Главная | Обратная связь

Трубчатые пастеризационные установки

Поверхность теплопередачи трубчатого пастеризатора (в м²) определяется по формуле

(5.1)

 

-19-

где G –расход нагреваемой жидкости (производительность аппарата), кг/с;

с – удельная теплоемкость жидкости, Дж/(кг ·К);

t_н и t_к – начальная и конечная температуры жидкости, ⁰С;

К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К);

∆t_ср – средний температурный напор, ⁰С.

 

Расход нагреваемой жидкости (в кг/с) определяют так

 

(5.2)

где М – расход нагреваемой жидкости, (л/ч);

ρ - плотность нагреваемой жидкости, (кг/л).

 

Удельная теплоемкость жидкости определяется по таблице (см. приложение 1) при средней температуре этой жидкости в рассчитываемой секции.

Коэффициент теплопередачи может быть определен расчетом, однако такой расчет связан с определенными сложностями, поэтому в курсовых проектах техникумов этот коэффициент рекомендуется принимать в следующих пределах: К = 1400÷1600 Вт/(м^{2 .}К).

Средний температурный напор определяется по формуле

(5.3)

 

где ∆t_б и ∆t_м - бόльшая и меньшая разности температур между горячим теплоносителем и продуктом на концах теплообменника, ⁰С.

 

Формула (5.3) применима для прямотока и противотока, а также при постоянной температуре теплоносителя.

Если ∆t_б / ∆t_м £ 2, то среднелогарифмическую разность (средний температурный напор) можно заменить без большой погрешности среднеарифметической

(5.4)

Величины Δt_б и Δt_м определяются при помощи температурного графика.

В трубчатых пастеризаторах в настоящее время, как правило, для нагрева продукта применяется насыщенный пар давлением 0,03÷0,05 МПа по манометру, т.е. температура теплоносителя постоянна, поэтому температурный график имеет следующий вид

 

 

-20-

 

g – ускорение силы тяжести, м/с²;

L – общая длина трубопровода, м;

λ_тр - коэффициент сопротивления по длине трубопровода;

d - внутренний диаметр трубопровода, м;

- коэффициент местного сопротивления.

Коэффициенты местных сопротивлений (кранов, тройников и др.) определяют по соответствующим таблицам.

Для определения λ_тр рассчитывают число Рейнольдса

, (18.21)

где ν – коэффициент кинематической вязкости рабочей жидкости, м²/с.

Если расчетное число Рейнольдса больше критического Re_кр =2320, то режим движения жидкости турбулентный.

Для этого режима

. (18.22)

Если расчетное число Рейнольдса меньше критического, то режим движения жидкости ламинарный. Для этого режима

. (18.23)

Потребляемую насосом мощность определяют по формуле (2.10), после чего подбирают насос.

Геометрический объем бака для рабочей жидкости (в м³) определяют по формуле

, (18.24)

где V_р – рабочий объем, м³.

V_р , (18.25)

 

где V₁ – объем контура мойки, м³;

V₂ – объем, необходимый для предотвращения засасывания

центробежным насосом воздуха и обеспечения его нормальной работы, м³.

; (18.26)

 

, (18.27)

где F - площадь сечения бака, м²;

h – высота столба жидкости над центром отверстия, из которого вытекает моющий раствор к насосу, м (h = 0,15÷0,20 м).

, (18.28)

где а – ширина бака, м;

b – длина бака, м.

 

-61-

 

т.е.

. (18.15)

Температура бутылок при входе в машину и выходе из нее мало отличаются одна от другой, поэтому можно считать t_кон = t_нач , что приводит к выражению

. (18.16)

Так как потери тепла равны 20 %, то окончательно расход тепла на мойку (в Вт)

(18.17)

Расход холодной воды на одну бутылку по существующим нормативам следующий:

Емкость бутылок, л …………………………………… 0,25 0,5 1,0

Расход воды на одну бутылку, л ……………………… 0,4 0,5 0,7

Температуру смешанной воды для упрощенных расчетов можно принять в пределах t_см = (36÷42) ⁰С.

Расход пара (в кг/с), необходимого для поддержания заданного стационарного режима работы бутылкомоечной машины, с достаточной для практики точностью можно вычислить по эмпирической формуле

(18.18)

где W - расход холодной воды, м³/с.

При расчете систем циркуляционной мойки подбирают центробежный насос, который должен прокачивать воду и моющие растворы через объект мойки с заданной скоростью.

Величина скорости движения воды и моющих растворов берется в пределах (1,5÷2) м/с, что позволяет сохранять турбулентный режим потоков при мойке.

Рассчитывают также объем баков для воды, моющих и дезинфицирующих растворов.

Для подбора центробежного насоса необходимо знать количество воды или моющего раствора, циркулирующих в контуре, необходимый для циркуляции напор и потребляемую насосом мощность.

Расход рабочей жидкости (в м³/с) определяется по формуле:

, (18.19)

где d - внутренний диаметр трубопровода, м;

υ – средняя скорость потока, м/с.

Общий напор, необходимый для движения рабочей жидкости с заданной скоростью при мойке трубных коммуникаций (в Па), определяется по формуле

, (18.20)

где h₁ – геометрическая высота подачи жидкости, м;

ρ – плотность рабочей жидкости, кг/м³;

υ – скорость движения рабочей жидкости, м/с;

-60-

 

 

Рис. 5.1 Температурный график

 

Очевидно, Δt_б = t_п – t_н и Δt_м = t_п – t_к.

Температура пара t_п определяется с помощью таблицы параметров сухого насыщенного водяного пара по известному (заданному) давлению пара.

Число труб в цилиндрах (секциях) определяется по формулам

 

(5.5)

 

где F₁ и F₂ - поверхность теплообмена соответственно первого и второго цилиндров, м²;

l - длина трубы в цилиндре, м;

d - расчетный диаметр трубы, м.

Расчетный диаметр трубы определяется так

где d_в и d_н – соответственно внутренний и наружный диаметры трубы, м

Диаметр труб в цилиндрах пастеризатора принимается в пределах d = =(16÷38) мм, толщина стенки трубы – (1,5÷2) мм, а длина труб – (1,0÷1,4) м.

При расчете трубчатых аппаратов необходимо иметь в виду, что из конструктивных соображений поверхности нагрева цилиндров принимают одинаковыми, т.е. F₁ = F₂ , а следовательно и число труб в цилиндрах должно быть одинаковым n₁ = n₂.

-21-

Расход пара D (в кг/с) определяется по формуле

где i " , i´ – энтальпия пара и конденсата, Дж/кг;

(5.6)

G – расход нагреваемой жидкости (продукта), кг/с;

с – удельная теплоемкость нагреваемой жидкости, Дж/(кг· К);

η_т – тепловой КПД аппарата (для аппарата с тепловой изоляцией

η_т = 0,85÷0,90).

Энтальпия конденсата определяется по формуле i' = c_кон ^. t_кон. Теплоемкость конденсата с достаточной для расчетов точностью можно принимать c_кон =4190 Дж/(кг·^.К).

Толщина стенки корпуса δ (в метрах) определяется по формуле

(5.7)

где Р – давление пара в аппарате (по манометру), Па;

D_в - внутренний диаметр корпуса, м;

σ_доп – допустимое напряжение, Па; для стали марки ст.3

σ_доп =(0,89÷0,95) МПа при температуре стенки не выше 250⁰С;

φ - κоэффициент прочности сварного шва; φ= 0,65 при односторонней сварке и φ=0,85 при двусторонней;

с - прибавка на коррозию [c=(0,002÷0,008) м].

Толщина трубной решетки (из стали) должна быть не менее

(5.8)