Imię i nazwisko : Hubert Kawczyński

Nr albumu:149777

Wydział Biotechnologii i Nauk o Żywności

Kierunek: Biotechnologia

Nr grupy:3

Data urodzenia: 07.07.1989

Płytowy wymiennik ciepła

1. Opis projektu

Zaprojektować płytowy wymiennik ciepła przeznaczony do pasteryzacji produktów spożywczych, zawierający sekcję pasteryzacji (3), regeneracji-odzysku ciepła (2) i dochładzania (1). Schemat wymiennika przedstawiono na rysunku:

1. Dane projektowe

Wymiennik należy zbudować z płyt o parametrach:

• Powierzchnia wymiany ciepła jednej płyty A= 0,367

• Przekrój poprzeczny powierzchni międzypłytowej F=1,45*10^-3[m²]

Produktem pasteryzowanym jest wino owocowe.

• Wydajność aparatu W = 4,6[kg/s]

• Temperatura początkowa produktu (na wylocie) t₁= 6°C

• Temperatura pasteryzacji t₃= 71,1°C

• Temperatura końcowa produktu (na wylocie) t₅= 11°C

• Temperatura początkowa wody gorącej t₃’= 89,6°C

• Temperatura początkowa solanki t₁’= -11°C

• Krotność wody gorącej α_W= 3 kg/kg produktu

• Krotność solanki α_S= 2 kg/kg produktu

• Współczynnik regeneracji ciepła ε = 0,63

• Współczynnik przenikania ciepła dla poszczególnych sekcji:

k₁= 3300 W/m²K

k₂= 2180 W/m²K

k₃= 3900 W/m²K

Płyty mają użebrowanie sinusoidalne.

Dane uzupełniające

1. Czas amortyzacji τ_a=10 lat

2. Koszt energii 0,34 gr/kWh

3. Czas pracy pasteryzatora τ_p = 300 d/r

1. Oznaczenia

A – powieszchnia wymiany ciepła jednej płyty [m²]

A₀ – powieszchnia wymiany ciepła [m²]

c- ciepło właściwe

F- przekrój poprzeczny powierzchni między płytowej [m²]

k – współczynnik przenikania ciepła [ ]

n – całkowita liczba płyt w wymienniku

t – temperatury [°C]

Δt- różnica temperatur [K]

u – liniowa prędkość przepływu [ ]

W – wydajność aparatu

x – liczba pakietów

z – liczba kanałów w pakiecie

Q – ilość ciepła

α – krotność [kg/kg produktu]

ρ – gęstość

ε – współczynnik regeneracji(odzysku) ciepła

Indeksy :

1,2,3 – sekcja 1,2,3

p, s, w – ciecz pasteryzowana, solanka, woda

Jeżeli ciepło właściwe (c) nie jest oznaczone indeksem s lub w , to należy rozumieć, że jest to ciepło właściwe produktu dla odpowiedniej temperatury.

1. Obliczenia

1. Obliczenie średniej różnicy temperatur w sekcjach
Obliczanie średniej różnicy temperatur w sekcji 2
Dane
t1=6°C t3=71°C ε = 0,63
t1=6°C t2 = 47°C t3=71°C
t1=6°C t2 = 47°C t3=71°C t4 = 30°C
Obliczanie średniej różnicy temperatur w sekcji 3
t2 = 47°C t3=71°C t’3=90°C αW = 3kg/kg produktu c3 = 4095 dla cw= 4205
t2 = 47°C t3=71°C t’3=90°C t3’’ = 82°C

Obliczanie średniej różnicy temperatur w sekcji 1
t1’ = -11°C t4 = 30°C t5 = 11°C αs = 2kg/kg produktu cs = 3328 c1 = c22 = 4083
t1’ = -11°C t4 = 30°C t5 = 11°C t1’’ = 1°C
Obliczanie liczby kanałów w jednym pakiecie
t1’ = -11°C t1’’ = 1°C
t’3=90°C t3’’ = 82°C
W = 4,6 F = 1,4510^-3 m^2 ρp = 1008kg/m^3 dla t4 = 30°C u’p = 0,3 m/s
W = 4,6 F = 1,4510^-3 m^2 ρp = 1183kg/m^3 dla αs = 2kg/kg produktu
W = 4,6 F = 1,4510^-3 m^2 ρw = 968,5kg/m^3 dla αw = 3kg/kg produktu

Sekcja	Czynnik	tśr [°C]	ρ [kg/m^3]	C [J/kgK]	λ [W/mK]	[Pas]
1	Ogrzewany (solanka)		1183	3329	0,523	3,66
	Chłodzony (produkt)		1012	4083	0,384	2,079
2	Ogrzewany (produkt)		1010	4085	0,395	1,804
	Chłodzony (produkt)		998	4092	0,453	1,069
3	Ogrzewany (produkt)		993	4095	0,477	1,030
	Chłodzony (woda)		968	4220	0,678	0,339

Obliczenia powierzchni wymiany ciepła w każdej sekcji
t4 = 30°C t5 = 11°C
t1=6°C t2 = 47°C
t2 = 47°C t3=71°C
W = 4,6 C= 4082
W = 4,6 C= 4089
W = 4,6 C= 4084
k1 =3300 Δtd = 25°C
k2 =2180 Δtr = 24°C
k3 =3900 Δtp = 26°C

Sekcja	Czynnik	Δt [°C]	Q[J]	k	Δt2 [°C]	Ao [m^2]
1	Ogrzewany (solanka)	-		3300	Δtd = 25	4,325
	Chłodzony (produkt)	19
2	Ogrzewany (produkt)	41		2180	Δtr = 24	14,74
	Chłodzony (produkt)
3	Ogrzewany (produkt)	24		3900	Δtp = 26	4,447
	Chłodzony (woda)	-

Obliczanie liczby płyt i liczby pakietów
m^2 A= 0,367
m^2 A= 0,367
m^2 A= 0,367
n1 = 12 zs = 10 zp =10
n2 = 40 zp =10
n3 = 12 zs = 10 zp =10

1. Zestawienie wyników

Sekcja	Czynnik	Δt [°C]	Q[J]	k	Δt2 [°C]	Ao [m^2]	x	z
1	Ogrzewany (solanka)	-		3300	Δtd = 25	4,325	1	10
	Chłodzony (produkt)	19					1	10
2	Ogrzewany (produkt)	41		2180	Δtr = 24	14,74	2
	Chłodzony (produkt)
3	Ogrzewany (produkt)	24		3900	Δtp = 26	4,447	1
	Chłodzony (woda)	-					1	10

1. Ułamek kompozycyjny

sekcja	Ułamek kompozycyjny
1
2
3