Розрахунок трубчатого пастеризатора

Істотними вимогами є також компактність, мала маса, простота конструкції, зручність монтажу і ремонту апарату. З цієї точки зору впливають такі фактори; конфігурація поверхні нагрівання, наявність і тип перегородок, ущільнень, будову камер, коробок, днищ; габаритні розміри апарата й ін

3.Будова та принцип дії апарата,  вибір матеріалів для його  виготовлення.

Трубчаста пастеризації установка  включає в себе трубчастий пастеризатор молока, насоси, конденсатовідвідники, пульт управління, прилади контролю та регулювання процесу пастеризації, трубопроводи.

Трубчастий пастеризатор молока складається з двох циліндрів, розташованих паралельно на загальній рамі один над іншим. Із зовнішнього боку вони покриті термоізоляцією і обшивкою, в торцях є трубні решітки, в які запресовані і развальцьовані теплообмінні трубки. У місцях вальцювання теплообмінних трубок решітки мають камери, завдяки чому трубки з'єднані між собою послідовно, попарно.

Молоко надходить спочатку в нижній, потім у верхній циліндр. Міжтрубний простір в циліндрах є камерами для теплоносія. У ньому теплоносієм є пар тиском 0,02-0,05 МПа. Щоб уникнути створення повітряних пробок на циліндрах встановлені повітряні краники, через які перед пуском установки випускають повітря з міжтрубного простору.

З обох сторін циліндри мають  відкидні кришки, що закріплюються  на баранчиках. Між циліндром і  кришкою встановлена гумова прокладка. Всі деталі контактуючі з молоком, виконані з нержавіючої сталі.

Молоко одним насосом подається в нижній циліндр. Пройшовши послідовно через всі його трубки, воно потім другим насосом подамся в верхній циліндр, де також проходить послідовно через всі трубки, з температурою 85 - 95 °С виходить з пастеризатора через автоматичний пропускний клапан. Датчиком його служить термобалон термометра-сигналізатора.

Якщо температура молока на виході з пастеризатора виявиться нижче  заданої, замикаються контакти пропускного  клапана і молоко направляється  на повторну пастеризацію. При відновленні заданої температури клапан повертається у вихідне положення.

Кількість пара, що подається в  міжтрубний простір циліндрів, регулюється спеціальними приладами. Конденсат з верхнього і нижнього циліндрів пастеризатора відводиться через конденсатовідвідники.

В трубчастих теплообмінниках немає  секцій регенерації та охолодження, тому їх зазвичай встановлюють там, де за умовами технологічного процесу не потрібно охолодження молока безпосередньо після пастеризації (лінії потокового виробництва масла, вироблення згущеного і сухого молока).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Проектний розрахунок трубчастого пастеризатора.

Розрахуємо вертикальний кожухотрубний  пастеризатор. В якості теплоносія використовується насичена водяна пара, що надходить у міжтрубний простір. Продуктом є молоко, яке під створюваним за допомогою насосу тиском, переміщається по пучках труб. Рух теплоносія і продукту зустрічний. Для розрахунку маємо наступні вихідні дані: продуктивність пастеризатора, початкову та кінцеву температуру продукту, тиск гріючої пари, швидкість руху продукту, тепловитрати від корисної теплоти, продукт.

Значення вище перелічених даних представлені в таблиці 4.1.

Таблиця 4.1.

G, кг/с	T1, ºС	T2, ºС	P, ºС	υ, м/с	Qвит, %	Продукт
1,5	12	80	0,14	1,2	6	Молоко

 

4.1. Тепловий розрахунок апарата

4.1.1. Визначення середньої різниці температур теплоносія і продукту:

- більша різниця температур

• менша різниця температур:

Оскільки  то

4.1.2. Визначення середньої температури продукту:

4.1.3. Різниця температур теплоносія і стінки визначається по формулі:

 

і різниця температур стінки і продукту:

Приймаємо

4.1.4. Температура стінки з боку теплоносія:

4.1.5. Температура стінки з боку продукту:

4.1.6. Температура плівки конденсату теплоносія:

4.1.7. По температурі плівки конденсату визначаємо теплофізичні параметри конденсату, а також питому теплоту конденсації пари r.

λ, Вт/мК	ρ, кг/м3	С, кДж/кгК	μ∙10-6, Па∙с	r, кДж/кг
0,680	965,3	4,224	307,43	2232

Вищенаведені дані отримані шляхом застосування лінійної інтерполяції табличних даних.

Вт/мК;

кг/м³;

кДж/кгК;

кДж/кг;

м²/с;

Па∙с.

4.1.8. Коефіцієнт тепловіддачі від теплоносія до стінок трубок визначається з критеріального рівняння:

де С=1,15 при конденсації на вертикальних поверхнях

де l – довжина трубок, l=2...2,5 м.

Вт(м²К).

4.1.9. У залежності від середньої температури продукту Р_ср визначаються теплофізичні параметри продукту:

Вт/мК;

кг/м³;

Дж/кгК;

Па∙с.

4.1.10. Коефіцієнт тепловіддачі від стінки до продукту визначається в залежності від режиму руху продукту. Тому, визначаємо значення критерію Re:

де d_вн – внутрішній діаметр труби, який рекомендовано прийняти 0,025 м, а зовнішній діаметр d_з=0,03 м. - швидкість продукту (за вихідними даними) , що дорівнює 1,5 м/с.

>10⁴.

4.1.11. Визначення критерію Нуссельта:

> звідси

4.1.12. Визначення коефіцієнта тепловіддачі від стінки до продукту:

Вт/(м²К).

4.1.13. Термічний опір стінки:

де 

коефіцієнт теплопровідності стінки (для сталі ).

4.1.14. Загальний коефіцієнт теплопередачі:

Вт/(м²К).

4.1.15. Визначення різниці теплових напорів з боку теплоносія і з боку продукту:

Оскільки [|A|-0,05 ] = 55213,3-0,05∙4551,21∙34,11=47451,2>0, то розрахунок повторюємо.

4.1.3'.   

4.1.4'.   

4.1.5'.  

4.1.6'.  

4.1.7'.  Вт/мК;

кг/м³;

кДж/кгК;

кДж/кг;

м²/с;

Па∙с.

4.1.8'.   Вт/(м²К). 

4.1.9'. 

Pr	λ, Вт/мК	ρ, кг/м3	с, Дж/кгК	μ, Па∙с
6	0,517	1012,78	3866,6	0,8∙10-3

4.1.10'.  При >10⁴

4.1.11'.  

4.1.12'.   Вт/( м²К);

4.1.13'.  

4.1.14'.   Вт/ м²К.

4.1.15'.  

Оскільки [|A|-0,05 ] = 123,78-0,05∙4556,58∙25,50=-5685,82<0, то розрахунок можна продовжувати далі.

4.1.16'.  Кількість теплоти, переданої через поверхню теплообміну від теплоносія до продукту

де с – теплоємність продукту t_ср.

Вт=394∙10³ кВт.

4.1.17'. Поверхня  теплообмінника, що передає тепло:

м².

4.1.18'. Загальна витрата тепла:

.

Вт

4.1.19'. Витрата пари, що гріє:

кг/с.

 

4.2. Конструктивний розрахунок

4.2.1. Площа перетину потоку продукту (площа перетину пучка труб):

,

де  ρ- густина продукту при  t_ср.

м².

4.2.2. Кількість труб у пучку:

4.2.3. Уточнення значення швидкості руху продукту:

м/с. 

4.2.4. Розрахункова довжина однієї трубки в пучку:

,

м.

4.2.5. Число ходів теплообмінника:

,

4.2.6. Необхідне число труб у трубчастих решітках теплообмінника:

По таблиці вибираємо теплообмінник  з числом найближчого ряду, тобто 61.

Крок розміщення при закріпленні  в трубчастих решітках труб розвальцьовуванням знаходиться в межах:

- вибирають за ДСТ;

м.

4.2.7. Внутрішній діаметр корпуса:

- число труб по діагоналі  шестикутника з таблиці.

крок труб.

м.

Внутрішній діаметр рекомендовано  прийняти в межах від 400 до 3000 мм, отже D_в=480 мм.

4.2.8. Живий перетин міжтрубчастого простору:

м.

4.2.9. Розміри патрубків для робочих середовищ:

а) Діаметр патрубка для входу  пари в апарат:

б) Діаметр патрубка для виходу конденсату:

в) Діаметр патрубка для входу  продукту в апарат:

де ρ – визначають при значеннях  температури  продукту. Отже, кг/м³. Тоді:

г) Діаметр патрубка для виходу продукту з апарата:

де  визначаємо при температурі продукту, тобто кг/м³.

4.3. Механічний розрахунок

4.3.1. Товщина стінки корпуса (кожуха):

де ρ – внутрішній надлишковий  тиск у кожусі, МПа;

припустима напруга (для сталі  марки Ст3 МПа);

коефіцієнт міцності звареного  шва, ;

С – збільшення на корозію, С=0,001 м.

м.

4.3.2. Товщина трубчастих решіток:

де  зовнішній діаметр труб, мм.

мм.

4.3.3. Товщина днищ:

де  зовнішній діаметр корпуса апарата, м:

,

;

к – фактор днища, к=0,76...2,0;

0,95;

с=0,003 м.

м.

 

4.4. Гідравлічний розрахунок

4.4.1. Гідравлічний опір трубного простору:

де  опір тертя, Па;

місцеві опори, Па;

коефіцієнт опору тертя;

коефіцієнт місцевого опору;

діаметр труби, м;

швидкість руху продукту, м/с.

По числу Рейнольда визначаємо

Оскільки Re=47522,81:

Сума коефіцієнтів місцевих опорів:

Отже,    Па.

 

4.4.2. Потужність приводу насоса:

,

де V- об'ємна витрата продукту, м³/с;

,

м³/с.

ККД насоса;

Вт.

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Правила експлуатації і техніка безпеки. 

При експлуатації обладнання для теплової обробки молока необхідно ретельно стежити за герметичністю з'єднаних  трубопроводів і особливо ущільнених гумових прокладок в пластинчастих апаратах. Герметичність перевіряється перед роботою апарату пропусканням через нього холодної води.

Паропроводи, призначені для підведення пари до нагрівачів, пастеризаційно - охолоджувальних і стерилизационно - охолоджувальних установок, повинні мати теплову ізоляцію. Апаратні установоки, призначені для високотемпературної пастеризації та стерилізації, повинні мати захищені кожуха. Всі електродвигуни, пускова апаратура і щити управління повинні бути заземлені.