Пастеризационно-охладительная установка ОПУ-2М для пастеризации молока

Автор: Пользователь скрыл имя, 21 Ноября 2012 в 20:11, курсовая работа

Краткое описание

Современные пластинчатые пастеризационно – охладительные установки представляют собой сложные в техническом отношении комплексы, включающие пластинчатый аппарат, необходимое вспомогательное оборудование и средства автоматизации, обеспечивающие контроль и регулирование работы установки в целом. Серийно выпускаемые охладительные пастеризационные установки различных типов отличаются в основном различной производительностью. В отношении же сочетания отдельных частей установок , состава вспомогательного оборудования и его взаимодействия с пластинчатым аппаратом эти установки имеют много общего, если они имеют одинаковое технологическое назначение. Так, например, для пастеризации молока и сливок используют установки типа ОПУ- 1(2, 3М, 5М, 10, 15) соответственно производительностью 1000 л/час (2000, 3000, 5000, 10000, 15000).

Оглавление

Введение………………………………………………………………………………………….4
1.Общая схема пастеризационно – охладительной установки и особенности конструиро-
вания пластинчатых теплообменников……………………………………………………………….5
Принцип конструирования, особенности и классификация пластинчатых
Теплообменников………………………………………………………………………………………..5
Структура и основные схемы компоновки многопакетных пластинчатых аппаратов………..8
Расчёт комбинированного пластинчатого аппарата для пастеризации и охлаждения
Молока……………………………………………………………………………………………..9
Тепловые балансы, определение недостающих начальных и конечных
температур теплоносителей. Определение тепловых нагрузок………………………………..11
Определение средних температурных напоров…………………………………………………14
Выбор скоростей продукта и рабочих жидкостей………………………………………………15
Определение теплофизических характеристик молока и рабочих жидкостей, расчёт
режимов движения………………………………………………………………………………16
Расчёт коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи………………………………………….18
Расчёт рабочих поверхностей, числа пластин и числа пакетов. Компоновка
секций в аппарате. Поверочный расчёт………………………………………………………….21
Расчёт гидравлического сопротивления теплообменника…………………………………… .27
Конструктивный расчёт…………………………………………………………………………..28
Список литературы……………………………………………………………………………….31

Файлы: 1 файл

записка.docx

— 332.63 Кб (Скачать)

                                                                                      а

 

продукт

теплоноситель

 

 

                                                                                                                                      продукт

                                                                                                                           теплоноситель

                                                                                      б

 

продукт

 

 

                                                                                                                                      продукт

теплоноситель                                                                                                    теплоноситель

                                                                                      в

Рис. 4 Схема компоновки многопакетных пластинчатых теплообменников:

а – симметричная; б – все  каналы для рабочей жидкости соединены  в один пакет; в – число пакетов  со стороны рабочей жидкости меньше числа пакетов со стороны продукта.      

Теплообменник может быть скомпонован  так, что его крайние каналы будут  заполнены рабочей жидкостью  или продуктом. Во втором случае продукт  будет принимать или отдавать тепло только через стенку одной  из пластин, а другая пластина будет  лишь изолировать его от нажимной плиты или стойки. Такие пластины, замыкающие собой секцию, называются концевыми.

Многосекционным или комбинированным  теплообменником называют аппарат, в котором тепловая обработка  продукта происходит по зонам с использованием различных тепло – и хладоносителей. В этом случае структура комбинированного пластинчатого теплообменника компонуется по схеме: аппарат – секция – пакет – канал. Примером комбинированного теплообменника для комплексной тепловой обработки жидких пищевых продуктов служит пластинчатый аппарат для пастеризации и охлаждения молока.

 

2.Расчёт комбинированного  пластинчатого аппарата для пастеризации  и охлаждения молока (ОПУ-2М).

Исходные  данные:

Производительность  аппарата                                                             Gм = 2000 л/час

Начальная температура молока                                                              t1 = 36 0С

Температура пастеризации                                                                    t3 = 76 0С

Температура молока после секции водяного охлаждения                   t5 = 28 0С

Температура охлаждённого молока                                                        t6 = 5 0С

Начальная температура горячей воды                                                   tнг.в = 79 0С

Начальная температура охлаждающей воды воды                              tнохл.в = 10 0С                 

Начальная температура рассола (25% р-р NaCl)                               tр = -5 0С

Коэффициент регенерации теплоты                                                     ε = 0,7

Расход  холодной воды                                                                             Gх.в = 12 м3 /час

Расход  рассола                                                                                          Gр = 4 м3 /час

Кратность горячей воды                                                                           n=4

Аппарат спроектировать на основе пластин  П-2 с гофрированной поверхностью и следующими основными данными:

Рабочая поверхность пластины                                                               f = 0,21 м2

Зазор между  пластинами                                                                         h = 0,003 м

Толщина пластины                                                                                    δст = 0,00125 м

Ширина  проточной части                                                                         b = 0.315 м

Коэффициент теплопроводности материала пластин                           λст  =15,12 Вт /мК

Начальное давление молока                                                                     6ат

Противодавление  на выходе                                                                    5ат

 

 

Порядок расчёта.

Наметим принципиальную схему комбинированного аппарата, состоящего из четырёх секций: регенерации (1), пастеризации нагревания молока горячей водой (2),  водяного охлаждения (3), и охлаждения его рассолом (4).

   Условная схема изменения температур  теплоносителей для всех секций  теплообменника представлена на рис.5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.5. Условная схема изменения температур теплоносителей четырёхсекционного комбинированного теплообменника:

                профиль изменения температур продукта (молока);

------------ профиль изменения температуры греющего теплоносителя (горячей воды) и хладоагента (рассола).

I – секция регенерации

II – секция пастеризации

III – секция водяного охлаждения

IV – секция рассольного охлаждения

 

 

2.1. Тепловые балансы, определение недостающих начальных и конечных температур теплоносителей. Определение тепловых нагрузок.

 

  Секция регенерации (I).

Уравнение теплового баланса:

  ,                                        (1)

где  Qрег - тепловой  поток, переданный молоку в зоне регенерации, Вт;

Cпр – средняя теплоёмкость продукта - молока, Дж/кгК;     

t1, t2 - начальная температура сырого продукта и продукта после секции регенерации, ºC;     t3, t4 - температура пастеризации и температура пастеризованного продукта после секции регенерации, ºC.

Эффективность работы секции регенерации  характеризуется коэффициентом  регенерации ε, представляющим собой  отношение теплового потока Qрег, переданного продукту в секции регенерации, к общему потоку теплоты Qо, затраченному на нагревание продукта от начальной температуры t1 до температуры пастеризации t3

.                         (2)

Из уравнения (2), пренебрегая незначительным изменением средней теплоёмкости продукта Cпр, выразим температуру сырого продукта после секции регенерации t2:

(ºC).                                         (3)

Температура пастеризованного продукта после секции регенерации из уравнения (1)

(ºC).                               (4)

Тепловая  нагрузка секции регенерации:

 (Вт).                                                                                                 (5)

Средняя температура продукта в секции регенерации:

(ºC).

         где   t3 - температура пастеризации,  0С;

                t6 - температура охлажденного молока .

Производительность  аппарата - Gп = 2000л /час

ρпр36 С = 1.000 кг/л = 1000 кг/м3

Массовый  расход продукта:

Gпр = 2000 · 1.000 = 2000 кг/ч

t пр.ср = (t1 + t2) / 2 = (76 +64) / 2 = 70 0C,

где  t1 - начальная температура молока, 0С;

       t2 - температура сырого молока после секции регенерации, 0С

Спр70 С = 3880 Дж/кгК

Тогда тепловая нагрузка секции регенерации:

Qрег = 2000 / 3600 · 3880 (64 – 36) = 60355,56 Вт

 

Секция пастеризации (II).

Уравнение теплового баланса:

Gг.в. · Cг.в. (tнг.в. – tкг.в.) = Gпр · Спр (t3 – t2) = Qп,                                                                                         (6)

где Gг.в - массовый расход горячей воды, кг /с;

      Cг.в.  - теплоёмкость горячей воды [4], Дж / кг К;

       tнг.в. ; tкг.в.) - начальная и конечная температуры горячей воды,  0С;

     Qп  - тепловая нагрузка секции пастеризации , Вт.

Воспользуемся понятием кратности рабочей среды  n , которая для секции пастеризации представляет собой отношение массового расхода горячей воды к массовому расходу продукта:

.                                                                                                  (7)

Массовый  расход горячей воды Gгв:

=2000*4/3600=2,22кг/с   

ρг.в76 С = 0.9842 кг/л = 984 кг/м3

nг.в = 4

Средняя температура продукта секции пастеризации

 (ºC).

 

С учетом уравнения (7) найдем из выражения (6) температуру  горячей воды на выходе из секции пастеризации:

tг.вк = tг.вн – Спр / (nг.в · Сг.в) · (t3 – t2)                                                                                                        (8)

Cг.в79 C  = 4190 Дж / кгК

tг.вк = 79 – 3856 / (4 · 4190) · (76 – 64) = 76,24 0С

Cпр70 C  = 3856 Дж / кгК

Тепловая  нагрузка секции Qп:

 (Вт). 

Секция водяного охлаждения (III)

Уравнение теплового баланса:

tх.вк = tх.вн + Спр / (nх.в · Сх.в) · (t4 – t5

=

tх.вк = 71+ 3900 / (6 · 4180) · (48 – 28) = 16,22 0С

Тепловая  нагрузка секции водяного охлаждения

  Вт

Секция рассольного охлаждения (IV)

Уравнение теплового баланса:

,                             (9)

где   Gр  - массовый расход рассола, кг/с;

Ср – теплоёмкость рассола, Дж/кг К;

  tр,н; tр,к - начальная и конечная температура рассола , 0С ;

  Qр - тепловая нагрузка секции рассольного охлаждения, Вт

Кратность рассола:

                                                                                                                          (10)

Массовый  расход рассола:

ρр-5 С = 1.183 кг/л = 1183 кг/м3

Ср-5 С = 3329 Дж / кгК

Gр = 5000 л/час · ρр-5 С = 4000 · 1.183 = 4,732 кг/ч = 1, 31 кг/с

nр = 4000/ 2000 = 2

Конечная  температура  рассола на выходе из секции:

 tрк =tрн – Спр / (nр · Ср) · (t5 – t6)                                                                                                    (11)

Спр = 3329 Дж / кгК

С учетом кратности рассола (nр = 2) определим из уравнения (9) конечную температуру рассола на выходе из секции

tрк = -5 + 3880 / (2 · 3329) · (28 – 5)  = 8,4 0С                                                                              

Тепловая  нагрузка секции рассольного охлаждения:

 (Вт).                                    (12)

2.2.Определение средних температурных  напоров.

Секция регенерации теплоты (I).

Т.к. температурные  напоры на входе Δt1 и на выходе Δt2 из секции регенерации теплоты одинаковы

Δt1 = t4 -  t1 = 48 – 36 = 12 ºC,

Δt2 = t3 -  t2 = 76 – 64 = 12 ºC,

средний температурный напор Δtрег = 28 ºC.

Секция пастеризации (II)

Δtб = tк гв -  t2 = 76,24 – 64 = 12,24 ºC,

Δtм = tн гв -  t3 = 79 – 76 = 3 ºC.

Т.к.   , то

ºC                                                                                                  (13)

Секция водяного охлаждения (III)

Δtб =t4 -tк хв = 48 – 16,22 = 31,78 ºC,

Δtм =  t5 - tн хв = 28 – 10 = 18 ºC.

Т.к.   , то

         ºC                                                                                                              

 Секция рассольного охлаждения (IV) .

Δtб = t5 – tрк = 28 – 8,4 = 19,6 ºC,

Δtм = t6 – tрн = 5 – (-5) = 10 ºC.

Т.к.   , то

         ºC                                                                                                               (14)

 

2.3. Выбор скоростей продукта и рабочих жидкостей.

При заданной производительности аппарата и выбранном типе пластин (П- 2) скорость потока молока и компоновка пакета (число параллельных каналов в нём ) связаны друг с другом , т. е. выбор одного из этих параметров определяет значение другого.

Информация о работе Пастеризационно-охладительная установка ОПУ-2М для пастеризации молока