2. Основная часть

Основная часть курсовой работы включает в себя тепловой, конструктивный, гидравлический расчеты и расчет тепловой изоляции. Все эти расчеты ведутся по отношению теплообменника конструкции «труба в трубе» и представлены в соответствующих подразделах ниже.

2.1. Тепловой расчет

Данные:

1) кинематическая вязкость продукта (молоко):

₂ =0,7 10^-6,;

2) плотность продукта (молоко): ₂ =1010 ;

3)удельная теплоёмкость продукта (молоко):

= 3,85 ;

4)теплопроводность продукта (молоко): = 0,51 ;

5) объёмный расход продукта (молоко): М2 = 4700 ;

6) начальная температура продукта (молоко) = 12 ;

7) конечная температура продукта (молоко): = 76 ;

8) начальная температура теплоносителя (вода): = 97 ;

9) массовый расход теплоносителя (вода): М₁ = 1800 .

Независимо от типа аппарата площадь поверхности нагрева определяется из основного уравнения теплопередачи:

(1)

откуда, поверхность нагрева (в м²)

(2)

где Q – тепловой поток, переданный холодному теплоносителю, Вт;

k − коэффициент теплопередачи, Вт/(м² град);

– средний температурный напор, °С.

Количество тепла, которое необходимо сообщить пищевой среде производится по уравнению теплового баланса. Так как в нашем случае теплоносителе является жидкость, то уравнение теплового баланса имеет вид:

Следовательно, исходя из уравнения (3), количество тепла будет равно:

Конечная температура теплоносителя:

;

97

56,19

12

76

Определим расход внутренней трубы:

1.;

Примем скорость кунжутного масла равную 1,5м/с, следовательно, диаметр будет равен:

, м

;

Выбираем из таблицы П-4 стандартный диаметр трубы, равный 0,035м.

Пересчитаем скорость с полученным диаметром:

;

При развитом турбулентном режиме течения теплоносителя в прямых трубах (Re >10000) критериальное уравнение имеет вид:

Где , Pr = и

, тогда -

2. Выразим площадь кольцевого сечения, по которому протекает горячий теплоноситель-вода:

Sкольце. Сеч. =

Примем скорость греющей воды за U1=1,5 м/c, тогда

M1/3600=, где d нар=0,035+2*0,0035=0,042м

0,5=1,5 1000 (-)

что соответствует

Пересчитаем скорость

U1=2,133 м/с

для воды:

В качестве характерного размера l подставляют эквивалентный диаметр:

, м

где S - площадь живого сечения потока, м²;

П - смоченный периметр, м.

Для труб круглого сечения d_экв = d_внутр.

Для канала кольцевого сечения эквивалентный диаметр равен d_экв= = (D_внутр - d_наруж), где

D_внутр – внутренний диаметр «большой» трубы – 0,050, d_наруж – наружный диаметр «малой» трубы.

режим турбулентный

При развитом турбулентном режиме течения теплоносителя в прямых трубах (Re >10000) критериальное уравнение имеет вид:

Где , Pr = и

, тогда

Для воды: Pr для воды см. табл. П-2

Коэффициент теплопроводности углеродистой нержавеющей стали λ_ст = 14 Вт/(м °С), толщина стенки δ=0,0035м

== 361,01 Вт/(м² град)

Расчет площади поверхности теплопередачи

t ср.=24,76

F=

Поверхность теплообмена рассчитана без учета потерь тепла в окружающую среду и, следовательно, будет меньше поверхности, которая обеспечит реальные условия работы аппарата. Для расчета реальной поверхности необходимо дополнительно знать также Q_пот – тепловой поток, теряемый аппаратом в окружающую среду. Это требует знания площади внешней поверхности аппарата и условий теплообмена между корпусом и окружающей средой.

Допускаем, что потери теплоты в окружающую среду не превысят 3÷5 % от расчетного полезного теплового потока Q. Тогда полный действительный расход теплоты Q_дей и действительная поверхность нагрева F_дей определяются по формулам

=1,05*321688,89=337773,3345 Вт

=1,05*36,99=38,8395