2.3 Конструктивні розрахунки

Розрахунок геометричних розмірів теплообмінника.

Конструкція теплообмінника зображена на рисунку 2.3.1:

Рисунок 2.3.1 Пластинчастий теплообмінник.

Вибираємо швидкість руху сусла між пластинами W_c=0,6 м/с. Згодом цю швидкість уточнимо згідно з розмірами каналів між пластинами.

Для даного теплообмінника обираємо пластини типу П-2.

Технічна характеристика пластин типу П-2:

Поверхня теплопередачі – 0,198м²;[5]

Ширина потоку b – 0,27м;[5]

Відстань між пластинами h – 0,0028м;[5]

Довжина потоку в пластині – 0,74м;[5]

Товщина пластини – 0,0012м;[5]

К ількість паралельних каналів в одному пакеті:

, (2.6)

де V – продуктивність апарата, м³/с;

b – ширина потоку, м;

h – відстань між пластинами, м;

W_c – швидкість руху пивного сусла між пластинами, м/с;

Кількість паралельних каналів не може бути дробовим числом. Беремо число каналів рівне 5 і уточнюємо швидкість руху сусла:

, (2.7)

де V – продуктивність апарата, м³/с;

b – ширина потоку, м;

h – відстань між пластинами, м;

m – кількість паралельних каналів в одному пакеті;

м/с

Швидкість води приймаємо таку саму, як і швидкість сусла для більш зручного компонування секції. При двократному об’ємі використаної води кількість пакетів для неї буде вдвічі меншою, ніж для сусла. Враховуючи низьку температуру розсолу і значну його в’язкість, швидкість його руху обираємо в 1,5 рази менше за швидкість руху сусла. При двократному об’ємі використаного розсолу і швидкості його в 1,5 рази меншій, число паралельних каналів буде в 3 рази більше ніж для сусла.

Швидкість руху розсола:

, (2.8)

де W_с – швидкість руху сусла, м/с;

м/с

Розрахунок коефіцієнтів теплопередачі

Розрахунок критеріїв Прандля.

Секція водяного охолодження:

Середня температура сусла °С

Для цієї температури знаходимо дані для сусла за таблицею 12 додатку [6]:

λ = 0,581 Вт/(м );

с = 3,51 кДж/ (кг );

ρ = 1048 кг/м³;

ν = 10,1 м²/с;

, (2.9)

де ν – кінематична в’язкість сусла, м²/с;

с – теплоємність сусла, кДж/(кг );

ρ – густина сусла, кг/м³;

λ – теплопровідність сусла, Вт/ (м );

Середня температура води °С

Для цієї температури знаходимо дані для води за таблицею 9 додатку [2]:

λ = 0,614 Вт/(м );

с = 4,175 кДж/ (кг );

ρ = 996,38 кг/м³;

ν = 8,68 м²/с;

Секція розсольного охолодження:

Середня температура сусла °С

Для цієї температури знаходимо дані для сусла за таблицею 11 додатку [4]:

λ = 0,471Вт/(м );

с = 3,77 кДж/ (кг );

ρ = 1044,7 кг/м³;

ν = 20,85 м²/с;

Середня температура розсолу °С

Для цієї температури знаходимо дані для розсолу за таблицею 11 додатку [6]:

λ = 0,528Вт/(м );

с = 3,33 кДж/ (кг );

ρ = 1180 кг/м³;

ν = 25,8 м²/с;

Розрахунок критеріїв Рейнольдса.

Визначення еквівалентного діаметра:

, (2.10)

де h – відстань між пластинами, м;

м

Секція водяного охолодження:

• для потоку сусла:

, (2.11)

де W_c – швидкість руху сусла, м/с;

h – відстань між пластинами, м;

ν – кінематична в’язкість сусла, м²/с;

• для потоку води:

Секція розсольного охолодження:

• для потоку сусла:

• для потоку розсолу:

Розрахунок коефіцієнтів тепловіддачі

Коефіцієнти тепловіддачі можна розраховуємо за рівнянням для тубулентного режиму.

Для теплообмінника з типовими пластинами П-2 розраховуємо за формулою

, (2.12)

де - множник який враховує напрямок теплового потоку. При охолодженні рідини його приймають 0,95.

Секція водяного охолодження:

• зі сторони сусла:

К оефіцієнт тепловіддачі :

, (2.13)

де λ – теплопровідність сусла, Вт/(м );

d_екв - еквівалентний діаметр, м;

Nu – критерій Нусельда;

Вт/(м² );

• зі сторони води:

Вт/(м² );

Секція розсольного охолодження:

• зі сторони сусла:

Вт/(м² );

• зі сторони розсолу:

Вт/(м² );

Розрахунок коефіцієнтів теплопередачі.

Секція водяного охолодження:

, (2.14)

де α_с - коефіцієнт тепловіддачі зі сторони сусла, Вт/(м² );

S – товщина пластини, м;

λ_ст – теплопровідність нержавіючої сталі, що дорівнює 15,1 Вт/(м )[2];

α_в - коефіцієнт тепловіддачі зі сторони води, Вт/(м² );

Вт/(м² );

Секція розсольного охолодження:

Вт/(м² );

Розрахунок поверхонь теплопередачі.

Секція водяного охолодження:

, (2.15)

де Q_в – тепловий потік через пластини водяної секції, кДж/с;

K – коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м² );

- середня різниця температур у теплообмінюючих рідин, °С;

м²

С екція розсольного охолодження:

м²