Материал: Пластинчатые аппараты для тепловой обработки

Секция охлаждения ледяной водой (X=4)

Для потока молока

Гидравлическое сопротивление секции составит

Общее гидравлическое сопротивление по линии движения молока составит

 (2.24)

Расчет показывает, что распределение сопротивлений по секциям несколько отличается от полученного предварительно в первом приближении, однако общее сопротивление близко к исходному допустимому гидравлическому сопротивлению 250 кПа.

3.      ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ

3.1 Системы охлаждения с емкостными охладителями

Требуемое количество и вместимость резервуаров-термосов определяют, исходя из максимального разового надоя молока, кг

 (3.1)

где ρ_м - плотность молока - допустимо принять равной 1033 кг/м³;

Т - длительность дойки стада - принимают в пределах от 1,5 до 2,5 ч.

При вывозе молока один раз в сутки вместимость резервуаров для хранения молока не должна быть менее максимального суточного надоя, л

 (3.2)

=4м³

где β - коэффициент учитывающий максимальной надой молока за одну дойку (при двухкратном доении β=0,65, при трехкратном - β=0,4).

Требуемую хладопроизводительность системы охлаждения определяют, исходя из теплового баланса емкостного охладителя молока.

                (3.3)

где  - количество теплоты, отводимое холодильной машиной в период охлаждения молока, Дж;

,  и  - теплопоступления при охлаждении молока, от окружающей среды и электродвигателей мешалок и насосов, Дж;

- теплота аккумуляции холода при намораживании льда на испарители холодильной машины, Дж.

Составляющие теплового баланса рассчитывают следующим образом:

 (3.4)

где V - рабочая вместимость резервуара-охладителя, мЗ;

 - изменение температуры молока при его охлаждении, ^оС;

 (3.5)

где П - процент теплопоступлений от окружающей среды (следует принимать в пределах от 2 до 31);

 (3.6)

где и  - мощности электродвигателей мешалки и насоса в системе циркуляции веды, кВт;

и - КПД электродвигателей (принимают в пределах от 0,85 до 0,9);

 - продолжительность охлаждения, с.

    (3.7)

где r удельная теплота плавления льда, кДж/кг;

т_л - масса намороженного льда, кг.

Требуемая холодопроизводительность холодильной машины, кВт

 (3.8)

При аккумуляции холода определяем продолжительность намораживания льда

                (3.9)

где  - количество теплоты, отводимое холодильной машиной в период намораживания льда, кДж; Ф - холодопроизводительность принятой к установке холодильной машины, кВт.

 (3.10)

где  - теплопоступления от окружающей среды в период аккумуляции холода, Дж;

 (3.11)

где  - процент теплопоступлений от окружающей среды в период аккумуляции холода (следует принимать в пределах от 0 до 6).

.2 Системы охлаждения с пластинчатыми охладителями

Требуемая холодопроизводительность машины, кВт

 (3.12)

где ,  и - тепловые потоки теплопоступлений при охлаждении молока, от окружающей среды и электродвигателей насосов в системе циркуляции охлаждающей воды, кВт.

Тепловой поток  рассчитываем

 (3.13)

Тепловой поток принимают в размере от 2 до 3% от теплового потока

 (3.14)

Тепловой поток от электродвигателей насосов

                                (3.15)

где N - мощность электродвигателя, кВт; ŋ- КПД электродвигателя

4.      РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ

Для трубопровода по тракту с горячей водой:

Тепловая изоляция трубопроводов и технологического оборудования необходима для предотвращения:

-       потерь тепла от горячих поверхностей;

-       появления конденсата на холодных поверхностях.

В качестве изоляционного материала примем стекловату(λ=0.052 Вт/м∙К)

Определим внутренний диаметр трубопровода:

 (4.1)

где скорость среды в трубопроводе(

Таблица 4.1 - Толщина стенки трубопровода

Внешний диаметр трубопровода:

 (4.2)

Критический диаметр изоляции:

 (4.3)

где λ- Вт/м∙К, коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала; коэффициент теплоотдачи от изоляции к воздуху принимаем α=10 Вт/м²∙К.

Тепловой поток через изоляцию:

 (4.4)

где t_c1 - температура стенки трубы равная температуре жидкости в трубе т.к. считаем, что теплоотдача от жидкости к стенке трубы бесконечна;

t_c2 - температура изоляции

Тепловой поток от изоляции к окружающей среде:

 (4.5)

где d₂ - диаметр изоляции;

Приравниваем тепловые потоки и выражаем диаметр изоляции для трубопроводов с горячей водой и горячим молоком:

 (4.6)

 (4.7)

Для трубопровода по тракту с ледяной водой:

Для предотвращения образования конденсата на поверхностях холодных трубопроводов необходимо на них наложить изоляцию. По i-d-диаграмме влажного воздуха определяется точка росы для температуры помещения с температурой t_{окр. ср}, °С и влажностью j, % (допускаем запас). Определяем точку росы t_р, °С при j = 100%. Наружная температура изоляции должна быть выше данной точки росы.

Т.к .наша изоляция должна обеспечивать отсутствие конденсата на поверхностях трубопроводах ,то t_{окр. ср}=30 ⁰С (t_р=28 ⁰С)

Определим внутренний диаметр трубопровода:

Таблица 4.2 - Толщина стенки трубопровода

Внешний диаметр трубопровода:

Критический диаметр изоляции:

Коэффициент теплоотдачи от изоляции к воздуху принимаем α = 10 Вт/м²∙К

Для трубопроводов с ледяной водой и холодным молоком:

5.      КОМПОНОВКА ОБОРУДОВАНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ

Основное и вспомогательное оборудование следует размещать в помещении в соответствии с принципиальной технологической схемой в основном по ходу рабочих сред. Рациональное расположение оборудования позволит сократить протяженность соединительных трубопроводов и упростить монтаж.

При размещении оборудования следует предусмотреть проходы:

-       между выступающими частями аппаратов не менее 1,0м;

-       вдоль фронта обслуживания, а также между электрическими щитами и оборудованием не менее 1,5м;

-       между оборудованием и стенами не менее 0,7. Допускается не устраивать прохода со стороны, с которой не требуется обслуживание оборудования.

При расположении оборудования необходимо обеспечить возможность его разборки и ремонта. Возле оборудования должны быть предусмотрены площадки, достаточные для размещения отдельных деталей и частей эксплуатируемого оборудования.

Для размещения холодильных установок предусматривает отдельные помещения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате расчета курсовой работы был произведен расчет основных параметров пластинчатого теплообменника: коэффициентов теплопередачи, оптимальных значений скоростей рабочей среды в каждой из секций, найдены температуры и тепловые напоры, чисел Рейнольдса, Нуссельта и коэффициентов теплоотдачи.

Были вычислены температуры и тепловые потоки которые могут достигаться в данном аппарате.

По полученным параметрам подобрана наиболее подходящая схема компоновки для каждой секции с целью обеспечения максимальной эффективности теплообмена.

Произведен расчёт тепловой изоляции горячих и холодных труб с целью обеспечения безопасности на производстве и обеспечения минимальных потерь тепла.

При помощи данной методики расчета можно произвести достаточно точный практический расчет с целью его дальнейшей реализации в производстве.

Список использованной литературы

1. Пашинский В. А. Левин М.Л. Антух А. А. Расчет пластинчатого теплообменника; Методические указания. - Мн.: учреждение образования МГЭУ им. А. Д. Сахарова, 2011.

. Механизация животноводства: Учеб. для с.-х. вузов / Под ред. В. К. Гриба. - Мн.: Ураджай, 1997.

. Цыганок Т. П., Шаршунов В. А. Практикум по машинному доению коров и обработке молока. - Мн.: Ураджай, 1997.

. Барановский Н. В. и др. Пластинчатые и спиральные теплообменники / Н. В.Барановский, Л. М. Коваленко, А. Р. Ястребекецкий. М.: Машиностроение, 1973.

. Брагинец Н. В., Палишкин Д. А. Курсовое и дипломное проектирование по механизации животноводства. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1991.

. Босин: И. Н. Охлаждение молока на комплексах и фермах. - М.: Колос, 1993.

. Мельников СВ. Технологическое оборудование животноводческих ферм и комплексов. - 2-е изд. перераб. и доп.. - Л.; Агропромиздат. Ленингр.отделение, 1935.

. Механизация технологических процессов/ Н.В.Белянчиков, И.П.Еелехов, Г.Н.Кожевников, А.К.Тургиев. - М.:Агролромиздат,

. Митин В.В. Курсовое и дипломное проектирование оборудования предприятий мясной и молочной .промышленности.- М.: Колос, 1992.

. Промышленные тепломассообменные процессы и установки: Учебник для вузов/ A.M.Балластов, В.А.Горбенко, О.Л.Данилов к др.; Под ред. А.М.Бакластова. - М. :Энергоатомиздат, 1986.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Теплофизические свойства воды и молока при атмосферном давлении