Реферат: Расчет и проектирование пастеризатора сливок трубчатого типа
Δ t min – разность температуры пара и конечной температуры сливок, °С.
Δ tmax = t п – t сл.н ; (2.7)
Δ tmin = t п – t сл.к , (2.8)
гдеt п – температура пара, °С.
t сл.к – конечная температура сливок, °С;
t сл.н – начальная температура сливок, °С.
Коэффициент теплопередачи зависит от коэффициента теплоотдачи от сливок к стенкам трубок α1 , коэффициента теплоотдачи от пара к стенкам трубок α2 и термического сопротивления трубки и определяется по формуле [2]
, (2.9)
где δст – толщина стенки трубок, м;
λст – теплопроводность стенки, Вт/(м·°С).
Коэффициент теплоотдачи от сливок к стенке трубки равен
, (2.10)
где N u – критерий Нуссельта;
λсл – коэффициент теплопроводности сливок, Вт/(м·°С);
l – характерный линейный размер, м; для круглых трубок l = dвн .
dвн – внутренний диаметр трубок, м.
Коэффициент теплоотдачи от пара к стенкам трубок для случая конденсации пара на пучке горизонтальных труб определяют по формуле [2]
, (2.11)
где ε – коэффициент, зависящий от расположения труб (коридорное или шахматное расположение), принимаемый равным 0,55 – 0,68;
– плотность конденсата, кг/м3 ;
– теплопроводность конденсата, Вт/(м·°С);
– ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2 ;
µ – динамический коэффициент вязкости конденсата, Па·с;
Δ t – разность между температурой насыщенного пара и температурой стенки, °С;
D – внешний диаметр трубы.
При конденсации водяных паров коэффициент теплоотдачи достигает высоких значений и составляет 4000 – 15000 Вт/(м2 °С) [2].
Анализ уравнения (2.9) показывает, что коэффициент теплопередачи в основном определяется частным термическим сопротивлением 1/α1 от сливок к стенке трубки и практически не зависит от 1/α2 .
3 РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРУБЧАТОГО ПАСТЕРИЗАТОРА
3.1 Конструктивное решение теплообменного аппарата
Для уменьшения габаритных размеров пастеризатор может состоять из нескольких секций. Это приводит с одной стороны к уменьшению занимаемой производственной площади, а с другой стороны – к некоторому усложнению конструкции. Поэтому целесообразно принять две горизонтально расположенные секции, установленные одна над другой. Для увеличения коэффициента теплоотдачи от сливок к стенкам трубок кожухотрубного теплообменника и соответственно коэффициента теплопередачи необходимо иметь развитой турбулентный режим в трубном пространстве. Это достижимо при выполнении кожухотрубного теплообменника многоходовым по трубному пространству. Наибольшая скорость сливок достигается при их прокачке последовательно через все трубки, т. е. когда весь расход сливок приходится на сечение одной трубки. В межтрубном пространстве нет необходимости делать перегородки, так как в качестве теплоносителя используется водяной пар, обладающий высоким коэффициентом теплоотдачи.
Теплообменный аппарат необходимо выполнить из нержавеющей стали. Для снижения потерь тепла в окружающую среду целесообразно снаружи теплообменника нанести теплоизоляционный слой.
3.2 Анализ факторов, принятые допущения
Расчёт трубчатого пастеризатора сводится к определению диаметра трубок, количества трубок в каждом рабочем цилиндре, длины трубок, а также диаметра рабочего цилиндра. Расчёт производится из условия обеспечения температуры пастеризации, а также обеспечения необходимой производительности пастеризатора по сливкам. Причём, конструктивные параметры пастеризатора необходимо рассчитать таким образом, чтобы приведённые затраты были минимальны.
При разработке математической модели принимаются следующие допущения.
1) Ввиду незначительного изменения занимаемой площади пола по рассматриваемым вариантам в приведенные затраты можно не включать амортизацию здания.
2) Так как теплоноситель пар, поэтому α2 имеет очень большое значение, и поэтому величиной 1/α2 можно пренебречь, т. е. при расчете коэффициента теплопередачи не учитывается термическое сопротивление между паром и стенкой трубки.
3) Ввиду незначительной стоимости слоя утеплителя пренебрегаем затратами, связанными с наружной теплоизоляцией аппарата.