споживання протягом року. Прискорені схеми дозволяють випускати готову продукцію через кілька діб після заготівлі соку.
2.2 Опис принципу роботи спірального теплообмінника
У спіральних теплообмінниках поверхню теплообміну утворена двома сталевими листами товщиною 2-4 мм, згорнутими на спеціальному верстаті в спіралі. Між листами за допомогою приварених дистанційних штифтів зберігається однакова по всій спіралі відстань - 8 або 12 мм. Таким чином, виходять два спіральних каналу, що закінчуються в центрі двома напівциліндрами, відокремленими один від одного перегородками. До периферійної частини аркушів приварені коробки. Кожен циліндр з торцевої сторони і кожна коробка мають штуцер для входу або виходу теплоносія. Для герметизації використовують прокладки з гуми, пароніту, азбесту або м'якого матеріалу. Згідно ГОСТ 12067-72, спіральні теплообмінники мають поверхню теплообміну від 10 до 100 м 2 , працюють при тисках до 1 МПа і температурі від -20 до +200 В° С.
2.3 Тепловий розрахунок апарату
теплообмінник виноградний сік апарат
Вихідні дані:
продуктивність апарату G = 600 л/ч = 637,2 кг/год;
температура: продукту на вході в апарат t 1 = 15 0 С; на виході з апарату t 2 = 70 0 З ; гріє пара t п = 120 0 С;
швидкість руху продукту: w п = 0,5 м/с;
В якості продукту використовується виноградний сік:
з = 1062,86 кг/м 3 ;
Ој = 0,000785 Па в€™ с;
з = 3395,44 Дж/кг в€™ К;
л = 557,2 в€™ 10 -3 Вт/м в€™ К;
Зміст сухих речовин в соку становить 16%.
В якості теплоносія використовується водяна пара.
1. Теплова навантаження апарату:
Q = G 1 c 1 (t 2 -t 1 ) = 637,2 Г— 3,395 (70-15) = 118981,17 кДж/год;
2. Середня різниця температур:
а) велика різниця температур:
Дt б = t п - t 1 = 120-15 = 105 0 С;
б) менша різниця
Дt м = t п - t 2 = 120-70 = 50 0 С.
Так як Дt б /Дt м = 2,1> 2, то Дt ср = (Дt б - Дt м )/ln (Дt б /Дt м )
Дt ср = (105 - 50)/ln (105/50) = 74,13 0 С.
3. Еквівалентний діаметр спірального теплообмінника визначаємо за формулою d е В»4bd/2b = 2d (сторона d не бере участі в теплообміні). Прийнявши ширину каналу рівну 0,01 м, отримуємо значення еквівалентного діаметра: d е = 2 Г— 0,01 = 0,02 м.
4. Задавшись швидкістю руху розчину w 1 = 0,5 м/с, знаходимо площа перетину каналу теплообмінника:
Звідки ефективна висота теплообмінника (ефективна ширина стрічки) b е = 0,00033/0,01 = 0,033 м. Приймаються ширину стрічки 0,025 м, тоді площа поперечного перерізу каналу f = 0,00035 м 2 . p> Дійсна швидкість руху соку по каналу теплообмінника:
w 1 = G 1 /r3600f = 637,2/1062 Г— 3600 Г— 0,00035 = 0,47 м/с.
5. Визначаємо динамічний коефіцієнт в'язкості (плівки конденсату) і чисельні значення її теплопровідності, коефіцієнт теплопровідності і щільності як функції від t пл = 97,76 В° С:
Ој пл = 291,13 в€™ 10 -6 Па в€™ с;
з пл = 4220,41 Дж/кг в€™ К;
л пл = 68,23 в€™ 10 -2 Вт/м в€™ К;
з пл = 959,67 кг/м 3 .
6. Витрата гріє пара:
G 2 = Q/c пл (t п - t 1 ) = 118981,17/ 4220,41 (120-15) = 268,49 кг/ч.
7. Швидкість гріє пара в каналі теплообмінника:
w 2 = 268,49/959,67 Г— 3600 Г— 0,00035 = 0,22 м/с.
8. Обчислюємо значення критерію Рейнольдса для продукту:
Re 1 = w 1 d е r/m = 0,47 Г— 0,02 Г— 1062/0, 000785 = 12717
9. Обчислюємо значення критерію Рейнольдса для пари, що гріє:
Re 2 = w 2 d е r/m = 0,22 Г— 0,02 Г— 959,67/0,00029113 = 14504
10. Приймаються діаметр спіралі теплообмінника D c = 1 м, знаходимо критичне значення Re:
Re кр = 20000 (d е /D c ) 0, 32 = 20000 (0,02/1) 0,32 = 5720
11. Обчислюємо число Прандтля для продукту:
Pr 1 = cm/l = (3395,44 Г— 0,000785)/0,557 = 4,78
12. Обчислюємо число Прандтля для пристінного шару води:
13. Коефіцієнт тепловіддачі від теплоносія до стінок спіралі:
63,8
Звідки:
a
