Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Тепломассообменное оборудование

.pdf
Скачиваний:
107
Добавлен:
25.03.2016
Размер:
439.92 Кб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра технологического

оборудования животноводческих

и перерабатывающих

предприятий

Расчеты и задачи

для практических занятий по дисциплине

«ТЕПЛОМАССООБМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ»

Направление подготовки дипломированного специалиста

140100 Теплоэнергетика

Уфа 2009

2

Рекомендованы к изданию методической комиссией энергетического факультета

(протокол № от 20__ г.)

Составитель: доцент Мартынов В. М.

Рецензент: профессор кафедры гидравлики Алмаев Р. А.

Ответственный за выпуск: зав. кафедрой «Технологическое оборудование животноводческих и перерабатывающих предприятий»

профессор Юхин Г. П.

3

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

Предисловие……………………………………………………………….

4

1

Расчет резервуаров для хранения и тепловой обработки молока.

 

 

Перемешивание барботажем……………………………………………..

5

9

Расчет теплообменника…………………………………………………..

10

10

Расчет выпарного аппарата………………………………………………

17

11

Расчет сушильной установки…………………………………………….

23

4

Предисловие

Инженер должен не только знать устройство и принцип работы аппаратов, но и уметь проанализировать и рассчитать процесс, определить параметры его протекания, а также рассчитать и разработать наилучшую конструкцию аппарата. Обоснованный выбор оборудования для осуществления различных процессов приводит к минимальным затратам энергии, сырья и материалов и имеет экономическую целесообразность, которая чаще всего выражается в минимуме приведенных затрат.

Рассмотрены решения прикладных задач, относящихся к основным тепломассообменным процессам. Рассмотрены процессы нагревания,

охлаждения, выпаривания и сушки пищевых продуктов.

Материал каждой темы изложен в следующем порядке: вначале представлены теоретические основы процесса, основные расчетные формулы и методики расчетов параметров и показателей процесса, размеров аппарата и его основных узлов, а затем пример расчета конкретного процесса и аппарата.

Расчеты выполнены для различных пищевых материалов применительно к конкретным условиям их обработки на пищевых предприятиях.

Представленные расчеты являются базовыми при решении задач многомерной оптимизации процессов и аппаратов пищевых производств и будут полезны для студентов при курсовом и дипломном проектировании.

5

1 Расчет резервуаров для хранения и тепловой обработки молока.

Перемешивание барботажем

Резервуары для хранения молока бывают вертикальные и горизонтальные. Горизонтальные резервуары используются в помещениях с

малой высотой потолка.

Рассмотрим два резервуара:

1) Цилиндрический резервуар

 

 

 

 

 

 

 

 

Объем равен

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V1 = π · r12 · l1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Площадь поверхности резервуара

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F1 = 2 · π · r12 + 2 π · r1 · l1 = 2 π · r1 (r1 + l1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) Резервуар со сферическими

 

 

 

 

 

 

 

 

V2 = π · r2

2· l2 + 4/3 π · r23 =

днищами

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= π · r2

(l2 + 4/3 r2);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F2 = 2 π · r2 · l2 + 4 π · r2 2= 2 π· r2 (l2 + 2 r2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть V1 = V2 и r1 = r2 = r, тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F1

 

r l1

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F2

2r l2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

так как

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V1 = V2,

 

 

 

 

 

 

 

 

имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π · r2· l1 = π · r 2· l2 + 4/3 π r3;

 

 

 

 

 

l1 = l2 + 4/3 r;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F1

 

r l2

4 / 3r

 

7 / 3r l2

 

1

0,333

 

1,1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 l2 / r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2r l2

 

 

 

 

 

 

2r l2

 

 

 

 

 

 

 

 

Определим оптимальные соотношения размеров:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l1 =

 

 

V1

 

 

;

 

 

 

 

 

 

F1 = 2 π · r12+

2 V1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Минимальная площадь достигается при условии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F1

 

4 r

2V1

0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

r

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

6

= 2V2 r2

 

 

 

 

4 π r13 = 2V1;

 

 

 

 

 

 

r1опт = 3

 

V1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С учетом этого

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V1 = 2 · π · r13;

 

 

l1 опт =

2 r

3

2r .

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r 2

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

Таким же образом для второго резервуара:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l2 =

V

2

4 / 3 r 3

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

2

4 / 3 r

3

 

 

 

 

2

 

 

2V

2

 

 

 

 

 

2 + 4 π · r2

2 =

F2 = 2 π r2 (

 

 

 

 

 

 

2

)+4 π · r2

=

 

 

8/3 π · r2

 

 

 

 

r

2

 

 

r

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

+4/3 π · r2

2;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F2

 

8 / 3 r

2V2

0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

r 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3V2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r2опт =

3

 

 

 

 

;

 

V2

= 4/3 · π · r2

 

и

 

 

l2 опт = 0.

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

То есть во втором случае исполнения резервуара имеем шарообразную его форму.

С учетом оптимальных размеров при равных объемах V1 = V2 имеем

V1 = 2 · π · r13 = V2 = 4/3 · π · r2.3

Отсюда r2 = ( 3 )1/3 r1;

2

F1

 

2 r1

2

2 r1 2r1

 

6 r1

2

 

3 / 2 ( 2 / 3 )

2\3

3

 

3

 

1,15.

F

4 r

2 ( 3 / 2 )2 / 3

 

 

2

 

2

 

 

( 3 / 2 )2 / 3 4 r

 

 

 

 

 

 

2

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

То есть площадь поверхности цилиндра больше чем у шара на 15% при условии, что объемы их равны.

Пропускная способность резервуара характеризует количество молока,

которое проходит через резервуар за смену

М= V см ,

ц

где τсм , τц – время соответственно смены и одного цикла обработки молока в резервуаре, причем

τц = τн + τхр + τоп + τм,

7

где τн – время наполнения резервуара. Оно определяется производительностью насоса Мн и объемом V резервуара

τн =V/Mн;

τхр – время хранения (не более 12 ч.)

τоп – время опорожнения. В случае опорожнения резервуара самотеком это

время можно определить следующим образом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сосуда

 

 

Расход жидкости через отверстие в дне

dh

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M оп

f

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2gh

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

где ? – коэффициент расхода (? ≈0,7)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f – площадь поперечного сечения сливного

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

патрубка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f = d 2 / 4;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок

1.1

 

 

 

Схема

для

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h – высота уровня жидкости, которая

расчета

расхода

 

 

 

 

 

 

жидкости

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

через отверстие

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

изменяется от Н до 0.

 

 

 

 

Элементарный объем равен

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dV = – S dh,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где S – площадь поперечного сечения резервуара S = π D2/4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

оп =

dV

 

 

 

 

Sdh

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M оп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

 

2gh

 

 

 

 

Проинтегрировав, имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

0

 

dh

 

 

S 2

 

 

h

S

2H

V Н S

2V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

τоп = –

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

 

 

f

 

 

 

 

 

f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2g

h

2g

 

 

g

2gH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т.е. продолжительность опорожнения резервуара при переменном напоре в два раза больше, чем при постоянном напоре (уровне жидкости в резервуаре).

τм – продолжительность мойки резервуара (τм ≈ 30 мин).

Количество теплоты в Дж, воспринимаемое молоком за время хранения,

определяется по формуле

Q = m С (tк – tн),

где m = ρ V – масса молока;

ρ – плотность молока (= 1027 кг/м3);

8

tк , tн конечная и начальная температура молока;

С – удельная теплоемкость молока (при t = 5°С С = 3868 Дж/(кг·град); (tк – tн) ≤ 2°С за 10 ч хранения при ∆ t = 24 °С.

Это тепло поступает из окружающей среды через стенки и подсчитывается по формуле

Q = к F ∆ tср · τхр,

где к – общий коэффициент теплопередачи, Вт/ (м2 град);

к= (4-7) Вт/ (м2 град) – для автоцистерн;

к= (1-1,5) Вт/ (м2 град) – для стационарных резервуаров;

F – поверхность теплопередачи;

∆ tср средняя разность температур между температурами сред по обе стороны стенки

∆ tср = tс ( tн + tк )/2,

где tс – температура окружающей среды.

Расчет мощности на перемешивание молока барботажем (сжатым воздухом) определяется по формуле

N = Gв· Р/η,

где Gв – расход сжатого воздуха в м3

Gв = q S,

где q – удельный расход воздуха, равный (0,4 - 1) м3/(мин·м2) = (0,0067 –

0,0167) м/с;

S – площадь открытой поверхности молока;

Р – давление воздуха, Па

Р = ρ g H ηn,,

где ηn – коэффициент, учитывающий потери напора в сети (ηn = 1,2-2).

η – коэффициент полезного действия пневматического устройства (η=0,7- 0,9).

Пример

Вертикальный резервуар для хранения молока имеет цилиндрическую форму D = 2,4 м, Н = 6,63 м. Начальная температура хранения молока tн = 5°С.

9

Температура окружающей среды tс = 25°С. Диаметр сливного патрубка d = 76

мм. Время наполнения резервуара τн = 0,5 ч. Коэффициент теплопередачи к = 1,5 Вт/(м2·град). Время хранения молока τхр = 12 ч.

Вычислить объем резервуара V, площадь поверхности F, пропускную способность М, конечную температуру молока tк, мощность для перемешивания барботажем N.

Решение

1) Объем резервуара

V =

D2

Н

2,42

6,63 30м3 .

 

 

4

4

 

2) Площадь поверхности

F = π D (Н + D/2) = π · 2,4 (6,63 +2,4/2) = 59 м2.

3) Пропускная способность

 

 

 

 

 

см

30

 

8

17,83

м

3

/ смену.

 

 

М = V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ц

13,46

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

τсм = 8ч;

τц = τн + τхр + τоп + τм = 0,5 +12 + 0,46 + 0,5 = 13,46 ч.

τоп =

2V

 

 

 

 

 

2 30

 

 

 

 

1666 с 0,46 ч.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,076

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

2gH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,7 2 9,81 6,63

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4) Конечная температура молока

 

 

tк = tн +

Q

5

76464000

5,64 °С;

 

 

 

mC

30 1027 3868

Q = к · F · ∆ tср· τхр = 1,5 · 59 · 20 · 12 · 3600 = 76464000 Дж.

5) Мощность для перемешивания барботажем

N = Gв · Р/η;

Gв = 0,01 · S = 0,01

D2

0,01

2,42

0,045м3 / с;

 

 

4

4

 

Р= ρ g H ηn = 1027 · 9,81 · 6,63 · 1,5 = 100194,6 Па; N = 0,045 · 100194,6/0,7 = 6441 Вт = 6,44 кВт.

10

2 Расчет теплообменника

Плотность теплового потока, проходящего от одной жидкости или газа к другой жидкости или газу через разделяющую их стенку, равна

tж1

 

 

 

 

 

 

 

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tст2

 

q = F

1( tж1 tст1 ) (tст1 – tст2) =α2

(tст2

– tж2) =

 

 

 

 

 

 

tст1

 

 

 

 

=к(tж1 – tж2),

 

 

 

 

 

 

 

tж2

 

 

q

 

 

 

 

 

где Q – количество переданной теплоты, Дж за время τ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

через площадь поверхности теплообмена F;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

α1,

α2

– коэффициенты теплоотдачи от жидкости

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(газа) к стенке, Вт/(м2?С);

 

 

Рисунок 9.1 – График

 

 

λ – коэффициент теплопроводности стенки, Вт/(м

теплопередачи

через

·?С);

 

 

 

 

 

 

 

 

разделяющую стенку

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tст1, tст2

- температура стенки со стороны горячего

и

холодного

теплоносителя;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tж1 , tж2 – температура горячего и холодного теплоносителей;

 

 

δ - толщина стенки;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 ?С)

 

 

 

Температурный напор представляет собой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Δt = tж1 – tж2.

 

 

 

Средний температурный напор определяется по формуле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Δtср =

 

tmax tmin

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln( tmax / tmin )

 

 

Если tmax ≤2 можно принять

tmin

Δtср tmax tmin .

2

Для прямотока:

Δtмах = t'ж1 – t'ж2;

Δtмin = t''ж1 – t''ж2;

Для противотока:

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.