Расчёт аппарата

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

Секция регенерации:

 = ( t₃ – t₂ ) = ( 84 – 60 ) = 24 °C

 = ( t₄ – t₁ ) = ( 28 – 14 ) = 14 °C

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

°C

 

Секция пастеризации :

 = ( t₁₀ – t₂ ) = ( 88 – 60 ) = 28 °C

 = ( t₉ – t₃ ) = ( 94 – 84 ) = 10 °C

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

°C

Секция предварительного охлаждения :

 = ( t₄ – t₁₂ ) = ( 28 – 15) = 13°C

 = ( t₅ – t₁₁ ) = ( 12 – 7 ) = 5 °C

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

°C

Секция окончательного охлаждения :

 = ( t₅ – t₈ ) = ( 12 – 1 ) = 11°C

 = ( t₆ – t₇ ) = ( 5 – ( -2 )) = 7 °C

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

то

°C

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

Секция регенерации :

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

-   

-   

-   

-    

-   

 

Секция пастеризации:

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 регенерации:

 

Секция пастеризации :

Секция водяного (предварительного) охлаждения :

 

Секция рассольного (окончательного ) охлаждения :

 

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

Секция пастеризации :

 

а) ;

 

б) Кратность расхода горячей воды:

 

Секция водяного охлаждения :

 

а)

 

б) Кратность расхода холодной воды :

 

Секция рассольного охлаждения :

 

а)

 

б) Кратность расхода рассола :

 

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

Для конструирования данного аппарата принимается пластина П-2

с параметрами :

 - Рабочая поверхность : F =0,198 м²;

 - 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 м² ;

 - материал : 1Х18Н9Т;

 - габаритные размеры : высота :1,025 м ;

 ширина : 0,315 м;

 толщина : 0,0012 м.

Для пластины П-2 примем

Число каналов в пакете определяется на основании уравнения не-

разрывности потока :

где  скорость движения продукта,  

 ширина проточной части пластины, м;

 зазор между пластинами, м;

 плотность продукта,

 

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

Секция пастеризации :

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 :

Секция регенерации :

а) скорость движения продукта на входе в секцию:

 

б) скорость движения продукта на выходе из секции:

Вычисление критериев Рейнольдса .

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

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

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

Секция регенерации :

а) для потока сырого продукта ( сторона нагревания ):

 

б) для потока пастеризованного продукта (сторона охлаждения ):

 

Секция пастеризации :

а) для потока продукта (сторона нагревания ) :

 

б) для потока горячей воды ( сторона охлаждения ):

 

Секция водяного охлаждения :

а) для потока холодной воды ( сторона нагревания ) :

 

б) для потока продукта ( сторона охлаждения ) :

 

Секция рассольного охлаждения :

а) для потока рассола ( сторона нагревания ):

 

б) для потока продукта ( сторона охлаждения ):

Определение коэффициентов теплопередачи

Для каждой секции коэффициент теплопередачи определяется по формуле:

 

 

где  толщина пластины, м;

 коэффициент теплопроводности пластины (для стали 1Х18Н9Т );

 и  коэффициенты теплоотдачи со стороны нагревания и охлаждения соответственно, .

 и  определяются из критерия Нуссельта

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

.

Можно принять  при нагревании жидкости и  при охлаждении жидкости.

Секция регенерации тепла :

а) сырой продукт (сторона нагревания ):

б) пастеризованный продукт ( сторона охлаждения ) :

в) коэффициент теплопередачи :

Секция пастеризации:

а) продукт (сторона нагревания ):

б) горячая вода ( сторона охлаждения ) :

в) коэффициент теплопередачи :

 

Секция водяного охлаждения :

а) холодная вода (сторона нагревания ):

б) продукт ( сторона охлаждения ) :

в) коэффициент теплопередачи :

Секция 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 :

;

;

Так как , то

.

Компоновочная формула

Секция пастеризации :

;

;

 принимаем

Тогда

.

Компоновочная формула

Секция водяного охлаждения :

;

;

 принимаем

Тогда

.

Компоновочная формула:

Секция рассольного охлаждения :

;

;

 

Тогда

.

Компоновочная формула

Гидравлический расчет :

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

где  потерянный напор в секции регенерации (прямое направление)

 потерянный напор в секции пастеризации

 потерянный напор в секции регенерации (обратное направление)

 потерянный напор в секции охлаждения

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

Коэффициент сопротивления пакета из пластин П – 2 можно определить как

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

Секция регенерации :

а) для потока сырого сока:

;

;

.

б) для потока пастеризованного сока :

;

Секция пастеризации :

;

Секция водяного охлаждения :

 

;

Секция рассольного охлаждения :

 

;

Полный напор :

 

 

Подбор насоса:

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:

η_н = 10% ;

N=0,65кВт ;

Н=17,7 м.

Мощность привода насоса : η_эл. принимаем равным 0.5:

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

Двигатель соответствует требованиям.

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

Секция пастеризации:

 

;

Подача:

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

Данный насос имеет следующие характеристики:

η_н = 35% ;

N=0,85кВт ;

Н=11,2 м

Мощность привода насоса : η_эл. принимаем равным 0.5:

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

Двигатель соответствует требованиям.

Секция предварительного охлаждения :

 

;

Подача:

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

Данный насос имеет следующие характеристики:

η_н = 15% ;

N=0,65кВт ;

Н=16,5 м

Мощность привода насоса : η_эл. принимаем равным 0.5:

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

Двигатель соответствует требованиям.

Секция окончательного охлаждения:

;

Подача:

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

Данный насос имеет следующие характеристики:

η_н = 19% ;

N=0,65кВт ;

Н=16м

Мощность привода насоса : η_эл. принимаем равным 0.5:

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

Двигатель соответствует требованиям.

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

Расчет трубопровода для подачи продукта:

 

Расчет трубопровода для подачи горячей воды в секцию пастеризации:

Расчет трубопровода для холодной воды в секцию предварительного охлаждения:

 

Расчет трубопровода для подачи рассола в секцию окончательного охлаждения :

Коэффициент регенерации:

5. Мероприятия, предусмотренные по охране труда

Конструкция и технология изготовления пастеризаторов должны быть такими, чтобы обеспечивались промывка и санитарная обработка его внутреннего пространства в процессе эксплуатации[2, стр.48]..

Пастеризационный аппарат должен быть оснащен: манометром и предохранительным клапаном.

Поверку, регулирование всех контрольно-измерительных приборов и автоматических приспособлений необходимо проводить в соответствии с ДСТУ3400-2000. Точность показаний приборов должна отвечать паспортным данным завода-изготовителя. Поверка манометров с их опломбированием или клеймением должна проводиться не реже одного раза в 12 месяцев. Допустимая температура пастеризации в аппарате не более 98^оС, допустимое рабочее давление – не более 0,4МПа. Пастеризатор должен быть оснащен: манометром, предохранительным клапаном, термометром. Предохранительный клапан должен иметь приспособление для проверки исправности его действия в рабочем состоянии путем принудительного открывания. Освещенность искусственным светом помещения, в котором установлен работающий пастеризатор, должна быть не менее 150 лк.

Литература

1.  Черевко О.І., Поперечний А.М. Процеси і апарати харчових виробництв: Підручник / Харк. держ. технол. та орг. харчування. – Харків,2002, – 420 с.,

2.  Стабников В.Н., Лысянский В.М. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 503 с,

3.  Расчёты и проэктирование транспортных средств непрерывного действия. – «Норд-Пресс», 2005. Донецк 688с.

4.  Технологічне обладнання молочних виробництв. «Інкос», 2007 Київ, 344с.

5.  Барышев А.И., Стеблянко В.Г. , Хомичук В.А. Курсовое и дипломное проектирование транспортирующих машин : Донецк:ДонГУЭТ,2003-471с.,ил.