2.1. Исходные данные

• производительность технологической линии Q_v=2000 л/ч;

• вид расчета пластинчатой пастеризационно-охладительной установкипроектный;

• тип используемых пластин –П-2;

• коэффициент эффективности ε = 0,82;

• назначение молока –сырье для молочных заводов;

• начальная температура молока t₁ = 15⁰С;

• температура пастеризации t₃= 76⁰С;

• температура холодной воды t^/_в = 8⁰С;

• допустимые потери давления по трактам горячей, холодной и ледяной воды ΔР_в = 200 кПа.

• температура горячей воды =79⁰С;

• температура молока после секции водяного охлаждения t₅ = 10⁰С.

При расчётах следует принять:

• температура охлаждённого молока t=4⁰C;

• температуру ледяной воды на входе в охладители молока t^/_р=1⁰C;

• кратность расхода горячей воды n_г=4;

• кратность расхода холодной и ледяной воды n_в=n_л=3;

Технические характеристики пластин П-2:

• площадь поверхности теплообмена А₁= 0,2 , м²;

• толщина пластины δ =1,2, мм;

• эквивалентный диаметр канала между пластинами d_э = 0,0056 м;

• зазор между пластинами Δ = 2,8 мм;

• приведенную длину канала l = 0,81 м;

• площадь поперечного сечения канала S = 0,00076 м²;

2.2. Определение начальных и конечных температур,вычисление температурных напоров и параметров s

Температуру горячей воды , поступающей в секцию пастеризации, принять на 3 ⁰С выше температуры пастеризации t₃, а температуру молока t₅ после секции водяного охлаждения – на 2 ⁰С выше температуры холодной воды , на входе в секцию охлаждения.

_(2.1)

_(2.2)

_{Секция рекуперации:}

Температура подогретого молока после секции рекуперации (при входе в секцию пастеризации), С:

(2.3)

Температура пастеризованного молока после секции рекуперации (при входе в секцию охлаждения водой),С:

(2.4)

Средний температурный напор в секции рекуперации при характерной для нее постоянной разности температур,С:

=76-65.02=10,98

Тогда симплекс:

Секция пастеризации:

Температура горячей воды после секции пастеризации, С:

(2.5)

где С_мл и С_в – удельные теплоемкости молока и воды, Дж/(кг·К); n_г – кратность расхода горячей воды.

Средний температурный напор при

и

определим по формуле

Секция охлаждения водой:

Температура воды после секции охлаждения холодной водой,С:

(2.6)

где n_в – кратность расхода холодной воды.

Средний температурный напор при

и

определим по формуле

Секция охлаждения ледяной водой:

Температура ледяной воды после секции охлаждения ледяной водой,С:

(2.7)

где п_л – кратность расхода ледяной воды.

Средний температурный напор при

и

определим по формуле

у

При расчете температур принимали =3,95 кДж/(кг·К) и =4,2кДж/(кг·К).

Определение максимально допустимых скоростей продукта в межпластинных каналах по секциям

Для определения скорости потока молока находим среднюю температуру стенки,предварительно задавшись вспомогательной величиной: ожидаемый коэффициент теплоотдачи молока α_м=5000 Вт/(м2∙ºС)

Секция рекуперации:

Секция пастеризации:

Секция водяного охлаждения:

Секция охлаждения ледяной водой:

Коэффициент общего гидравлического сопротивления принимаем:

в секции рекуперации ξ_р=2,2

в секции пастеризации ξ_п=1,8

в секции водяного охлаждения ξ_в=1,6

в секции охлаждения ледяной водой ξ_л=2,2

По тракту обрабатываемого молока во всей пастеризационно-охладительной установке допустимую потерю давления следует распределить по отдельным секциям, используя следующие соотношения:

∆P₁=∆P₃=∆P₄=0,1∆P_м; ∆P₂=0,35∆P_м

∆P₁=∆P₃=∆P₄=0,1*250 000= 25000

∆P₂=0,35∆P_м=0,35*250 000=87500

Используя эти данные определим максимально допустимые скорости движения молока, м/с:

в секции рекуперации:

в секции пастеризации:

в секции водяного охлаждения:

в секции охлаждения ледяной водой:

Полученные значения скорости для секций почти совпадают между собой.

Объемная производительность аппарата, м³/ч:

Определяем число каналов в пакете, приняв =0,359 м/с:

Так как число каналов в пакете не может быть дробным, округляем до m=2

Уточняем в связи с этим величину скорости потока молока, м/с:

Скорость холодной воды принимаем равной скорости молока, м/с:

Скорость циркулирующей горячей воды и ледяной воды принимаем, м/с:

Средняя температура, число Pr, вязкость и теплопроводность продукта и рабочих жидкостей

Определяем средние температуры молока (воды) как средние арифметические значения температур на входе и выходе:

В секции рекуперации:

- средняя температура сырого молока (сторона нагревания):

Для молока при этой температуре:

Pr=7,29; λ_м=0,564 Вт/(м∙˚С); ν=1,02∙10^-6 м²/с

_{- средняя температура пастеризованного молока (сторона охлаждения):}

Этой температуре молока соответствует:

Pr=5,747; λ_м=0,5761 Вт/(м∙˚С); ν=0,8236∙10^-6 м²/с

В секции пастеризации:

- средняя температура горячей воды (сторона охлаждения):

Этой температуре соответствует:

Pr=2,319; λ_м=0,6678 Вт/(м∙˚С); ν=0,3794∙10^-6 м²/с

_{- средняя температура молока (сторона нагревания):}

Этой температуре молока соответствуют:

Pr=3,8; λ_м=0,616 Вт/(м∙˚С); ν=0,62∙10^-6 м²/с

В секции охлаждения холодной водой:

_{- средняя температура холодной воды (сторона нагревания):}

Этой температуре воды соответствуют:

Pr=10,2; λ_м=0,57 Вт/(м∙˚С); ν=1,4∙10^-6 м²/с

- средняя температура молока (сторона охлаждения):

Этой температуре молока соответствуют:

Pr=18; λ_м=0,466 Вт/(м∙˚С); ν=2,2∙10^-6 м²/с

В секции охлаждения ледяной водой:

_{- средняя температура ледяной воды (сторона нагревания):}

Этой температуре воды соответствуют:

Pr=12,662; λ_м=0,5648 Вт/(м∙˚С); ν=1,693∙10^-6 м²/с

- нагреваемая среда

Этой температуре воды соответствуют:

Pr=24; λ_м=0,455 Вт/(м∙˚С); ν=2,6∙10^-6 м²/с