Расчет технологического оборудования молочной отрасли с помощью ЭВМ. Методическое пособие для студентов специальности 260303 – «Технология молока и мо

где tм.сек.2 , tм.сек.1 - максимальная и минимальная температуры молока в секции, tсек.ср – средний температурный напор в секции, определенный по формулам (7), (10), f - рабочая поверхность пластин, м2, mмц - число каналов в пакете для молока (см. формулу 18), параметры c и определены ниже.

Как видно, конструктивные параметры аппарата зависят от коэффициентов теплопередачи К в секциях пластинчатых аппаратов, Вт/(м2 К), которые определяются по формуле:

где 1 – коэффициент теплоотдачи от горячей жидкости к стенке, Вт/(м2 К); 2 - коэффициент теплоотдачи от стенки к более горячей жидкости, Вт/(м2 К); ст - толщина стенки, м;ст - коэффициент теплопроводности материала пластины, Вт/(м К).

Коэффициенты теплоотдачи зависят от чисел Нусельда, Прандтля, Рейнольдса, поэтому на этом этапе вычисляем средние температуры секций, числа Прандтля, Рейнольдса, Нусельда и коэффициенты теплоотдачи. Числа Прандтля, Рейнольдса, Нусельда и коэффициенты теплоотдачи определяются по формулам:

где c – удельная теплоемкость жидкости, Дж/(кг К); - коэффициент теплопроводности, Вт/(м К); - плотность, кг/м3; - кинематическая вязкость, м2/c. Эти параметры определяются

11

по таблицам [1] в зависимости от средней температуры в

секциях; dэкв = 2 h, м; Vм – скорость движения молока, Prст - критерий Прандтля для пограничного слоя, м/с; Nu1 – число

Нусельда при нагревании; Nu2 – число Нусельда при охлаждении.

Итак, последовательно вычисляются следующие парамет-

ры:

4.1.Для секции рекуперации

-для стороны нагревания (для холодного молока):

в зависимости от ее величины по таблицам [1] выбираются параметры c, , , и вычисляются по формулам (29) Prрек.1 ,

Reрек.1 ,Nuрек.1 , рек.1 ;

- для стороны охлаждения (для горячего молока):

-вычисляется коэффициент теплопередачи Крек по формуле (28);

-по формулам (25) – (28) определяются параметры:

Fрек , nрек , Xрек (tм.рек2 - tм.рек.1 = t2 – t1).

4.2.Для секции пастеризации

-для стороны нагревания (для молока ):

вычисляются Prпас.1 , Reпас.1 , Nuпас.1 , пас.1 ;

- для стороны охлаждения (для горячей воды):

12

вычисляются Prпас.2, Reпас.2 , Nuпас.2 , пас.2 ;

-вычисляется коэффициент теплопередачи Кпас по формуле (28);

-по формулам (25) – (28) определяются параметры

Fпас , nпас , Xпас (tм.пас2 - tм.пас.1 = t3 – t2);

4.3.Для секции охлаждения:

-для стороны нагревания (для холодной воды):

вычисляются Prох.1 , Reох.1 , Nuох.2 , ох.2 ; - для стороны охлаждения (для молока):

вычисляются Prох.2, Reох.2 , Nuох.1 , ох.1 ;

- вычисляется коэффициент теплопередачи Кох по форму-

ле (28);

-по формулам (25) – (28) определяются параметры

Fох , nох , Xох (tм.ох2 - tм.ох.1 = t4 – t5) .

5. Контрольный расчет общего гидравлического сопротивления.

Гидравлическое сопротивление движению молока в каждой секции определяется по формуле:

где сек – коэффициент гидравлического сопротивления секции:

11,2 Re-0,25 ; (31)

Lп – приведенная высота пластины, м:

п Bp

Xсек – число пакетов в секции.

Рассчитывают искомые гидравлические сопротивления:

Секция рекуперация

- для холодного молока:

рек.1 11,2 Re-рек0,25.1 ;

по таблицам [1] в зависимости от tср.рек.1 определяют величину

по формуле (30) вычисляют Pрек.1 ;

-для горячего молока:

рек.2 11,2 Reох-0,25.2 ;

по таблицам [1] в зависимости от tср.рек.2 определяем величину

по формуле (30) вычисляем Pрек.2 ;

5.2.Секция пастеризации (для молока):

пас.1 11,2 Reпас-0,25.1 ;

по таблицам [1] в зависимости от tср.пас.1 определяем величину

по формуле (30) вычисляем Pпас.1 .

5.3.Секция охлаждения (для молока):

ох.2 11,2 Reох-0,25.2 ;

по таблицам [1] в зависимости от tср.ох.2 определяем величину

по формуле (30) вычисляем Pох.2 .

5.4.Суммарное гидравлическое сопротивление

14

Pобщ Pрек.1 Pрек.2 Pпас.1 Pох.2 . (33)

5.5. Гидравлическое сопротивление движению холодной воды в секции охлаждения:

ох.1 11,2 Reох-0,25.1 ;

по таблицам [1] в зависимости от tср.ох.1 определяем величину

по формуле (30) вычисляем Pох.1 = Pхв .

5.6.Гидравлическое сопротивление движению горячей воды в секции пастеризации:

пас.2 11,2 Reпас-0,25.2 ;

по таблицам [1] в зависимости от tср.пас.2 определяем величинупо формуле (30) вычисляем Pпас.2 = Pгв .

2.Разработка Maple – программы

># Maple -программа расчета пластинчатой пастеризационно-охладительной установки

Задание

Рассчитать трех секционный пластинчатый пастеризационно - охладительный аппарат для пастеризации молока, выполненный на основе ленточно-поточных пластин типа П2, со следующими характеристиками:

-производительность [м/с]

> M:=2.7*10**(-3);

M := .002700000000

-температура сырого молока [град.С]

> t1:=4.;

t1 := 4.

- темпераура пастеризации [град.С]

> t3:=80.;

15

t3 := 80.

- температура ледяной воды на входе в секцию охлаждения [град.С]

> t61:=1.;

t61 := 1.

- коэффициент рекуперации тепла

> E:=0.8;

E := .8

- кратность подачи ледяной воды

> n_xv:=3.;

n_xv := 3.

- кратность подачи горячей воды

> n_gv:=5.;

n_gv := 5.

- рабочая поверхность пластин [м*м]

> f:=0.198;

f := .198

- рабочая ширина пластины [м]

> Bp:=0.252;

Bp := .252

- зазор между пластинами [м]

> h:=2.*10**(-3);

h := .002000000000

-удельная теплоемкость молока [Дж/(кг К)]

>Cm:=4005.;

Cm := 4005.

- удельная теплоемкость ледяной воды [Дж/(кг К)]

> Cxv:=4220.;

Cxv := 4220.

- удельная теплоемкость горячей воды [Дж/(кг К)]

> Cgv:=4216.;

Cgv := 4216.

> Digits:=3;

16

Digits := 3

1.Определяем температурные параметры аппарата:

1.1.Секция рекуперации тепла

Температура сырого молока на выходе секции рекуперации

> t2:=t1+(t3-t1)*E;

t2 := 64.8

Температура пастеризованного молока в конце секции рекуперации

> t4:=t1+(t3-t2);

t4 := 19.2

Средний температурный напор в секции рекуперации

> tcp_rek:=t3-t2;

tcp_rek := 15.2

Тогда симплекс

> Srek:=(t2-t1)/tcp_rek;

Srek := 4.00

1.2. Секция пастеризации

Температура горячей воды на входе в секцию пастериза-

ции

> t31:=t3+2.;

t31 := 82.

Температура горячей воды на выходе из секции пастеризации

> t32:=t31-Cm*(t3-t2)/Cgv/n_gv; t32 := 79.1

Большая и меньшая разности температур на концах сек-

dtpas_b := 14.3

dtpas_m := 2.

Средний температурный напор и симплекс в секции пастеризации

17

> tcp_pas:=(dtpas_bdtpas_m)/(2.3*log[10](dtpas_b/dtpas_m));

tcp_pas := 6.26

> Spas:=(t3-t2)/tcp_pas;

Spas := 2.43

1.3. Секция охлаждения Температура пастеризованного молока на выходе секции

охлаждения

> t5:=t61+2.;

t5 := 3.

Конечная температура холодной воды на выходе секции охлаждения

> t62:=t61+Cm/(Cxv*n_xv)*(t4-t5); t62 := 6.12

Большая и меньшая разности температур на концах секции:

> dtox_b:=t4-t62; dtox_m:=t5-t61; dtox_b := 13.1

dtox_m := 2.

Средний температурный напор и симплекс в секции охлаждения:

> tcp_ox:=(dtox_bdtox_m)/(2.3*log[10](dtox_b/dtox_m));

tcp_ox := 5.92

> Sox:=(t4-t5)/tcp_ox;

Sox := 2.74

2. Определяем приближенно гидравлические сопротивления [Па] движению молока в секциях.

Принимаем, что общее гидравлическое сопротивление [Па] движению молока в аппарате

> DPob:=5.*10**5;

DPob := 500000.

18

Принимаем ориентировочно следующие коэффициенты теплопередачи [Вт/(K*м*м ) ] для секций рекуперации, пастеризации и охлаждения:

> Krek:=2900; Kpas:=2900; Kox:=2320;

Krek := 2900

Kpas := 2900

Kox := 2320

Определяем отношения SK симплексов к коэффициентам теплопередачи для секций:

> SKrek:=Srek/Krek; SKpas:=Spas/Kpas;

SKox:=Sox/Kox;

SKrek := .00138

SKpas := .000838

SKox := .00118

Учитывая, что для гидравлических dP [Па] сопротивлений в секциях справедливо равенство:

dPrek / dPpas / dPox = SKrek / SKpas / SKox ,

определяем:

> dPrek:=SKrek/SKpas*dPpas; dPox:=SKox/SKpas*dPpas;

dPrek := 1.65 dPpas dPox := 1.41 dPpas

Считаем, что гидравлическое сопротивление в трубопроводах [Па]

> dPtr:=10**4;

dPtr := 10000

Общее гидравлическое сопротивление аппарата можно выразить так

> DPob1:=dPrek+dPpas+dPox+dPtr;

DPob1 := 4.06 dPpas 10000.

Так как принято ранее значение общего гидравлического сопротивления DPob=DPob1, решаем уравнение

> dPpas:=(DPob-dPtr)/4.059; dPpas := 121000.

19