встановлені в два ряди. Для збільшення коефіцієнта тепловіддачі від молока до стінок трубок теплообмінника типу В«труба в трубіВ» і відповідно коефіцієнта теплопередачі необхідно мати розвиненою турбулентний режим у трубному просторі. Це можна досягти при виконанні теплообмінника багатосекційним, отримуючи батарею. Найбільша швидкість молока досягається при його прокачування послідовно через всі трубки, тобто коли весь витрата молока припадає на перетин однієї трубки.
Теплообмінний апарат необхідно виконати з нержавіючої сталі. Для зниження втрат тепла в навколишнє середовище доцільно зовні теплообмінника завдати теплоізоляційний шар.
3.2 Аналіз факторів, прийняті допущення
Розрахунок трубчастого пастеризатора зводиться до визначення внутрішнього діаметра трубок, внутрішнього діаметра робочого циліндра, кратності витрати води. Розрахунок виробляється з умови забезпечення температури пастеризації, а також забезпечення необхідної продуктивності пастеризатора по молоку. Причому, конструктивні параметри пастеризатора необхідно розрахувати таким чином, щоб наведені витрати були мінімальні.
При розробці математичної моделі приймаються такі припущення:
1) Зважаючи незначної зміни займаної площі підлоги по розглянутих варіантів у наведені витрати можна не включати амортизацію будівлі.
2) Зважаючи незначної вартості шару утеплювача нехтуємо витратами, пов'язаними із зовнішньою теплоізоляцією апарату.
3) нехтують зміною вартості насоса і електродвигуна при зміні споживаної ними потужності.
3.3 Розробка математичної моделі процесу нагріву вершків
З урахуванням всіх рівнянь процесу теплообміну в теплообміннику типу В«труба в трубіВ» математична модель може бути представлена ​​у вигляді такої послідовності розрахунку.
1) При заданому чисельному значенні внутрішнього діаметра трубки d вн визначаємо площа її перетину, м 2
f січ = р * (d вн ) 2 /4. (3.1)
2) Визначаємо об'ємний і масова витрата молока
Q м = 1600/3600 * 0.001 = 0,000444 м 3 /с;
М м = Q м * з м (3.2)
де Q м , М м - об'ємний і масовий витрати молока;
з м - щільність молока, рівна 1008 кг/м 3 .
3) Визначаємо масова витрата води, кг/с
М в = М м * n кр , (3.3)
де М м - масова витрата води, кг/с;
n кр - кратність витрати води.
4) Виходячи з рівняння нерозривності потоку визначимо швидкість руху молока по трубках і води в міжтрубному просторі пастеризатора, м/с
v м = Q м /f січ ; (3.4)
v в = Q в /F січ , (3.5)
де Q в - об'ємна витрата води, м 3 /с;
F січ - площа кільцевого перерізу міжтрубному простору, м 2
F січ = р * ((D вн ) 2 - (d н ) 2 )/4, (3.6)
де D вн - внутрішній діаметр робочого циліндра, м;
d н - зовнішній діаметр трубки, м
d н = d вн +2 * д тр , (3.7)
де д тр - Товщина стінки трубки, яка дорівнює 0,0015 м.
5) Знайдемо число Рейнольдса для молока і води за формулами
Re м = v м * l 1 * з м /м м ; (3.8)
Re в = v в * l 2 * з в /м в , (3.9)
де l 1 - характерний лінійний розмір, рівний для круглих трубок d вн ;
м м - Динамічна в'язкість молока, рівна 0,87 * 10 -3 Па * с;
з в - Щільність води, яка дорівнює 1000 кг/м 3 ;
м в - Динамічна в'язкість води, яка дорівнює 1,742 * 10 -3 Па * с;
l 2 - характерний лінійний розмір, визначається за формулами (2.8) і (2.9).
6) Вважаючи режим руху молока в трубках і руху води в міжтрубному просторі турбулентним (Re> 2320) визначимо коефіцієнти гідравлічного опору для молока л 1 і води л 2 за формулою Блазіуса
л 1 = 0,3164/(Re м ) 0,25 ; (3.10)
л 2 = 0,3164/(Re в ) 0,25 . (3.11)
7) Визначимо критерій Нуссельта для турбулентного режиму руху молока Nu 1 і води Nu 2
(3.12) (3.12)
де Pr
