Расчетная часть

Определение температурных условий в секциях установки.

Секция рекуперации теплоты. Температура сырого молока в конце секции рекуперации теплоты (при входе в секцию пастеризации), , ⁰С:

, (11)

где - начальная температура молока, ⁰С ( = 12…20 ⁰С);

- температура пастеризации, ⁰С, ( = 75…80 ⁰С);

- коэффициент рекуперации теплоты ( = 0,80…0,89).

Температура пастеризованного молока после секции рекуперации теплоты (при входе в секцию охлаждения водой), ⁰С.

(12)

Температура молока после секции водяного охлаждения,

(13)

где - начальная температура холодной воды, ⁰С.

Средний температурный напор в секции рекуперации при характерной для нее постоянной разности температур, , ⁰С:

(14)

Тогда симплекс , характеризующий условия подобия температурных режимов:

(15)

Секция пастеризации. Температура горячей воды при выходе из секции пастеризации молока из условий баланса теплоты, , ⁰С:

(16)

где - начальная температура горячей воды, ⁰С ( = 79 ⁰С);

с_г - теплоемкость горячей воды, Дж/(кг·⁰С) ;

- средняя удельная теплоемкость молока, Дж/(кг·⁰С) ( = 3880 Дж/(кг·⁰С)).

- кратность горячей воды ( = 4).

Средний температурный напор, , ⁰С:

(17)

где - соответственно большая и меньшая разность температур между теплоносителями на концах секции, ⁰С (рис. ).

и (18)

Тогда S_n, характеризующий условия подобия пастеризации,

Рис. 5 Номограмма для определения

(19)

Секция охлаждения водой. Температура холодной воды, выходящей из водяной секции, , ⁰С:

(20)

Средний температурный напор, , ⁰С:

(21)

где

и (22)

Тогда симплекс S_в, характеризующий условия подобия охлаждения:

(23)

Секция охлаждения ледяной водой. Температура ледяной воды на выходе из установки, , ⁰С:

(24)

где с_л - теплоемкость ледяной воды, Дж/(кг·⁰С).

Средний температурный напор для секции охлаждения ледяной водой, , ⁰С:

(25)

где

и (26)

Тогда симплекс :

(27)

Отношение рабочих поверхностей и допустимые гид­равлические сопротивления по секциям

Средняя температура стенки, °С:

секция рекуперации ⁼ 2900;

секция пастеризации k_n = 2900;

секция водяного охлаждения k_в= 2520;

секция охлаждения ледяной водой k_л= 2100.

Отношение площадей рабочих поверхностей секций:

(28)

Принимая меньшее из отношений правой части последней формулы за единицу и допуская небольшое округление, находим распределение допустимых гидравлических сопротивлений, которое равно распределению площадей рабочих поверхностей

(29)

Так как общее допустимое гидравлическое сопротивление р = 4·10⁵ Па, а через секцию рекуперации молоко проходит дважды, можно записать:

(30)

где - гидравлическое сопротивление в трубопроводах, соединяющих секции аппарата, и в присоединительных угловых штуцерах (ввиду небольшой длины трубопровода в расчете можно принять = 5000 Па).

Поскольку соотношение сопротивлений известно, в соответствии с ним распределите сопротивления по секциям и найдите численные значения .

Определение максимально допустимых скоростей продукта в межпластинных каналах по секциям

Средняя температура стенки, ⁰С:

в секции рекуперации

(31)

в секции пастеризации

(32)

в секции водяного охлаждения

(33)

в секции охлаждения ледяной водой

(34)

Считаем, что ожидаемый коэффициент теплоотдачи молока -5000 Вт/(м^{2 0}С), а коэффициенты общего гидравлического сопротивления в секции рекуперации = 1,6, пастеризации = 1,4, водяного охлаждения = 1,95, охлаждения ледяной водой = 2,2.

Максимально допустимые скорости движения молока, , м/с:

в секции рекуперации

(35)

в секции пастеризации

(36)

в секции водяного охлаждения

(37)

в секции охлаждения ледяной водой

(38)

Полученные значения скорости для секций должны совпадать. Значительное их расхождение свидетельствует об ошибке в вычислении или неправильном распределении допустимых гидравлических сопротивлений.

Среднее значение максимально допустимой скорости молока, , м/с:

(39)

Объемная производительность аппарата, , м³/с:

(40)

Число каналов в пакете, , шт:

(41)

Полученное значение m округляем до целого числа, так как число каналов в пакете не может быть дробным. Скорость холодной воды, , м/с:

(42)

Скорость циркулирующей горячей воды и ледяной воды , м/с:

(43)

Расчет площади рабочих поверхностей секции, числа пластин и числа пакетов.

Секция рекуперации теплоты. Площадь рабочей по­верхности секции, , м²:

(44)

Число пластин в секции, , шт.:

(45)

Число пакетов X_рек, шт., определяем, зная число каналов в пакетах m из формулы:

(46)

Если число пакетов в результате расчета оказывается дробным, то следует решить вопрос об увеличении числа пакетов до ближайшего четного целого числа или об уменьшении числа каналов в пакетах данной секции. При уменьшении числа каналов скорость потока увеличивается, что следует учесть при определении потребного напора. На теплоотдаче уменьшение числа каналов скажется незначительно в сторону увеличения и его можно не учитывать.

Округляем полученное число Х_рек. Небольшой запас площади рабочей поверхности компенсирует снижение среднего температурного напора при смешанном потоке.

Секция пастеризации молока. Площадь рабочей поверхности секции, , м²:

(47)

Число пластин в секции, , шт.:

(48)

Число пакетов в секции на стороне молока, , шт.:

(49)

Секция охлаждения водой. Площадь рабочей поверхности секции, , м²:

(50)

Число пластин в секции, , шт.:

(51)

Число пакетов в секции, , шт.:

(52)

Секция охлаждения ледяной водой. Площадь рабочей поверхности секции, , м²:

(53)

Число пластин в секции, , шт.:

(54)

Число пакетов в секции, , шт.:

(55)

Компоновка секций установки может выглядеть так: секция рекуперации ;

секция пастеризации ;

секция охлаждения водой ;

секция охлаждения ледяной водой .

По этим данным строится компоновочная схема пластинчатой пастеризационно-охладительной установки.