APARATURA W PRZEMYŚLE MLECZARSKIM

Projekt jednosekcyjnego wymiennika ciepła

ALEKSANDRA OLECH

DOROTA KOSTYK

DOROTA SZCZEPAŃSKA

TECHNOLOGIA ŻYWNOŚCI

I ŻYWIENIE CZŁOWIEKA

ROK III, GRUPA I

Cel projektu:

Zaprojektować jednosekcyjny wymiennik ciepła złożony z płyt 105D do obróbki termicznej mleka. Wymiennik składa się z sekcji ogrzewania produktu z temperatury 2^oC do 30^oC mlekiem o temperaturze początkowej 83^oC.

Produkt:

Mleko

temp. początkowa: T_AP = 2^oC

temp. końcowa: T_AK = 30^oC

natężenie przepływu: U_A = 3 m³/h

wstępna orientacyjna prędkość przepływu: u_A = 0,4 m/s

Czynnik:

Mleko

temp. początkowa: T_BP = 83^oC

krotność: 1

Wstępna orientacyjna wartość współczynnika przenikania ciepła: 1600 W/(m²K)

Obliczone wartości prędkości przepływu obu czynników przepływu obu czynników powinny mieścić się w granicach:

0,25 ÷ 0,60 m/s

Wszystkie brakujące dane należy przyjąć z literatury i umieć uzasadnić.

Charakterystyka płyty 105D i kanału międzypłytowego

Charakterystyka	Symbol	Wartość
Materiał: stal kwasoodporna	0H18N9
Współczynnik przewodzenia ciepła	λ	14,6W/(m⋅K)
Średnia odległość między płytami	h
Grubość płyty	s
Powierzchnia wymiany ciepła	Fo
Pole powierzchni poprzecznego przekroju strumienia	fo	1,48 ⋅ 10^-
Długość kanału międzypłytowego	Lo
Szerokość kanału międzypłytowego	b

PARAMETRY

Właściwości fizyczne mleka (produkt)

Wielkość	Symbol	Wartość	Jednostka
Średnia temperatura	tAśr	16	^oC
Gęstość	ρA	1030,8	kg/m^3
Ciepło właściwe	CA	3909	J/kg⋅K
Dynamiczny współczynnik lepkości	ηA	2,099*10^-3	Pa⋅s
Liczba Prandtla	PrA	17	-
Współczynnik przewodzenia ciepła	λA	0,476	W/(m⋅K)

Właściwości fizyczne mleka (czynnik)

Wielkość	Symbol	Wartość	Jednostka
Średnia temperatura	tBśr	68,33	^oC
Gęstość	ρB	1006	kg/m^3
Ciepło właściwe	CB	3855	J/kg⋅K
Dynamiczny współczynnik lepkości	ηB	0,618*10^-3	Pa⋅s
Liczba Prandtla	PrB	3,9	-
Współczynnik przewodzenia ciepła	λB	0,615	W/(m⋅K)

Parametry założone

Wielkość	Symbol	Wartość	Jednostka
Krotność przepływu	NK	1	-
Współczynnik przenikania ciepła	K	1600	W/(m^2⋅K)

Obliczenia:

1. Objętościowe natężenie przepływu produktu - mleka.

2. Objętościowe natężenie czynnika grzewczego (mleka) przy współczynniku krotności N_K 1.

3. Masowe natężenie przepływu.

a) produktu – mleka

b) czynnika grzewczego – mleka

4.Bilans cieplny-obliczenia końcowe temperatury czynnika grzewczego t_BK

Q_A =Q_B

Q_{A =}U_{A ∙ A} ∙c_A (t_AK-t_AP)

Q_{B =}U_B ∙ _B ∙ c_B(t_BP-t_BK)

U_A^._A^.c_A(t_{AK −}t_AP)=U_B ∙ _B ^. c_B (t_BP-t_BK)

t_AK – t_AP= 30 - 2 =28

1. Dla temp. początkowej t_BP=83^oC

0,00083m³/s*1030,8kg/m³ 3909J/kgK 28K=0,00083m³/s 997,44kg/m³

3855 J/kgK (83-t_BK)

t_BK= 53,66°C

1. Dla temp średniej czynnika t=68,33^oC

0,00083m³/s*1030,8kg/m³ 3909J/kgK 28K=0,00083m³/s 1006kg/m³

3855 J/kgK (83-t_BK)

t_BK= 54°C

5. Napędowa różnica temperatur.

6. Kryterium termiczne.

7. Założona prędkość przepływu.

8. Pole poprzeczne przekroju strumienia.

9. Pole powierzchni poprzecznego przekroju kanałów.

szerokość kanału b = 0,345m

wysokość kanału h =

10. Przybliżona ilość kanałów równoległych.

11. Skorygowana prędkość przepływu.

12. Objętościowe natężenie przepływu mleka w jednym kanale.

13. Założony współczynnik przenikania.

k’=1600W/m²∙K

14. Niezbędna długość kanału międzypłytowego przy założonym współczynniku k’.

15. Liczba pakietów połączonych szeregowo.

16. Liczba połączeń po stronie produktu i czynnika grzewczego.

17. Liczba płyt składających się na wymiennik ciepła.

18. Prędkość czynnika grzewczego.

19. Powierzchnia grzewcza wymiennika.

20. Liczba Reynoldsa.

gdzie: d_e = 2· h = 2· 0,0043m=0,0086m

21. Współczynnik oporów w kanale gładkim.

dla Re < 2100

22. Umowny współczynnik oporu przepływu.

23. Współczynnik wymuszonej burzliwości.

24. Współczynnik tłumienia burzliwości.

25. Liczba Nusselta.

26. Współczynnik wnikania ciepła.

W/m²∙ºC

W/m²∙ºC

27. Współczynnik przenikania ciepła.

s =0,0011m

λ = 14,6W/m*K

28. Wielkość błędu.

TABELA ZESTAWIENIA WYNIKÓW

Lp.	Wielkość obliczona	Symbol	Jednostka	Wartość
1	Objętościowe natężenie przepływu produktu	UA	m^3/s	0,00083
2	Objętościowe natężenie przepływu czynnika chłodzącego	UB	m^3/s	0,00083
3	Masowe natężenie przepływu produktu	GA	kg/s	0,856
4	Masowe natężenie przepływu czynnika	GB	kg/s	0,828
5	Napędowa różnica temperatur	∆tm		52,5
6	Kryterium termiczne	Kt	-	0,53
7	Pole powierzchni strumienia poprzecznego przekroju	F	m^2	2,075*10^-3
8	Przybliżona ilość kanałów równoległych.	nai	-	2
9	Niezbędna długość kanału międzypłytowego	LA	m	0,80
10	Liczba pakietów połączonych szeregowo	iA	-	1
11	Liczba strumieni po stronie produktu	nA	-	2
12	Liczba strumieni po stronie czynnika	nB	-	3
13	Liczba płyt składająca się na wymiennik	Z	-	6
14	Prędkości przepływu czynnika grzewczego	uB	m/s	0,28
15	Liczba Reynoldsa dla produktu	Re A	-	1182,66
16	Liczba Reynoldsa dla czynnika grzewczego	ReB	-	3919,82
17	Współczynnik oporu przepływu produktu	ζuA	-	1,1
18	Współczynnik oporu przepływu czynnika grzewczego	ζuB	-	0,71
19	Współczynnik oporu przepływu w kanałach gładkich (produkt)	ζoA	-	0,081
20	Współczynnik oporu przepływu w kanałach gładkich (czynnik)	ζoB	-	0,04
21	Współczynnik wymuszonej burzliwości strumienia w kanale (produkt)	βtA	-	1,68
22	Współczynnik wymuszonej burzliwości strumienia w kanale (czynnik)	βtB	-	1,73
23	Współczynnik tłumienia burzliwości	Β	-	3,81
24	Liczba Nusselta dla produktu	NuA	-	63,45
25	Liczba Nusselta dla czynnika	NuB	-	55,72
26	Współczynnik wnikania ciepła dla produktu	αA		3511,88
27	Współczynnik wnikania ciepła dla czynnika	αB		3984,63
28	Współczynnik przenikania ciepła	K		1636,52
29	Błąd	X	%	2,28