Dimensionarea Termica Si Geometrica a Unui Pasteurizator Cu Placi in Industria Sucului

transcript

8/16/2019 Dimensionarea Termica Si Geometrica a Unui Pasteurizator Cu Placi in Industria Sucului

1/27

Operatii unitare in industria alimentară

Dimensionarea termica si geometrica a unui pasteurizator cu placi in industria

sucului.

Coordonator: Student:

Capitolul I: Documentare de proiectare

1. Alegerea schemei tehnologice bloc de obtinere a sucului de mere si

descrierea succinta a operatiilor.......................................................................1

2.Schimbatoare de caldura cu placi, particularitati constructive si

functionale........................................................................................................2

Capitolul II: Calculul de proiectare

1.Bilantul de materiale cu determinarea de material in circulatie....................7

2.Bilantul termic pentru cele doua zone ale schimbatorului de caldura si

pentru rezervorul de preparare a apei calde cu determinarea debitelor de

agenti termici....................................................................................................8

3.Calculul termic.............................................................................................. 8

3.1Calculul coeficientilor totali de transfer termic pe cele doua zone............. 11

3.2 eterminarea ariei suprafetei de transfer termic pe zone si a numaruluide placi.............................................................................................................

12


2/27

3.3 Calculul de dimensionare a schimbatorului de caldura cu placi si a

serpentinei de mentinere...................................................................................13

3.! eterminarea pierderilor de presiune......................................................... 14

Capitolul III: Parte desenata

1. Schema instalatiei de pasteurizare cu evidentierea circulatiei fluidelor......15

2. iagrama San"e# pentru circulatia flu$urilor termice pentru zona de

recuperare.........................................................................................................16

3. %asteurizatoare cu placi................................................................................ 16

Cuprins


3/27


4/27


5/27


6/27


7/27


8/27

CAPITOLUL I: Documentare de proiectare

1.Tema de proiectare

Sa se proiecteze instalatia de pasteurizare tip &'&()*A+'+' pentru sucul de mere cunoscand urmatoarele

elemente:

Componentii instalatiei: schimbator de caldura

cu placi, cu 2 zone, serpentina de mentinere,

rezervor pentru separarea apei fierbinti-

Cantitatea initiala de mere *2/10 "gh

&emperatura initiala a sucului de mere t1!. ̊

C

&emperatura initiala a apei calde ta1122.4 ̊C

%resiunea aburului saturat folosit ca agent

termic pentru incalzirea apei %///2. %a


9/27

2. Schimbatoare de caldură cu plăci-particularităţiconstructive şi funcţionale

Aceste aparate sunt realizate prin imbinarea de placi care realizeaza intre ele spatii prin

care circula agentii care schimba caldura. Acesti agenti ocupa alternativ spatiile dintre placileschimbatorului de caldura, astfel incat sa nu se amestece intre ei. 'n consecinta, spatiile dintre

placi trebuie sa fie etansate fata de e$terior si fata de spatiile in care se gasesc alti agenti. easemenea sistemul de etansare trebuie sa permita trecerea agentilor dintr)un spatiu in altul,

uneori prin traversarea spatiilor destinate altor agenti. Aceste schimbatoare trebuie sa aiba cel

putin doua placi, ca in cazul unor tipuri devaporizatoare.5$ista patru variante tehnologice de

realizare a schimbatoarelor de caldura cu placi:6Cu placi si garnituri demontabile6Cu placi sudate

6Cu placi brazate

6Cu placi avand circuite imprimate

Schimbatoarele de caldura cu placi sunt utilizate la scara larga in industria produselor vegetale: pentru tratarea termica a vinurilor, pentru pasteurizarea berii si a

sucurilor de fructe. Acestea prezinta anumite caracteristici:

6Coeficientul total de transfer de caldura ridicat-67ealizeaza economic un grad inalt de recuperare a caldurii 8/)4/9 ceea ce duce si la

micsorarea diferentei de temperatura intre cele doua fluide care trec prin aparat-6Constructie compacta pentru suprafete mari de schimb de caldura-

6Satisface cele mai e$igente conditii de igiena, curatirea este simpla-

6Automatizarea nu este mai complicata decat la alte tipuri de schimbatoare de caldura-6Cheltuielile cu investitiile nu sunt mai mari decat la schimbatoarele multitubulare de aceeasi

marime, dar schimbul se realizeaza in conditii bune, iar constructia si e$ploatarea sunt maisimple.

%articularitati constructive si functionale

Schimbatorul de caldura este alcatuit dintr)un numar de placi metalice, montate in serie,asezate pe un cadru metalic si stranse cu un dispozitiv de strangere.

Componente:6%laca de lucru

6Bara6Suport

6%laca de strangere

6Surub6arnitura de cauciuc

6%icior spri;in

6(rificiu de trecere superior6%laca de sfarsit de zona


10/27

6(rificiu de trecere inferior67acord

Acestea se pot clasifica dupa mai multe criterii:

upa profilul placilor:

6%laci cu canale in forma de spirala sau zig)zag6%laci cu flu$ unic

6%laci plane cu elemente pentru creearea turbulentei

Alte criterii:

a .


11/27

%lacile de tip zig)zag)flo? au pe suprafata stantate proeminente line, cu inclinare de la dreapta

spre stanga pe ;umatatea superioara si de la stanga spre dreapta pe ;umatatea inferioara. >amontare, placa imediat urmatoare se aseaza intoarsa la 10/@, ceea ce face ca actiunea de

turbulenta sa fie puternica si determina coeficienti de transfer termic mari. Aceasta placa face

parte din categoria placilor cu retea. aca in constructiile de placi descrise anterior,elementele de turbulenta fac parte din suprafata de transfer termic, la placile cu elemente

intercalate, functiile de transfer de caldura si de turbulenta sunt realizate de elemente separate.

%lacile de tip *ulti)%ass au intre placile plane intercalate elemente care datorita efectului de

turbulenta creat, maresc intensitatea transferului termic, indeplinind in acelasi timp si rolul degarnitura.


12/27

Schimbatoarele cu placi si garnituri demontabile

%lacile intre care se introduc garniturile, se monteaza impreuna intre o placa de baza si unamobila. %lacile pot sa fie demontate in vederea curatarii.


13/27

Schimbatoarele cu placi brazate sunt realizate cu placi din otel ino$idabil asamblate prin brazarelipire cu a;utorul unui alia; pe baza de cupru, in cuptoare sub vid. Se pot utiliza ca

vaporizatoare sau ca schimbatoare interne de caldura, dar numai pentru agenti curati,deoarecenu se pot curata decat prin spalare chimica. Compactitatea acestor aparate este foarte mare.

Schimbatoarele de caldura cu placi avand circuite imprimate sunt realizate din placi metalice plane,avand gravate pe suprafata circuite fine cca. 1 mm, prin metode chimice. %lacile sunt

asamblate in blocuri prin incalzire si presare, procedeu denumit si sudare sub presiune.Canalele sunt legate la doua perechi de colectoare, pentru a forma doua circuite separate. in

aceste placi se pot realiza condensatoare si vaporizatoare foarte compacte.

CAPITOLUL II: Calculul de proiectare

Bilant de materiale

1)BM pentru operatia de spalare si sortare

{ M = M

1+ P

1

P1=

3

100∗ M

=¿{ P1=0.016 kg/ s M 1=0.543 kg /s

2)BM pentru operatia de eliminare a partilor necomestibile

{ M = M

2+ P

2

P2=

2

100∗ M

1

=¿{ P2=0.01 kg/s M 2=0.532 kg /s

3)BM pt operatia de preincalzire

{Sb= M

2−Cs−S m

Sb=Sp+ P3

Cs+Sm= 15

100

∗ M 2

P3=

0.5

100∗Sb

=¿

{ Sb=0.452 kg /sSp=0.45 kg /s

Cs+Sm=0.0799 kg

s P

3=0.002 kg/s

4)BM pe operatia de centrifugare

{ Sp=Sc+ P

4

P4=

15

100∗Sp

=¿{Sc=0.383 kg/ s P4=0.067 kg/ s

5)BM pt operatia de pasteurizare


14/27

{Sc=Sm+ P

5

P5=

2

100∗Sc

=¿{Sm=0.375kg /s P5=0.0076 kg /s

1. Bilantul de materiale sub forma tabelata

+r.

crt

enumire

operatie

enumire materie

initiala

Daloare G* enumire materie

iesita

Daloare G*

1. Spalare sisortare

*ere* /.8/ "gs *ere sortatespalate*1

/.!343 "gs

%ierdere%1 /./180 "gs

&(&A> /.8/ "gs /.8/ "gs

2. 5liminare a

partilor

necomestibile

*ere sortate

spalate*1

/.!34 "gs *ere ramase dupa

eliminarea partilor

necomestibile*2

/.320 "gs

%ierdere%2 /./1/0 "gs

&(&A> /.!34 "gs /.!34 "gs

3. %reincalzire *ere ramase dupaeliminarea partilor

necomestibile*2

/.320 "gs Suc preincalzitSp

/.!/8 "gs

Co;iFSeminte

CsFSm

/./43 "gs

%ierderi%3 /.//22 "gs

&(&A> /.320 "gs /.320 "gs

!. Centrifugare Suc preincalzit

Sp

/.!/8 "gs Suc limpede Sc /.303/ "gs

%ierdere%! /.//4 "gs

&(&A> /.!/8 "gs /.!/8 "gs

. %asteurizare Suc limpede Sc /.303/ "gs Suc

pasteurizatSm

/.34! "gs

%ierdere% /.//4881 "gs

&(&A> /.303/ "gs /.303/ "gs

2.a. Bilantul termic pt zona 1 (zona de recuperare)


15/27

Sc∗t 1∗c

1+Sc∗t

3∗c

3=Sc∗t

4∗c

4+Sc∗t

2∗c

2=¿

t 1∗c

1+ t

3∗c

3=t

4∗c

4+t

2∗c

2=¿ t

4=

t 1∗c

1+t

3∗c

3−t

2∗c

2

c4=68.32̊ C

c1=f (t 1 )=3601 J / Kg∗ K

c2=c

3=c

4=f (t 2 )=3643 J / Kg∗ K

ε=t 2−t

1

t 3−t 1=0.6=¿ t

2=78.6̊ C

2.b. Bilantul termic pt zona 2 (zona de pasteurizare

Sc∗2=W a1=0.766kg /s

Sc∗t 2∗c

2+W a1∗t a1∗ca1=W a1∗t a2∗ca2+Sc∗t 3∗c3=¿ t a2=114.383̊ C

ca1=ca2=f (t a1)=4249 J / Kg∗ K

!."alculul termic

Calculul termic pt zona 1

a) pt sucul pasteurizat

t =t 3+t

4

2+273.15=356.31̊ C

η=0.00048 Pa∗s

u=79

H IliescuIJ

ρ=1593−0.56∗t −4.2∗u=1061.66 kg/m3

Cp=461+3∗t +34.4∗u−0.02∗t ∗u=3684.56J / Kg∗ K

λ=−0.17+0.0011∗

t +0.0043∗

u=0.561

W /m∗ K


16/27

Calculul flu$ului termic

Φ=Sc∗c3∗(t 3−t 2 )=41406.08W

Calcului numarului de canale

m= Sc

ρ∗w∗ A=1.18=1

7ecalcularea vitezei de curgere

w r= Sc

ρ∗m∗ A=0.237m

2

Calculul criteriului 7e#nolds

ℜ=

wr∗ ρ∗de

η =4200.32

Calcului criteriului %randl

Pr=Cp∗η

λ =3.148

Calcului criteriului +usselt

Nu=c∗ℜm∗ Pr

n∗ε=66.309

Calculul coeficientului partial de transfer termic

α 1= Nu∗ λ

de=4655.31W /m

2

∗ K

Caracteristici termice al placii Alfa Laval >ungime114/ mm

>atime!2/ mmrosime1.3 mm

Aria sectiunii de curgere/.31 m2

istanta dintre placi! mmAria suprafetei de transfer termic12K1/) m2

dechiv0 mm

b) pt sucul de mere initial

t =t 1+t

2

2+273.15=337.2̊ C

η=0.00068 Pa∗s


17/27

u=79

H IliescuIJ

ρ=1593−0.56∗t −4.2∗u=1072.36 kg/m3

Cp=461+3∗t +34.4∗u−0.02∗t ∗u=3657.42 J / Kg∗ K

λ=−0.17+0.0011∗t +0.0043∗u=0.54W /m∗ K


m= Sc

ρ∗w∗ A=1.17=1


w r= Sc

ρ∗m∗ A=0.235m

2


ℜ=wr∗ ρ∗de

η =2964.933


Pr=Cp∗η

λ

=4.6


Nu=c∗ℜm∗ Pr

n∗ε=60.52


α 2= Nu∗ λ

de=4090.185W /m

2∗ K

Calculul coeficientului total de transfer termic

k = 11

α 1

+

λ+ 1

α 2

=1874.12W /m2∗ K

Calculul termic pt zona 2

a)suc pasteurizat

t =t 3+t

2

2+273.15=361.45

η=0.00045 Pa∗s

u=79


18/27

H IliescuIJ

ρ=1593−0.56∗t −4.2∗u=1058.78 Kg/m3

Cp=461+3∗t +34.4∗u−0.02∗t ∗u=3691.85J / Kg∗ K

λ=−0.17+0.0011∗t +0.0043∗u=0.567W /m∗ K


m= Sc

ρ∗w∗ A=1.19=1


w r= Sc ρ∗m∗ A=0.238m2


ℜ=wr∗ ρ∗de

η =4480.343


Pr=Cp∗η

λ =2.92


Nu=c∗ℜm∗ Pr

n∗ε=67.37


α 1= Nu∗ λ

de=4777.54W /m

2∗ K

b)Apa

t =t a1+t a2

2+273.15=391.69C

η=0.00028 Pa∗s

u=79

H IliescuIJ

ρ=1593−0.56∗t −4.2∗u=953.65 Kg/m3

Cp=461+3∗

t +34.4∗

u−0.02∗

t ∗u=4292.69

J / Kg

∗ K


19/27

λ=−0.17+0.0011∗t +0.0043∗u=0.69W /m∗ K

Calculul flu$ului termic

Φ=W a1∗c

a1∗

(t a1−t

a2

)=27073.12W


m= 2∗Sc

ρ∗w∗ A=0.88=1


w r= 2∗Sc

ρ∗m∗ A=0.528m

2


ℜ=wr∗ ρ∗de

η =14401.1


Pr=Cp∗η

λ =1.739


Nu=c∗ℜm∗ Pr

n∗ε=197.736


α 2= Nu∗ λ

de=17076.01W /m

2∗ K

!.1"alculul coeficientului total de transfer termic

k = 1

1

α 1

+

λ+ 1

α 2

=2922.609W /m2∗ K

+r. crt enumire

operatii


20/27

2. (p. de

pasteurizare

Φ3

8088/ L Φ4

241!1 L

!.2"alculul ariei de transfer termic

Φ=k ∗ A∗ ! t med

Zona 1

! t M =19.4̊ C

! t m=18.8̊ C

!t med= ! t M + !t m

2=19.11̊ C

A= Φ

k ∗ ! t med=1.155m

2

Zona 2

! t M =35.783̊ C

! t m=24.7̊ C

! t med= ! t M + ! t m

2=30.24̊ C

A= Φ

k ∗ ! t med=0.306m

2

Calculul numarului de placi


21/27

ona '

n1= A "

A0=3.72=4

ona ''

n2= A ""

A0=0.988=1

Calcul numar de pachete

Zona I

#1=

n1

2∗m1=2

#2=

n1

2∗m2=2

Zona II

#1=

n2

2∗m1=0.5=1

#2=

n2

2∗m2=0.5=1

Stabilirea formei de aranjare

f 1= #

1∗n

1

#2∗n2=4

f 2= #

1∗n1

#2∗n2=4

!.!"alculul de dimensionare

1.Dimensionarea zonelor pasteurizatorului

$ #" =n

" ∗ + (n−1 )

c=0.0172m


22/27

$ #"" =n "" ∗ +(n−1 ) c=0.0013m

2.Dimensionarea lunimii pasteurizatorului

$t

= $ #"

+ $ #""

+2∗ $c

+ $%

=0.3105m

!.# $eterminarea pierderilor de presiune

! P= #∗ &u∗ ρ∗w r2' Pa

zona 1.

1.

! P=4588.34 Pa

2.

! P=5520.893 Pa

zona 2.

1.

! P=2218.749 Pa

2. ! P=5124.12 Pa

CAPITOLUL III

1. Schita pasteurizator


23/27

2. $ia%rama San&e' pentru zona de recuperare


24/27


25/27


26/27


27/27

!"!#"O$%A&"'

1 Masat"in, A E %rocese Ni aparate principale On tehnologia chimicP E 5d. &ehnicP,

BucureNti, 103-

2 %etculescu, 5. E %rocese Ni aparate On industria alimentarP E 5d. idacticP Ni pedagogicP,

BucureNti, 1-

3 Banu, C. E *anualul inginerului de industrie alimentarP E vol '' E 5d. &ehnicP, BucureNti,

1-

! Banu, C. E &ratat de NtiinQa Ni tehnologia malQului Ni a berii E vol ' E 5d. Agir, BucureNti,2///-

Rulieta, 2

Dimensionarea Termica Si Geometrica a Unui Pasteurizator Cu Placi in Industria Sucului

Documents