2. Schimbatoare de caldur cu plci-particulariticonstructive i funcionale.Aceste aparate sunt realizate prin imbinarea de placi care realizeaza intre ele spatii princare circula agentii care schimba caldura. Acesti agenti ocupa alternativ spatiile dintreplacile schimbatorului de caldura, astfel incat sa nu se amestece intre ei. In consecinta,spatiile dintre placi trebuie sa fie etansate fata de exterior si fata de spatiile in care segasc alti agenti. De asemenea sistemul de etansare trebuie sa permita trecereaagentilor 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.Exista patru variante tehnologice de realizare a schimbatoarelor de caldura cu placi:Cu placi si garnituri demontabileCu placi sudateCu placi brazateCu placi avand circuite imprimateSchimbatoarele de caldura cu placi sunt utilizate la scara larga in industria produselorvegetale: pentru tratarea termica a vinurilor, pentru pasteurizarea berii si a sucurilor defructe.Acestea prezinta anumite caracteristici:Coeficientul total de transfer de caldura ridicat;Realizeaza economic un grad inalt de recuperare a caldurii 60-70% ceea ceduce si la micsorarea diferentei de temperature intre cele doua fluide care trecprin aparat;Constructie compacta pentru suprafete mari de schimb de caldura;Satisface cele mai exigente conditii de igiena, curatirea este simpla;Automatizarea nu este mai complicate decat la alte tipuri de schimbatoare decaldura;Cheltuielile cu investitiile nu sunt mai mari decat la schimbatoarele multitubularede aceeasi marime, dar schimbul se realizeaza in conditii bune, iar constructia siexploatarea sunt mai simple.Particularitati constructive si functionaleSchimbatorul de caldura este alcatuit dintr-un numar de placi metalice, montate in serie,asezate pe un cadru metallic si stranse cu un dispozitiv de strangere.Componente:Placa de lucruBaraSuportPlaca de strangere13

SurubGarnitura de cauciucPicior sprijinOrificiu de trecere superiorPlaca de sfarsit de zonaOrificiu de trecere inferiorRecordAcestea se pot clasifica dupa mai multe criterii:Dupa profilul placilor:Placi cu canale in forma de spirala sau zig-zagPlaci cu flux unicPlaci plane cu elemente pentru creearea turbulenteiAlte criterii:a. Functionalitate :Placi curente de lucruPlaci intermediarePlaci de depozitarePlaci finaleb. dispunerea garniturilor de etansare:placi cu etansare unilateralaplaci cu etansare bilateralac. pozitia relative a garniturilor de etansare:de stangade dreaptad. intrarea, iesirea si directia curentuluicu directie diagonala a curentuluicu directie rectilinie a curentuluiPlacile cu canale sunt primele tipuri de placi construite si aplicate industrial. Canaleleerau formate prin frezare, iar intre doua placi se intercaleaza cate o placa neteda;garniturile de cauciuc sunt bilaterale.Placa de tip ASTRAare pe suprafata ei stantate santuri longitudinale care formeazacanale inguste cate trei in trei scurgeri. Placile au imprimate santuri pe ambele fete, iarintre placi se intercaleaza cate o placa neteda. Fluidul care ajunge in spatial dintre placise distribuie pe o scurgere in trei canale inguste si paralele, se deplaseaza de-a lungulplacii dupa care se intoarce la 180si intra in a doua scurgere, apoi in a treia, care estein legatura cu orificiul de evacuare.Placa de tip FENIReste alcatuita din doua jumatati stantate din otel inoxidabil uniteprin sudura. Sunt placi cu etansietate bilaterala. Aceasta prezinta coeficienti de transfertermic redusi.Placa Alfa-Lavalse construieste din otel inoxidabil si are pe suprafata placiiproieminente triunghiulare obtinute prin stantare.14

Placile de tip zig-zag-flowau pe suprafata stantate proeminente line, cu inclinare de ladreapta spre stanga pe jumatatea superioara si de la stanga spre dreapta pe jumatateainferioara. La montare, placa imediat urmatoare se aseaza intoarsa la 180, ceea ceface ca actiunea de turbulenta sa fie puternica si determina coeficienti de transfer termicmari. Aceasta placa face parte din categoria placilor cu retea. Daca in constructiile deplaci descries anterior, elementele de turbulenta fac parte din suprafata de transfertermic, la placile cu elemente intercalate, functiile de transfer de caldura si de turbulentasunt realizate de elemente separate.Placile de tip Multi-Passau intre placile plane intercalate elemente care datoritaefectului de turbulenta creat, maresc intensitatea transferului termic, indeplinind inacelasi timp si rolul de garniture. Forma placilor si a elementelor intercalate este redatain figura de mai jos.Placile planese construiesc din otel inoxidabil, iar elementele de turbulenta pot fi dinmateriale plastice sau metalice. Aceste placi prezinta avantaje in exploatare, deoarecesuprafetele de schimb termic pe care pot sa apara arsuri se pot curata usor, iarelementele de turbulenta in functionare avand in general o temperature egala cutemperature medie a lichidului. Aceste placi prezinta dezavantaj consumuluisuplimentar de material necesar pentru constructia elementelor de turbulenta.15

Universitatea Dunarea de Jos, Galati Stiinta si Ingineria alimentelor Specializarea: Ingineria produselor alimentare

PROIECTPasteurizatoare cu placiSucul de mere

Student: Ceaus Victor-RaduGrupa:12023

Cuprins

Capitolul I: Documentare de proiectare

1. Alegerea schemei tehnologice bloc de obtinere a sucului de mere si descrierea succinta a operatiilor..2.Schimbatoare de caldura cu placi, particularitati constructive si functionale.3.Instalatia de pasteurizare TITO-MANZINI..

Capitolul II: Calculul de proiectare

1.Bilantul de materiale cu determinarea de material in circulatie2.Bilantul termic pentru cele doua zone ale schimbatorului de caldura si pentru rezervorul de preparare a apei calde cu determinarea debitelor de agenti termici.3.Calculul termic 3.1Calculul coeficientilor totali de transfer termic pe cele doua zone.. 3.2 Determinarea ariei suprafetei de transfer termic pe zone si a numarului de placi 3.3 Calculul de dimensionare a schimbatorului de caldura cu placi si a serpentinei de mentinere. 3.4 Determinarea pierderilor de presiune..

Capitolul III: Parte desenata 1.Schema tehnologica bloc.. 2.Schema instalatiei de pasteurizare cu evidentierea circulatiei fluidelor 3. Diagrama Sankey pentru circulatia fluxurilor termice pentru zona de recuperare.

Tema de proiectare

Sa se proiecteze instalatia de pasteurizare tip TITO-MANZINI 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 M=2018 kg/h

Temperatura initiala a sucului de mere t1=49.5 C

Temperatura initiala a apei calde ta1=122.7 C

Presiunea aburului saturat folosit ca agent termic pentru incalzirea apei P=90002.5 Pa

Schimbatoare de caldur cu plci-particulariti constructive i funcionale

Aceste aparate sunt realizate prin imbinarea de placi care realizeaza intre ele spatii princare circula agentii care schimba caldura. Acesti agenti ocupa alternativ spatiile dintre placile schimbatorului de caldura, astfel incat sa nu se amestece intre ei. In consecinta, spatiile dintre placi trebuie sa fie etansate fata de exterior si fata de spatiile in care se gasesc alti agenti. De asemenea 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.Exista patru variante tehnologice de realizare a schimbatoarelor de caldura cu placi:Cu placi si garnituri demontabileCu placi sudateCu placi brazateCu placi avand circuite imprimate

Schimbatoarele de caldura cu placi sunt utilizate la scara larga in industria produselorvegetale: pentru tratarea termica a vinurilor, pentru pasteurizarea berii si a sucurilor defructe. Acestea prezinta anumite caracteristici:Coeficientul total de transfer de caldura ridicat;Realizeaza economic un grad inalt de recuperare a caldurii 60-70% ceea ce duce si la micsorarea diferentei de temperatura intre cele doua fluide care trec prin aparat;Constructie compacta pentru suprafete mari de schimb de caldura;Satisface cele mai exigente conditii de igiena, curatirea este simpla;Automatizarea nu este mai complicata decat la alte tipuri de schimbatoare de caldura;Cheltuielile cu investitiile nu sunt mai mari decat la schimbatoarele multitubulare de aceeasi marime, dar schimbul se realizeaza in conditii bune, iar constructia si exploatarea sunt mai simple.

Particularitati 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:Placa de lucruBaraSuportPlaca de strangereSurubGarnitura de cauciucPicior sprijinOrificiu de trecere superiorPlaca de sfarsit de zonaOrificiu de trecere inferiorRecord

Acestea se pot clasifica dupa mai multe criterii:Dupa profilul placilor:Placi cu canale in forma de spirala sau zig-zagPlaci cu flux unicPlaci plane cu elemente pentru creearea turbulentei

Alte criterii:

a. Functionalitate :Placi curente de lucruPlaci intermediarePlaci de depozitarePlaci finaleb.dispunerea garniturilor de etansare:

placi cu etansare unilateralaplaci cu etansare bilaterala

b. pozitia relative a garniturilor de etansare:de stangade dreapta

d. intrarea, iesirea si directia curentuluicu directie diagonala a curentuluicu directie rectilinie a curentului

Placile cu canale sunt primele tipuri de placi construite si aplicate industrial. Canalele erau formate prin frezare, iar intre doua placi se intercaleaza cate o placa neteda; garniturile de cauciuc sunt bilaterale.

Placa de tip ASTRA are pe suprafata ei stantate santuri longitudinale care formeaza canale inguste cate trei in trei scurgeri. Placile au imprimate santuri pe ambele fete, iarintre placi se intercaleaza cate o placa neteda. Fluidul care ajunge in spatial dintre placi se distribuie pe o scurgere in trei canale inguste si paralele, se deplaseaza de-a lungul placii dupa care se intoarce la 180si intra in a doua scurgere, apoi in a treia, care este in legatura cu orificiul de evacuare.

Placa de tip FENIReste alcatuita din doua jumatati stantate din otel inoxidabil unite prin sudura. Sunt placi cu etansietate bilaterala. Aceasta prezinta coeficienti de transfertermic redusi.

Placa Alfa-Lavalse construieste din otel inoxidabil si are pe suprafata placii proieminente triunghiulare obtinute prin stantare.

Placile de tip zig-zag-flowau pe suprafata stantate proeminente line, cu inclinare de la dreapta spre stanga pe jumatatea superioara si de la stanga spre dreapta pe jumatatea inferioara. La montare, placa imediat urmatoare se aseaza intoarsa la 180, 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. Daca in constructiile de placi descrise anterior, elementele de turbulenta fac parte din suprafata de transfertermic, la placile cu elemente intercalate, functiile de transfer de caldura si de turbulenta sunt realizate de elemente separate.

Placile de tip Multi-Pass au intre placile plane intercalate elemente care datorita efectului de turbulenta creat, maresc intensitatea transferului termic, indeplinind in acelasi timp si rolul de garnitura. Forma placilor si a elementelor intercalate este redata in figura de mai jos.

Placile plane se construiesc din otel inoxidabil, iar elementele de turbulenta pot fi din materiale plastice sau metalice. Aceste placi prezinta avantaje in exploatare, deoarece suprafetele de schimb termic pe care pot sa apara arsuri se pot curata usor, iarelementele de turbulenta in functionare avand in general o temperatura egala cu temperatura medie a lichidului. Aceste placi prezinta dezavantaj consumului suplimentar de material necesar pentru constructia elementelor de turbulenta.

Schimbatoarele cu placi si garnituri demontabile

Placile intre care se introduc garniturile, se monteaza impreuna intre o placa de baza si una mobila. Placile pot sa fie demontate in vederea curatarii. Fixarea placilor se realizeaza cu ajutorul unor tiranti. Din punct de vedere hidraulic se pot realiza curgeri in contracurent sau in echicurent. Materialele din care se realizeaza placile depind de natura agentilor de lucru, iar cele mai utilizate sunt:- oteluri inoxidabile;- aliaje de aluminiu;- aliaje de titan;- aliaje cupru-nichel.Grosimea placilor poate sa varieze intre 0,61,1 mm, sau chiar mai mult. Pentru garnituri se pot utiliza de asemenea mai multe materiale in functie de temperaturile de lucru:- nitril (t max= 110 C);- butil (t max= 135 C);- etilen-propilen (tmax= 155 C);- Viton (tmax= 190 C);Domeniul temperaturilor de lucru pentru aceste aparate poate sa varieze intre 50+190 C.

Presiunile nominale maxime de lucru pot sa ajunga pana la 1620 bar, iar diferenta maxima dintre presiunile circuitelor poate sa ajunga pana la 912 bar si in mod exceptional la 20 bar.

Schimbatoarele cu placi sudate au placile asamblate nedemontabil prin sudare. Din aceasta categorie fac parte:- placile dulapurilor de congelare, realizate din profile de aluminiu sudate, pentru a forma platanele pe care se pastreaza produse si canalele de curgere pentru agentul frigorific care vaporizeaza;- schimbatoarele de caldura realizate din placi ambutisate si sudate pentru a se asigura rezistenta mecanica si curgerea agentilor, de regula in contracurent. Presiunile nominale maxime pot sa ajunga pana la 3040 bar, iar domeniul de temperaturi intre care pot sa lucreze este de 200+200 C.

Schimbatoarele cu placi brazate sunt realizate cu placi din otel inoxidabil asamblate prin brazare (lipire) cu ajutorul unui aliaj pe baza de cupru, in cuptoare sub vid. Se pot utiliza ca vaporizatoare sau ca schimbatoare interne de caldura, dar numai pentru agenti curati,deoarece nu 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. Placile 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. Din aceste placi se pot realiza condensatoare si vaporizatoare foarte compacte.

Bilant de materiale1)BM pentru operatia de spalare si sortare

2)BM pentru operatia de eliminare a partilor necomestibile

3)BM pt operatia de preincalzire

4)BM pe operatia de centrifugare

5)BM pt operatia de pasteurizare

Bilantul de materiale sub forma tabelata

Nr. crtDenumire operatieDenumire materie initialaValoareUMDenumire materie iesitaValoareUM

1.

Spalare si sortareMere(M)0.56055kg/sMere sortate spalate(M1)0.543739kg/s

Pierdere(P1)0.0168kg/s

TOTAL0.56055kg/s0.56055kg/s

2.Eliminare a partilor necomestibileMere sortate spalate(M1)0.5437kg/sMere ramase dupa eliminarea partilor necomestibile(M2)0.5328kg/s

Pierdere(P2)0.0108kg/s

TOTAL0.5437kg/s0.5437kg/s

3.PreincalzireMere ramase dupa eliminarea partilor necomestibile(M2)0.5328kg/sSuc preincalzit (Sp)0.4506kg/s

Coji+Seminte(Cs+Sm)0.07993kg/s

Pierderi(P3)0.0022kg/s

TOTAL0.5328kg/s0.5328kg/s

4.CentrifugareSuc preincalzit (Sp)0.4506kg/sSuc limpede (Sc)0.3830kg/s

Pierdere(P4)0.007kg/s

TOTAL0.4506kg/s0.4506kg/s

5.PasteurizareSuc limpede (Sc)0.3830kg/sSuc pasteurizat(Sm)0.3754kg/s

Pierdere(P5)0.007661kg/s

TOTAL0.3830kg/s0.3830kg/s

Bilantul termic pt zona 1 (zona de recuperare)

Bilantul termic pt zona 2 (zona de pasteurizare)

Calculul termic pt zona 1 a) pt sucul pasteurizat

[Iliescu]=>

Calculul fluxului termic

Calcului numarului de canale

Recalcularea vitezei de curgere

Calculul criteriului Reynolds

Calcului criteriului Prandl

Calcului criteriului Nusselt

Calculul coeficientului partial de transfer termic

Caracteristici termice al placii Alfa LavalLungime=1170 mmLatime=420 mmGrosime=1.3 mmAria sectiunii de curgere=0.31 m2Distanta dintre placi=4 mmAria suprafetei de transfer termic=152*10-5 m2dechiv=8 mm

b) pt sucul de mere initial

[Iliescu]=>

Calcului numarului de canale

Recalcularea vitezei de curgere

Calculul criteriului Reynolds

Calcului criteriului Prandl

Calcului criteriului Nusselt

Calculul coeficientului partial de transfer termic

Calculul coeficientului total de transfer termic

Calculul termic pt zona 2a)suc pasteurizat

[Iliescu]=>

Calcului numarului de canale

Recalcularea vitezei de curgere

Calculul criteriului Reynolds

Calcului criteriului Prandl

Calcului criteriului Nusselt

Calculul coeficientului partial de transfer termic

b)Apa

[Iliescu]=>

Calculul fluxului termic

Calcului numarului de canale

Recalcularea vitezei de curgere

Calculul criteriului Reynolds

Calcului criteriului Prandl

Calcului criteriului Nusselt

Calculul coeficientului partial de transfer termic

Calculul coeficientului total de transfer termic

Nr. crtDenumire operatiiFluxuri termice intrateValoareUMFluxuri termice iesiteValoareUM

1.Op. de recuperare315271.4W41386.2W

2.Op. de pasteurizare686605W27141W

Calculul ariei de transfer termic

Zona 1

Zona 2

Calculul numarului de placiZona I

Zona II

Calcul numar de pacheteZona I

Zona II

Stabilirea formei de aranjare

Calculul de dimensionare

1.Dimensionarea zonelor pasteurizatorului

2.Dimensionarea lungimii pasteurizatorului

3.Determinarea pierderilor de presiune

zona 1.1.

2.

zona 2.1.

2.

Schita pasteurizator

Diagrama Sankey pentru zona de recuperare

Universitatea "Dunarea de Jos", Galati

5