Transcript устаткування для термічної обробки виноматеріалів
Slide 1
УСТАТКУВАННЯ ДЛЯ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ
ВИНОМАТЕРІАЛІВ
Slide 2
ОСНОВИ ТЕПЛООБМІНУ
Розрахунки теплообмінних апаратів в умовах винзаводу ґрунтуються на спільному
рішенні рівнянь теплового балансу
і рівняння теплообміну
тобто
де
Q - кількість тепла, Дж;
G - продуктивність апарата, м3/c;
tп - різниця температур продукту, °С;
k - коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м2К);
F - площа поверхні теплопередачі, м2;
tг - різниця температур теплоносія, °С;
с - питома об'ємна теплоємність продукту, Дж/(м3К).
Slide 3
ОСНОВИ ТЕПЛООБМІНУ
Різниця температур теплоносія tт береться як середня tсер. Уздовж поверхні
нагрівання температура теплоносія змінюється в залежності від напрямку руху
теплоносія і продукту. При значній зміні температури береться середня логарифмічна
різниця. При паралельному русі продукту і теплоносія вона визначається наступним
відношенням:
де tн і tк - відповідно початкова і кінцева різниці температур теплоносія і продукту,
о
С.
Якщо температура уздовж поверхні нагрівання змінюється незначно і відношення
tн до tк менше 2, то tсер береться як середнє арифметичне.
При русі рідин у теплообміннику протитоком середня різниця температур
визначається як і при паралельному русі, тільки початкова tн є найбільшої, а tк найменшою.
Slide 4
ОСНОВИ ТЕПЛООБМІНУ
Коефіцієнт теплопередачі k [у Вт/(м2К)] підраховується по критеріальних даних і
залежить від конкретних умов:
для одношарової плоскої стінки
для одношарової циліндричної стінки
де
1 і 2 - коефіцієнти тепловіддачі, Вт/(м2 К);
δ - товщина стінки, м;
- коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м К);
dн, dcp, dB - відповідно зовнішній, середній і внутрішній діаметри циліндричної
стінки, м.
Slide 5
ОСНОВИ ТЕПЛООБМІНУ
Коефіцієнт теплопровідності для різних
матеріалів має наступні значення [у Вт/(м*К)]:
матеріал
матеріал
азбест
0,23
алюміній
230
шлакобетон
0,70
сталь
46
цегла
0,70
мідь
350
коркова плита
0,046
бронза
35
скловата
0,058
латунь
93
Slide 6
ОСНОВИ ТЕПЛООБМІНУ
У процесі нагрівання температура стінок теплообмінника буде вище температури
навколишнього повітря, тоді втрати тепла в навколишнє середовище (у Дж)
де - коефіцієнт тепловіддачі від стінки до повітря, дорівнює сумі коефіцієнтів тепловіддачі
конвекцією і випромінюванням, Вт/(м2К);
tст - температура зовнішньої стінки, oC;
tв - температура навколишнього повітря, oC;
τ - тривалість теплообміну, с.
При нагріванні стінки від 50 до 350°С
У теплообмінних апаратах утрати тепла складають приблизно близько 5%. У розрахунки
для обліку втрат тепла вводиться коефіцієнт 1,05.
Вплив забруднень враховується введенням коефіцієнта чистоти поверхні теплообмінника
. Тоді дійсний коефіцієнт теплопередачі поверхні теплообмінника
Коефіцієнти тепловіддачі 1 і 2 залежать від властивостей теплоносіїв і швидкості їхнього
руху уздовж поверхні теплообміну F.
Slide 7
ТЕПЛООБМІННИКИ
Кожухотрубні теплообмінники
1. кришка; 2. рухома трубна решітка; 3. корпус; 4. набивка; 5. прокладка.
Переваги кожухотрубних теплообмінників: компактність, невелика витрата
металу, легкість очищення труб зсередини.
Недоліки: труднощі пропущення теплоносіїв з великими швидкостями,
труднощі очищення міжтрубного простору і мала доступність для огляду і
ремонту; утруднення при використанні труб з матеріалів, що не піддаються
розвальцьовуванню і зварюванню.
Коефіцієнт теплопередачі знаходиться в межах 700-900 Вт/(м2К).
Slide 8
ТЕПЛООБМІННИКИ
Двотрубні теплообмінники типу «труба в трубі»
1. внутрішня труба; 2. зовнішня труба.
Переваги двотрубних
теплообмінників - це високий
коефіцієнт тепловіддачі;
придатність для нагрівання чи
охолодження рідин, що
знаходяться під високим
тиском; простота виготовлення,
монтажу й обслуговування;
невелика виробнича площа;
можливість установки біля стін
приміщення; відсутність
проходів.
До недоліків відносяться їх
громіздкість і значна витрата
металу на сполучні трубки і
калачі, що знаходяться поза
теплообмінником; труднощі
очищення міжтрубного
кільцевого простору.
Slide 9
ТЕПЛООБМІННИКИ
Теплообмінник для охолодження шампанських вин
При конструюванні і підборі теплообмінника для охолодження готового
шампанського щоб уникнути дешампанізації потрібно така швидкість руху вина
в трубах, щоб характер руху весь час проведення процесу був ламінарним,
при цьому критерій Re = 2000-2200, у той же час конструкція не повинна
допускати різких змін швидкості при переході вина з однієї труби в іншу. Для
цього радіус заокруглення сполучних ділянок береться великим чи рівним
шістьом внутрішнім діаметрам сполучних трубок.
Для охолодження готового шампанського рекомендується кожухотрубний
теплообмінник.
Коефіцієнт теплопередачі для цих теплообмінників приймається рівним
500- 650 Вт/(м2К).
Slide 10
ТЕПЛООБМІННИКИ
Продуктивність кожухотрубних теплообмінників (у кг/год) визначається по
загальній формулі для підігрівників безупинної дії:
де
F - поверхня нагрівання труб підігрівника, м2;
k - середній коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м2К);
t - середня різниця температур між температурами пари, що гріє, і
рідини, що підігрівається, oC;
c - питома теплоємність рідини, що підігрівається, Дж/(кг K);
tн і tк - початкова і кінцева температура рідини, що підігрівається, oC;
1,02 - коефіцієнт, що враховує втрати тепла в навколишнє
середовище
Slide 11
ТЕПЛООБМІННИКИ
Ультраохолоджувачі
1. труба для вина; 2. мішалка; 3. аміачна сорочка.
Переваги: застосування охолодження при безпосередньому випарі
холодоносія знижує експлуатаційні витрати і дає більший ефект у порівнянні з
іншими типами теплообмінників.
Ультраохолоджувачі можуть використовуватися не тільки для
охолодження вин і соків, але і для концентрування їх виморожуванням.
Slide 12
ТЕПЛООБМІННИКИ
Конструктивні розрахунки
У кожухотрубних апаратах для чистих рідин застосовуються трубки
діаметром 16-38 мм, для грузлих і забруднених рідин - до 78 мм.
В апаратах типу «труба в трубі» діаметри зовнішніх труб рівні 76-108 мм, а
внутрішніх - 38-57 мм.
Кількість трубок для одного елемента визначається з рівняння витрати:
Звідси:
де W - об'ємна витрата рідини, м3/с;
G - продуктивність апарата по вихідному продукті, кг/с;
ρ - густина продукту, кг/м3;
dB - внутрішній діаметр трубки, м;
n - кількість трубок в елементі;
v - швидкість руху продукту усередині трубки, м/с.
Slide 13
ТЕПЛООБМІННИКИ
Конструктивні розрахунки
Поверхня теплообміну F (у м2) складається з поверхонь теплообміну всіх
трубок, тобто:
відкіля довжина однієї трубки (у м)
де
dp - середній розрахунковий діаметр трубки, що залежить від
співвідношення між коефіцієнтами тепловіддачі 1 і 2:
при 1>2 dp=dн; при 1=2 dр = 0,5(dн+dв); при 1<2 dр=dв.
Довжина трубок приймається рівної не більш 4 м.
Slide 14
ТЕПЛООБМІННИКИ
УСТАТКУВАННЯ ДЛЯ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ
ВИНОМАТЕРІАЛІВ
Slide 2
ОСНОВИ ТЕПЛООБМІНУ
Розрахунки теплообмінних апаратів в умовах винзаводу ґрунтуються на спільному
рішенні рівнянь теплового балансу
і рівняння теплообміну
тобто
де
Q - кількість тепла, Дж;
G - продуктивність апарата, м3/c;
tп - різниця температур продукту, °С;
k - коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м2К);
F - площа поверхні теплопередачі, м2;
tг - різниця температур теплоносія, °С;
с - питома об'ємна теплоємність продукту, Дж/(м3К).
Slide 3
ОСНОВИ ТЕПЛООБМІНУ
Різниця температур теплоносія tт береться як середня tсер. Уздовж поверхні
нагрівання температура теплоносія змінюється в залежності від напрямку руху
теплоносія і продукту. При значній зміні температури береться середня логарифмічна
різниця. При паралельному русі продукту і теплоносія вона визначається наступним
відношенням:
де tн і tк - відповідно початкова і кінцева різниці температур теплоносія і продукту,
о
С.
Якщо температура уздовж поверхні нагрівання змінюється незначно і відношення
tн до tк менше 2, то tсер береться як середнє арифметичне.
При русі рідин у теплообміннику протитоком середня різниця температур
визначається як і при паралельному русі, тільки початкова tн є найбільшої, а tк найменшою.
Slide 4
ОСНОВИ ТЕПЛООБМІНУ
Коефіцієнт теплопередачі k [у Вт/(м2К)] підраховується по критеріальних даних і
залежить від конкретних умов:
для одношарової плоскої стінки
для одношарової циліндричної стінки
де
1 і 2 - коефіцієнти тепловіддачі, Вт/(м2 К);
δ - товщина стінки, м;
- коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м К);
dн, dcp, dB - відповідно зовнішній, середній і внутрішній діаметри циліндричної
стінки, м.
Slide 5
ОСНОВИ ТЕПЛООБМІНУ
Коефіцієнт теплопровідності для різних
матеріалів має наступні значення [у Вт/(м*К)]:
матеріал
матеріал
азбест
0,23
алюміній
230
шлакобетон
0,70
сталь
46
цегла
0,70
мідь
350
коркова плита
0,046
бронза
35
скловата
0,058
латунь
93
Slide 6
ОСНОВИ ТЕПЛООБМІНУ
У процесі нагрівання температура стінок теплообмінника буде вище температури
навколишнього повітря, тоді втрати тепла в навколишнє середовище (у Дж)
де - коефіцієнт тепловіддачі від стінки до повітря, дорівнює сумі коефіцієнтів тепловіддачі
конвекцією і випромінюванням, Вт/(м2К);
tст - температура зовнішньої стінки, oC;
tв - температура навколишнього повітря, oC;
τ - тривалість теплообміну, с.
При нагріванні стінки від 50 до 350°С
У теплообмінних апаратах утрати тепла складають приблизно близько 5%. У розрахунки
для обліку втрат тепла вводиться коефіцієнт 1,05.
Вплив забруднень враховується введенням коефіцієнта чистоти поверхні теплообмінника
. Тоді дійсний коефіцієнт теплопередачі поверхні теплообмінника
Коефіцієнти тепловіддачі 1 і 2 залежать від властивостей теплоносіїв і швидкості їхнього
руху уздовж поверхні теплообміну F.
Slide 7
ТЕПЛООБМІННИКИ
Кожухотрубні теплообмінники
1. кришка; 2. рухома трубна решітка; 3. корпус; 4. набивка; 5. прокладка.
Переваги кожухотрубних теплообмінників: компактність, невелика витрата
металу, легкість очищення труб зсередини.
Недоліки: труднощі пропущення теплоносіїв з великими швидкостями,
труднощі очищення міжтрубного простору і мала доступність для огляду і
ремонту; утруднення при використанні труб з матеріалів, що не піддаються
розвальцьовуванню і зварюванню.
Коефіцієнт теплопередачі знаходиться в межах 700-900 Вт/(м2К).
Slide 8
ТЕПЛООБМІННИКИ
Двотрубні теплообмінники типу «труба в трубі»
1. внутрішня труба; 2. зовнішня труба.
Переваги двотрубних
теплообмінників - це високий
коефіцієнт тепловіддачі;
придатність для нагрівання чи
охолодження рідин, що
знаходяться під високим
тиском; простота виготовлення,
монтажу й обслуговування;
невелика виробнича площа;
можливість установки біля стін
приміщення; відсутність
проходів.
До недоліків відносяться їх
громіздкість і значна витрата
металу на сполучні трубки і
калачі, що знаходяться поза
теплообмінником; труднощі
очищення міжтрубного
кільцевого простору.
Slide 9
ТЕПЛООБМІННИКИ
Теплообмінник для охолодження шампанських вин
При конструюванні і підборі теплообмінника для охолодження готового
шампанського щоб уникнути дешампанізації потрібно така швидкість руху вина
в трубах, щоб характер руху весь час проведення процесу був ламінарним,
при цьому критерій Re = 2000-2200, у той же час конструкція не повинна
допускати різких змін швидкості при переході вина з однієї труби в іншу. Для
цього радіус заокруглення сполучних ділянок береться великим чи рівним
шістьом внутрішнім діаметрам сполучних трубок.
Для охолодження готового шампанського рекомендується кожухотрубний
теплообмінник.
Коефіцієнт теплопередачі для цих теплообмінників приймається рівним
500- 650 Вт/(м2К).
Slide 10
ТЕПЛООБМІННИКИ
Продуктивність кожухотрубних теплообмінників (у кг/год) визначається по
загальній формулі для підігрівників безупинної дії:
де
F - поверхня нагрівання труб підігрівника, м2;
k - середній коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м2К);
t - середня різниця температур між температурами пари, що гріє, і
рідини, що підігрівається, oC;
c - питома теплоємність рідини, що підігрівається, Дж/(кг K);
tн і tк - початкова і кінцева температура рідини, що підігрівається, oC;
1,02 - коефіцієнт, що враховує втрати тепла в навколишнє
середовище
Slide 11
ТЕПЛООБМІННИКИ
Ультраохолоджувачі
1. труба для вина; 2. мішалка; 3. аміачна сорочка.
Переваги: застосування охолодження при безпосередньому випарі
холодоносія знижує експлуатаційні витрати і дає більший ефект у порівнянні з
іншими типами теплообмінників.
Ультраохолоджувачі можуть використовуватися не тільки для
охолодження вин і соків, але і для концентрування їх виморожуванням.
Slide 12
ТЕПЛООБМІННИКИ
Конструктивні розрахунки
У кожухотрубних апаратах для чистих рідин застосовуються трубки
діаметром 16-38 мм, для грузлих і забруднених рідин - до 78 мм.
В апаратах типу «труба в трубі» діаметри зовнішніх труб рівні 76-108 мм, а
внутрішніх - 38-57 мм.
Кількість трубок для одного елемента визначається з рівняння витрати:
Звідси:
де W - об'ємна витрата рідини, м3/с;
G - продуктивність апарата по вихідному продукті, кг/с;
ρ - густина продукту, кг/м3;
dB - внутрішній діаметр трубки, м;
n - кількість трубок в елементі;
v - швидкість руху продукту усередині трубки, м/с.
Slide 13
ТЕПЛООБМІННИКИ
Конструктивні розрахунки
Поверхня теплообміну F (у м2) складається з поверхонь теплообміну всіх
трубок, тобто:
відкіля довжина однієї трубки (у м)
де
dp - середній розрахунковий діаметр трубки, що залежить від
співвідношення між коефіцієнтами тепловіддачі 1 і 2:
при 1>2 dp=dн; при 1=2 dр = 0,5(dн+dв); при 1<2 dр=dв.
Довжина трубок приймається рівної не більш 4 м.
Slide 14
ТЕПЛООБМІННИКИ