Daria Kinecka Beata Krzywińska Milena Marczak Marcin Przeradzki Katarzyna Wojtulewicz		Data	Uwagi	Podpis
				09.04. 2010
Grupa 2	ICHiP rok III
Ćwiczenie nr U05
TEMAT: Badanie parametrów pracy wielosekcyjnego wymiennika ciepła

Cel ćwiczenia:

1. Praktyczne wyznaczenie wartości współczynnika odzyskania ciepła w wymienniku wielosekcyjnym.

2. Wyznaczenie jednostkowego strumienia cieplnego i współczynników przenikania ciepła w sekcjach wymiany, pasteryzacji, chłodzenia wodą studzienną i chłodzenia wodą lodową w zależności od natężenia przepływu produktu.

3. Określenie wielkości zużycia czynnika grzewczego w sekcji pasteryzacji w funkcji natężenia przepływu produktu i współczynnika odzyskania ciepła.

Nr pomiaru	Temp.początkowa produktu t1 [̊C]	Temp. pasteryzacji t2 [̊C]	Temp. końcowa produktu po ochłodzeniu w sekcji wymiany t3 [̊C]	Temp. wody gorącej		Temp. wody studziennej		Temp. końcowa produktu po oziębieniu t10 [̊C]	Temp. pary tp [̊C]	Temp. skroplin tskr [̊C]	Czas τp[s]
												początkowa t4 [̊C]	końcowa t5 [̊C]	początkowa t6 [̊C]	końcowa t7 [̊C]
1	30	29,5	20,7	25	30	11	11,3	17	101	95	0
2	22,5	49	28,8	67	63	11	21,2	17	100	70	300
3	19,5	64	27,1	66	63	11	20,3	17	100	64	600
4	18	63	26,4	66	63	11	19,7	17	101	61	900
5	18	63	26	66	62	11	19,5	17	101	64	1200
6	18	62	25,7	64	61	11	19,3	17	101	59	1500
7	18	60	25,3	62	60	11	19,2	17	101	57	1800
8	17,5	59	25	61	58	11	18,9	17	101	56	2100
Średnia	20,2	56,2	25,6	59,6	57,5	11,0	18,7	17,0	100,8	65,8	2400
gęstość	998,0	984,9	996,9	982,9	984,6	999,8	998,3	998,6	957,4	980,1
ciepło właściwe	4181,9	4183,2	4178,6	4184,1	4183,4	4201,8	4184,9	4188,6	4212,0	4185,7

Tabela 1, 2. Wyniki pomiarów.

	Natężenie przepływu
		wody gorącej	wody zimnej	produktu
m^3	0,0069	0,0021	0,002
s	10,8	10,1	10,3
V [m^3/s]	0,000639	0,000208	0,000194
tśr	58,5625	14,84	20,9375
gęstość [kg/m^3]	983,72	999,03	997,81
ciepło właściwe [J/kgK]	4183,71	4193,35	4181,44

Tabela 3. Obliczenia parametrów ruchowych wielosekcyjnego wymiennika typu P5 - obliczenia dla sekcji pasteryzacji.

Lp.	Wielkość	Wymiar	Zależność	Wynik obliczeń
1 A	Obciążenie cieplne sekcji pasteryzacji Qp	W	Qp= U · ϱ · c (t2 - tx) Qp=0,000639*983,72*4183,71*(56,2-25,6)	14297,42
2 A	Maksymalna różnica temperatur ∆tmax	ᵒC, K	∆tmax= t7 - tx ∆tmax= 57,5-38,9	19,31
3 A	Minimalna różnica temperatur ∆tmin	ᵒC, K	∆tmin = t6 - tx ∆tmin = 59,6 - 56,2	3,4
4 A	Obliczenia pomocnicze	-	∆tmax/∆tmin 19,31/3,4	5,6182
5 A	Średnia napędowa różnica temperatur ∆tp	ᵒC, K	∆tp = =	5,17
6 A	Kryterium termiczne sekcji pasteryzacji Ktp	-	Ktp= Ktp= Ktp=	-0,14
								3,48
				7 A	Współczynnik przenikania ciepła w sekcji pasteryzacji kp	W/m^2K	kp = kp = kp =	-228,46
								1708,11
8 A	Entalpia pary grzejnej in	J/kg	in = f(tn)	267820
9 A	Entalpia skroplin iskr	J/kg	iskr = f(tskr) = cskr * tskr iskr = 4185,74 * 65,8	275212,4
10 A	Zużycie pary grzejnej Gp	kg/s	Gp = =	-1,9341
11 A	Jednostkowy strumień cieplny w sekcji pasteryzacji qp	W/m^2	qp = =	8825,57
12 A	Czas przetrzymywania produktu w temperaturze pasteryzacji τp	s	τ = =	6,08

Tabela 4. Obliczenia parametrów ruchowych wielosekcyjnego wymiennika typu P5 - obliczenia dla sekcji wymiany

Lp.	Wielkość	Wymiar	Zależność	Wynik obliczeń
1B	Objętościowe natężenie przepływu produktu U	m^3/s	U= =	0,000194
2B	Średnia temperatura wody w obiegu tśr	ᵒC, K	tsr= =	38,19
3B	Końcowa temperatura produktu po podgrzaniu w sekcji wymiany tx	ᵒC, K	tx= t1+t2-t3=20,2+56,2-25,6	50,8
4B	Gęstość wody	kg/m^3	ϱ=f(tsr)	992,72
5B	Ciepło właściwe	J/kgK	c= f(tsr)	4175,18
6B	Współczynnik odzyskania ciepła E	-	E= =	0,8489
7B	Obciążenie cieplne sekcji wymiany (wydajność cieplna sekcji wymiany Qw)	W	Qw=U*ϱ*c*E*(t2-t1)= 0,000194*992,72*4175,18*0,8489*(56,2-20,2)	24597,08
8B	Napędowa różnica temperatur w sekcji wymiany ∆tw	ᵒC, K	∆tw=t3-t1=t2-tx = 25,6-20,2	5,4
9B	Współczynnik przenikania ciepła kw	W/m^2 K	kw= =	1445,24
10B	Kryterium termiczne Ktw	-	Ktw= =	5,62
11B	Jednostkowy strumień cieplny sekcji wymiany qw	W/m^2	qw= =	7858,49

Tabela 5. Obliczenia parametrów ruchowych wielosekcyjnego wymiennika typu P5 - obliczenia dla sekcji chłodzenia wodą studzienna.

Lp.	Wielkość	Wymiar	Zależność	Wynik obliczeń
1C	Objętościowe natężenie przepływu wody studziennej Us	m^3/s	Określenie na podstawie charakterystyki	0,000208
2C	Gęstość wody studziennej ϱs	kg/m^3	ϱ= f(tsr)	999,03
3C	Gęstość wody (produktu) ϱp	kg/m^3	ϱ= f(tsr)	997,81
4C	Ciepło właściwe wody studziennej cs	J/kgK	cs=f(tsr)	4193,35
5C	Ciepło właściwe produktu cp	J/kgK	cp= f(tsr)	4181,44
6C	Obciążenie cieplne sekcji chłodzenia Qch	W	Qch=U*ϱ*c*(t9-t8)= =0,000208*999,03*4193,35*(18,7-11,0)	6685,22
7C	Temperatura produktu po ochłodzeniu ty	ᵒC	ty=t3- =25,6-	17,37
8C	Minimalna różnica temperatur ∆tmin	ᵒC	∆tmin=t3-t9=25,6-18,7	7,0
9C	Maksymalna różnica temperatur ∆tmax	ᵒC	∆tmax=t4-t8= 59,6-11,0	48,6
10C	Obliczenie pomocnicze	-	∆tmax/∆tmin = 48,6/7,0	6,99
11C	Średnia napędowa różnica temperatur ∆tch	ᵒC	∆tch = ∆tch =	21,42
12C	Kryterium termiczne sekcji chłodzenia Ktch	-	Ktch= =	-1,59

Wnioski:

  Obiektem doświadczenia był płytowy wielosekcyjny wymiennik ciepła . Zbudowany on jest z pakietu stalowych płyt odpowiednio tłoczonych. Wytłoczenia na płycie są w celu wywołania zaburzeń w przepływie cieczy. Wytłoczenia te powodują  zmianę kierunku cieczy, jak i jej prędkości. Wymiennik płytowy składany jest podobnie jak prasa filtracyjna.

  Celem ćwiczenia jest między innymi wyznaczenie współczynnika odzyskania ciepła E, który jest miarą ilości ciepła odzyskanego w procesie regeneracji. Uzyskany przez nas współczynnik regeneracji ciepła wyniósł E=0,8489. Jest to poprawna wartość, ponieważ współczesne wymienniki pracują w przedziale E = 0,8-0,85. Liczba E przez nas osiągnięta jest duża. Im większa jest wartość współczynnika odzyskania ciepła E tym mniejsze jest zużycie ciepła w sekcji pasteryzacji i mniejsze zapotrzebowanie na wodę oraz czynniki chłodnicze w sekcji oziębienia.

     Jednostkowy strumień cieplny w sekcji pasteryzacji wyniósł q_p=8825,57 [w/m²], natomiast w przypadku sekcji wymiany  q_w= 7858,49 [W/m²]. Różnica między tymi sekcjami wynosi  967,08 [W/m²]. Tak duża rozbieżność spowodowana jest natężeniem przepływu w poszczególnych sekcjach. Natężenie przepływu w przypadku sekcji pasteryzacji wynosił 0,000639 [m³/s], a w sekcji wymiany U=0,000208 [m³/s].

     Celem ćwiczenia również jest wyznaczenie współczynnika przenikania ciepła w sekcjach wymiany. Współczynnik przenikania ciepła w sekcji pasteryzacji ma wartość k_p=1708,11 [W/m² K], inaczej jest w przypadku współczynnika przenikania po stronie sekcji wymiany, który jest mniejszy o 262,87 [W/m²K]. Nierówność współczynnika przenikania ciepła pomiędzy sekcjami spowodowana jest odmienną prędkością przepływu czynnika i wytłoczeń na płycie.

---