Файл: Стабников, В. Н. Процессы и аппараты пищевых производств учебник.pdf

Скачать файл (13,80Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 16.10.2024

Просмотров: 165

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Общую длину труб змеевика находят из уравнения

F — ndcp L .

(164)

Длина одного витка tB (в м) змеевика

/в ^ л£>в.

Число витков п в змеевике.

_ JL_

/в	'
Высота змеевика Н (в м)
Н = ( п —	\)t .	(165)

в) Расчет пластинчатого теплообменника

Рассмотрим тепловой и конструктивный расчет пластинчато го теплообменника, служащего для пастеризации виноградного сока (см. рис. 71).

Получаемая в этом теплообменнике экономия тепла за счет двукратного использования его выражается коэффициентом ре генерации е.

Коэффициент регенерации представляет собой отношение ко личества тепла Q p , переданного продукту в секции регенерации, к общему количеству тепла Q 0 , затраченному на нагрев сока от

начальной температуры tn до температуры пастеризации			(н° С ,
т. е.
Ор_____ Gc (tр — tH)_____ tp — ta			(166)
Qo	Gc (tu ^н)		(166)
Qo	Gc (tu ^н)
где G — количество сока, кг/с;
с — средняя теплоемкость сока, Дж/(кг-К);
^р — температура сока после подогрева в секции регенерации, °С.
Коэффициент регенерации противоточных пластинчатых па
стеризаторов 8=0,6 Д-0,8.	Q 0 (в Вт) на нагревание сока до		тем
Общий расход тепла	Q 0 (в Вт) на нагревание сока до		тем
пературы пастеризации
	Qo —	Q p Н- Q n .
откуда
	Q n =	Qo — Q p ,	(167)

где Qn — расход тепла на нагрев сока в секции для пастеризации, Вт.

Так как Qp= e Q 0, то Qn= Q o —eQ0= Q o (l—е),

или

Qn = (1 — 8) Gc (tn — 60

Qp = sGc (tn— 60.

,(168)

Поверхность теплопередачи секции для регенерации, или

138

производительность теплообменника, определим из следующего уравнения:

Fp kp Atp ~ Qp ~ eGc ((л /ц) i

(169)

где Fp — поверхность теплопередачи в секции регенерации, м2;

kp — коэффициент теплопередачи в секции регенерации, Вт/(м2-К);

Д^р — средняя разность температур в секции, °С.

Разность температур Д/р в начале и конце секции регенера ции при установившемся процессе остается постоянной и опре деляется по формуле

Ыр = ta — tp.

Из формулы (166) имеем:

= ~Ь Б (tn — to) ,

тогда

А*р = * п - * н - в ( * п - * н ) = ( 1 - в ) ( / п - * н ) .

(170)

Поверхность нагрева секции пастеризации, или производи тельность пастеризатора, находят из следующего уравнения:

Fn kn Atn = Q„ = (1 - е) Gc (ta - 1„),

или
FnknAtn =Gc(tn- t p),			(171)
где Fn —■поверхность нагрева пастеризатора, м2;			пастеризации, Вт/(м2-К);
kn— коэффициент теплопередачи в секции			пастеризации, Вт/(м2-К);
Д/п — средняя разность температур в секции,			°С, определяемая обычным
путем.
В уравнениях (170)	и (171)
Д^б =	О'.Н	и AtM= /г.к	tp ,

где tT,а и tT.к — начальная и конечная температура горячей воды, °С.

Расход горячей воды Wr (в кг/с) в секции пастеризации

WT	___ On___		(172)

	СВ О г .Н ■	^ г - к )

После пастеризации и выдержки сок охлаждается водой (или рассолом) в секции охлаждения до конечной температуры; при этом количество тепла Q0 (в Вт), отданное охлаждающей воде;

Q0 = Gc (t„ — tк) — Qp = Gc (tn— tK) — bGc (tn — tH) ,

или

Qo — Gc [(<„ — ^k) — e O n — * h)J .

(173)

Поверхность теплопередачи F0 (в м2) в секции охлаждения

FО— Qo	(174)
К А /о

139

Входящие в формулу (174) значения A t и k 0 находят обыч ным путем. При этом температуру сока t' поступающего в сек

цию охлаждения, находят из выражения:

откуда

'р = 'п + 'и - * р -

(175)

Расход охлаждающей воды в секции охлаждения Wx (кг/с) находят из следующего уравнения:

		G c(/p - g =	r	xCB(ix.K- * x.H),	(176)
где	G — количество	охлаждаемого		пастеризованного сока,	кг/с;
с	и св— средняя теплоемкость сока и воды, Дж/(кг-К);
tp и tK— температура сока до и после охлаждения, °С;
*х-н и /х.к — начальная		и конечная	температура охлаждающей		воды, °С.

Общую длину канала, образованного последовательно вклю ченными в работу пакетами пластин, находят из теплового ба ланса секции.

Составим, например, уравнение теплового баланса в общем виде при охлаждении G (в кг/с) сока от t\ до h (в 0 С)

Gc (ti — 12) = F0 koAt0,	(177)
где k0, F0 и At0— соответственно коэффициент теплопередачи,	поверхность

теплопередачи и средняя разность температур в зоне охлаждения.

При известной ширине канала h (в м), расстоянии между ними h (в м), скорости движения сока w (в м/с) и его плотности р (вкг/м3) масса сока G (вкг/с), протекающего по одному кана-

Поверхность теплопередачи F 0 выразим через произведение удвоенной ширины пластины h (м) на требуемую длину пути L потока сока, зная, что поток сока охлаждается с двух сторон, т. е. F 0= 2 b, тогда уравнение (177) запишется в виде

bhwpc (tj — 12) = 2bLK 0

откуда общая длина канала L (в м)

hwpc(t1— /,)

(178)

2*0 Atо

При известном расходе жидкости V	(в м3/с) ширину канала
b (в м) определяют из уравнения неразрывности потока:
Ь - -	(179)

whn ’

где п — число параллельных ходов.

___у_

(180)

bhw

Эквивалентный диаметр канала d3 (в м) составит

140

dB	4f	4bh	(181)
		= 2h.

П26

Пр и м ер . Определить поверхность теплопередачи, число пластин и число пакетов в секции регенерации пластинчатого

теплообменника производительностью		0 = 1,4 кг/с виноград
ного сока, если температура сока,	поступающего в секцию, tB =
= 15° С и уходящего из нее + =	92° С,	коэффициент регенера
ции е = 0,7. Содержание сухих веществ		в соке В = 15% масс.,

средняя теплоемкость сока с= 4000 Дж/(кг-К)				и плотность его
р=	1060	кг/м3.	Рабочая поверхность пластины	f —0,2 м2, рас
стояние		между	пластинами п—0,0028 м, толщина пластины
6 =	0,001	м и ширина проточной части ее 6= 0,27 м.
	Р е ш е н и е .		1. Определяем среднюю разность температур:

а) температура холодного сока после подогрева его в секции регенерации

fx =	15 +	0,7 (92 — 15) = 6 8 ,7 °С;
б) разность температур		в секции регенерации [по формуле
(170)]
Мр =	(1 — 0,7) (92 — 15) = 23,1 °С;

в) температура горячего сока на выходе из секции регенерации

t2 = tHJr М р = 15 + 23,1 = 38,1 °С.

Значения At а и AtM для секции определяем по следующей схеме теплообмена:

92 °С сок горячий 38,1 °С

6 8 ,9 °С сок холодный 15°С

At$ = 23,1 °С AtM= 2 3 ,1 °С.

Полученные значения указывают на то, что по длине кана лов теплообменника перепад температур остается постоянным иДг = 23,1°С.

2. Определяем средние температуры потоков и их теплофи

зические данные:
а)	средняя температура нагреваемого сока
	6 8 ,9 + 1 5	42 °С.
	/у —
	2
При этой температуре для виноградного сока
	р = 1 • 10—3 Па-с и %=	0,54'Вт/(м-К)
б)	средняя температура горячего сока
	/ г = 0 ,5 (9 2 + 38,1) = 65 °С,
При этой температуре сока