1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i instalacją płytowego wymiennika ciepła. Wyznaczenie współczynnika regeneracji R dla różnych warunków pracy wymiennika.

2. Stanowisko - schemat

Płytowe wymienniki ciepła zbudowane są z pakietu stalowych płyt odpowiednio tłoczonych, składanych jak prasa filtracyjna. Przestrzenie między płytami oraz otwory umieszczone w narożnikach płyt umożliwiają przepływ cieczy wymieniających ciepło.

Surowiec jest doprowadzany do dwóch sekcji wymiany (sekcja regeneracji), gdzie podgrzewa się od temperatury t₂ do temperatury t₃, odbierając ciepło od produktu spasteryzowanego. Następnie produkt przepływa do sekcji ogrzewania, gdzie ogrzewa się gorącą wodą do temperatury pasteryzacji. Aby uzyskać odpowiednio długi czas działania wysokiej temperatury na produkt, przepływa on przez przetrzymywacz, w którym podlega procesowi pasteryzacji. Po przejściu przez sekcję przetrzymywania gorący produkt wraca przez sekcję wymiany przepływając po drugiej stronie płyt i ogrzewa surowiec wchodzący do pasteryzatora.

3. Opis wykonania

Podczas wykonywania doświadczenia dokonywaliśmy pomiaru:

• temperatury za pomocą termometrów (w określonych punktach pomiarowych),

• strumienia gorącej wody

• strumienia produktu

• czas wypływu danej objętości ( 2 dm³ ) cieczy

4. Wyniki

	Czas przepływu 2dm^3 surowca (s)
seria I	27	27	27
seria II	14	14	14
seria III	12	12	12

Aby obliczyć strumień masowy surowca zakładamy, że objętości cylindra miarowego 2 dm³ odpowiada masa wody 2 kg (d_wody=1000kg/m³).

Strumień masowy dla :

Seria I: M₁ = 2/27 = 0,074 [kg/s]

Seria II: M₂ = 2/14 = 0,143 [kg/s]

Seria III: M₃ = 2/12 = 0,167 [kg/s]

Tabele wyników pomiarów temperatur dla poszczególnych serii:

Seria I:

	Temp.(°C)	Temp.(°C)	Temp.(°C)	Temp. średnia(°C)
t1	58	58	58	58,00
t2	14	13,5	13,5	13,67
t3	49	49	49	49,00
t4	22	22	22	22,00
t5	19	19	19	19,00
t6	63	63	62	62,67
t7	56,5	56	56	56,17
t8	18	18	18	18,00

Seria II:

	Temp.(°C)	Temp.(°C)	Temp.(°C)	Temp. średnia(°C)
t1	55	55	55	55,00
t2	12	12	12	12,00
t3	46	46	46	46,00
t4	21	21	21	21,00
t5	20	20	20	20,00
t6	60	61	61	60,67
t7	53	53	53	53,00
t8	18	18	18	18,00

Seria III:

	Temp.(°C)	Temp.(°C)	Temp.(°C)	Temp. średnia(°C)
t1	54	54	54	54,00
t2	12	12	12	12,00
t3	45	45	45	45,00
t4	21	21	21	21,00
t5	19,5	19,5	19,5	19,50
t6	59	59	60	59,33
t7	51,5	52	52,5	52,00
t8	18	18	18	18,00

	Strumień gorącej wody (m^3)
	Seria I	Seria II	Seria III
1.	346,752	346,876	346,975
2.	346,776	346,892	346,997
3.	346,801	346,923	347,024

	Strumień produktu (m^3)
	Seria I	Seria II	Seria III
1.	115,868	115,956	116,163
2.	115,872	115,975	116,185
3.	115,884	116,002	115,218

5. Obliczenia:

Obliczenie współczynnika regeneracji ciepła:

R =( Q₁ / Q₂ ) * 100%

Q₁ = M * c_w * (t₁ - t₂)

Q₂ = M * c_w * (t₃ - t₂)

Q₁ - ciepło oddane przez spasteryzowany produkt [kJ/s]

Q₂ - całkowita ilość ciepła potrzebna do ogrzania produktu od temp. początkowej do temp. pasteryzacji [kJ/s]

R - współczynnik regeneracji ciepła [%]

M - strumień masowy [kg/s]

c_w - ciepło właściwe [kJ/(kg*K)]

Współczynnik regeneracji ciepła, po podstawieniu do równania na R równań Q₁ i Q₂ oraz po skróceniu odpowiednich wartości, obliczamy kolejno dla wszystkich przepływów z poniższego równania:

Temperatura pasteryzacji 55ႰC

1. Dla przepływu M= 0,074 kg/s

R₁= (49,00-13,67) / (58,00 -13,67)*100% = 79,7%

2. Dla przepływu M= 0,167 kg/s

R₂= (46,00 -12,00) / (55,00-12,00)*100% = 79,1%

3. Dla przepływu M= 0,143 kg/s

R₃= (45,00 -12,00) / (54,00 -12,00)*100% = 78,6%

6. Zadanie:

1.Obliczyć o ile zmniejszy się zużycie energii i paliwa w zakładzie wykorzystującym wymiennik ciepła przez 8 godzin dziennie przez 300 dni w roku jeżeli zwiększymy współczynnik regeneracji ciepła o 10% w stosunku do zmierzonego. W zakładzie zainstalowany jest kocioł parowy opalany węglem o wartości opałowej 18000 kJ/kg i sprawności 65%. Para wodna produkowana w tym kotle wykorzystywana jest do przygotowania gorącej wody zużywanej w badanym wymienniku.

2. O ile zmniejszy się emisja CO₂ w ciągu roku dla tych warunków?

Rozwiązanie:

R= 79,1% = 0,791

R'= R +10%R =0,870

η = 0,66

W = 18 000 kJ/kg

ρ = 1000 kg/m³ = 1 kg/dm³

c_wody = 4,19 kJ/(kg*K)

V = 2 dm³

t = 17,67 s

M = (V* ρ)/t = 0,113 kg/s

Czas pracy wymiennika w sek. w ciągu roku: 60s x 60min x 8h x 300 dni

Emisja właściwa CO₂ = 0,33 kg CO₂/ kWh

3

---