поток рассчитываем
(3.13)
Тепловой
поток принимают в размере от 2 до 3% от теплового потока
(3.14)
Тепловой
поток от электродвигателей насосов
(3.15)
где N - мощность электродвигателя, кВт; ŋ- КПД электродвигателя
4. РАСЧЕТ
ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ
Для трубопровода по тракту с горячей водой:
Тепловая изоляция трубопроводов и технологического оборудования
необходима для предотвращения:
- потерь тепла от горячих поверхностей;
- появления конденсата на холодных поверхностях.
В качестве изоляционного материала примем стекловату(λ=0.052
Вт/м∙К)
Определим внутренний диаметр трубопровода:
(4.1)
где
скорость среды в трубопроводе(
Таблица
4.1 - Толщина стенки трубопровода
|
dвн(мм)
|
 (мм)
|
|
15
|
1
|
|
20
|
1
|
|
25
|
1,25
|
|
32
|
1,25
|
|
40
|
1,5
|
|
50
|
1,5
|
|
65
|
2
|
Внешний диаметр трубопровода:
(4.2)
Критический диаметр изоляции:
(4.3)
где
λ- Вт/м∙К, коэффициент теплопроводности
теплоизоляционного материала; коэффициент теплоотдачи от изоляции к воздуху
принимаем α=10 Вт/м2∙К.
Тепловой
поток через изоляцию:
(4.4)
где tc1 - температура стенки трубы равная
температуре жидкости в трубе т.к. считаем, что теплоотдача от жидкости к стенке
трубы бесконечна;
tc2 - температура изоляции
Тепловой поток от изоляции к окружающей среде:
(4.5)
где d2 - диаметр изоляции;
Приравниваем тепловые потоки и выражаем диаметр изоляции для
трубопроводов с горячей водой и горячим молоком:
(4.6)
(4.7)
Для трубопровода по тракту с ледяной водой:
Для предотвращения образования конденсата на поверхностях холодных
трубопроводов необходимо на них наложить изоляцию. По i-d-диаграмме
влажного воздуха определяется точка росы для температуры помещения с
температурой tокр. ср, °С и влажностью j, % (допускаем запас). Определяем
точку росы tр, °С при j = 100%. Наружная температура изоляции должна быть
выше данной точки росы.
Т.к .наша изоляция должна обеспечивать отсутствие конденсата на
поверхностях трубопроводах ,то tокр.
ср=30 0С
(tр=28 0С)
Определим внутренний диаметр трубопровода:
Таблица
4.2 - Толщина стенки трубопровода
|
dвн(мм)
|
(мм)
|
|
15
|
1
|
|
20
|
1
|
|
25
|
1,25
|
|
32
|
1,25
|
|
40
|
1,5
|
|
50
|
1,5
|
|
65
|
2
|
Внешний диаметр трубопровода:
Критический диаметр изоляции:
Коэффициент теплоотдачи от изоляции к воздуху принимаем α = 10 Вт/м2∙К
Для трубопроводов с ледяной водой и холодным молоком:
5.
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 1,0м;
- вдоль фронта обслуживания, а также между электрическими
щитами и оборудованием не менее 1,5м;
- 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.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате расчета курсовой работы был произведен расчет основных
параметров пластинчатого теплообменника: коэффициентов теплопередачи,
оптимальных значений скоростей рабочей среды в каждой из секций, найдены
температуры и тепловые напоры, чисел Рейнольдса, Нуссельта и коэффициентов
теплоотдачи.
Были вычислены температуры и тепловые потоки которые могут достигаться в
данном аппарате.
По полученным параметрам подобрана наиболее подходящая схема компоновки
для каждой секции с целью обеспечения максимальной эффективности теплообмена.
Произведен 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 использованной литературы
1. Пашинский
В. А. Левин М.Л. Антух А. А. Расчет пластинчатого теплообменника; Методические
указания. - Мн.: учреждение образования МГЭУ им. А. Д. Сахарова, 2011.
. Механизация
животноводства: Учеб. для с.-х. вузов / Под ред. В. К. Гриба. - Мн.: Ураджай,
1997.
. Цыганок Т.
П., Шаршунов В. А. Практикум по машинному доению коров и обработке молока. -
Мн.: Ураджай, 1997.
. Барановский
Н. В. и др. Пластинчатые и спиральные теплообменники / Н. В.Барановский, Л. М.
Коваленко, А. Р. Ястребекецкий. М.: Машиностроение, 1973.
. Брагинец Н.
В., Палишкин Д. А. Курсовое и дипломное проектирование по механизации
животноводства. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1991.
. Босин: И.
Н. Охлаждение молока на комплексах и фермах. - М.: Колос, 1993.
. Мельников
СВ. Технологическое оборудование животноводческих ферм и комплексов. - 2-е изд.
перераб. и доп.. - Л.; Агропромиздат. Ленингр.отделение, 1935.
. Механизация
технологических процессов/ Н.В.Белянчиков, И.П.Еелехов, Г.Н.Кожевников,
А.К.Тургиев. - М.:Агролромиздат,
. Митин В.В.
Курсовое и дипломное проектирование оборудования предприятий мясной и молочной
.промышленности.- М.: Колос, 1992.
.
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
|
ρ, кг/м3
|
Ср,
кДж/(кг∙К)
|
λ,
Вт/(м∙К)
|
а∙106
м2/с
|
ν∙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
|
0,619
|
0,156
|
0,55
|
3,53
|
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
I-d диаграмма влажного воздуха
ПРИЛОЖЕНИЕ В
