Расчет пластинчатого теплообменника

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).

 

3.2 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