Методика расчета

Для расчета составим общую схему пластинчатого аппарата и построим график изменения температур молока и рабочих сред по секциям (рисунок 1).

Рисунок 1. Схема и температурный график комбинированного аппарата

пластинчатого типа:

1 – секция рекуперации; 2 – секция пастеризации; 3 – секция водяного
охлаждения; 4 – секция охлаждения хладоносителем

1. Объемная производительность установки , м³/с,

где V _з – объемная производительность по заданию, л/ч.

2. Массовая производительность установки , кг/c,

,

где r – плотность молока при начальной температуре, кг/м³, [5].

3. Рассчитаем недостающие температуры молока и рабочих сред по секциям аппарата

3.1. Секция рекуперации

Температура сырого молока , °С, после секции рекуперации:

Температура пастеризованного молока , °С, после секции регенерации теплоты (на входе в секцию водяного охлаждения):

.

Средний температурный напор , °С, в секции рекуперации:

.

Симплекс , характеризующий условия подобия температурных режимов в секции регенерации:

.

3.2. Секция пастеризации

Температура горячей воды на выходе из секции пастеризации , °С, определяется из теплового баланса:

,

где - начальная температура горячей воды, °С; – удельная теплоемкость молока при средней температуре в секции пастеризации, Дж/(кг·К), [5]; с _г – удельная теплоемкость горячей воды, Дж/(кг·К [5].

.

Средний температурный напор , °С, в секции пастеризации:

,

где и – соответственно большая и меньшая разности температур между горячей водой и молоком, °С.

,

.

Симплекс , характеризующий условия подобия температурных режимов в секции пастеризации:

.

Расход горячей воды , кг/с, с учетом потерь теплоты:

,

где 1,05 – коэффициент потерь теплоты.

3.3. Секция охлаждения водой

Температура молока , °С, на выходе из секции водяного охлаждения:

.

Температура холодной воды , °С, на выходе из секции:

,

где n _в = 2 – рекомендуемая кратность циркуляции холодной воды; с_в – удельная теплоемкость воды, Дж/(кг·К.

Большая и меньшая разница температур между молоком и охлаждающей водой, °С.

,

.

Если отношение / то средний температурный напор , °С, в секции водяного охлаждения определяется как среднеарифметический, больше двух – среднелогарифмический.

Симплекс , характеризующий условия подобия температурных режимов в секции водяного охлаждения:

.

Расход холодной воды , кг/с,

.

4. Секция охлаждения ледяной водой. По вышеприведенной методике рассчитайте температуру ледяной воды , °С, на выходе из секции; расход ледяной воды , кг/с; средний температурный напор , °С; симплекс в секции.

5. Количество теплоты , Вт, затрачиваемое на нагрев молока в секции пастеризации:

.

6. Массовое количество пара , кг/с, расходуемого на нагрев горячей воды при использовании поверхностных нагревателей:

,

где – энтальпия греющего пара, Дж/кг. Определяется по таблицам [1, 2]состояния воды и водяного пара исходя из давления греющего пара Р _п, МПа; – температура конденсата греющего пара, °С,

°С,

где – температура насыщения пара, °С, [5].

7. Удельный расход пара , кг/кг,

.

8. Расчет площади поверхностей теплообмена в секциях

8.1. Секция пастеризации

Сведем в табл. 3 теплофизические характеристики молока и горячей воды при средней температуре жидкостей в секции [5].

Таблица 3