На нашем интернет портале море информации по пищевой
и перерабатывающей промышленности, АПК и пищевой тематике
и перерабатывающей промышленности, АПК и пищевой тематике
Барановским получены следующие критериальные зависимости для расчета коэффициента теплоотдачи в каналах аппарата с использованием ленточно-поточных пластин с горизонтальными рифлями.
Более совершенной конструкцией пластины является сетчато-поточная. Наклонные рифли в виде «елочки» образуют межпластинные каналы, в которых поток жидкости изменяет направление своего движения в двух плоскостях. В результате теплоотдача значительно интенсифицируется, а удельная рабочая поверхность аппарата уменьшается.
Помимо этого пакет, составленный из сетчато-поточных пластин, приобретает большую жесткость и лучше противостоит повышенным давлениям. В СССР выпускаются два вида сетчато-поточных пластин: ПР-0,5Е и ПР-0,5М.
Для пластин ПР-0,5Е и ПР-0,5М при турбулентном режиме течения рабочей среды для области 50^Re^20000 теплоотдача описывается уравнением
Формулы справедливы для Рr = 0,74-5000.
В настоящее время фирма «Альфа-Лаваль» изготовляет теплообменные пластины сетчато-поточного типа с тупым и острым углами наклона гофр к вертикальной оси симметрии. Чередование пластин с тупым и острым углами в пакете позволяет образовать межпластинные каналы сложной конфигурации, в которых возникает в высокой степени развитый турбулентный режим при небольших скоростях движения потока и, как следствие этого, достигается большая интенсификация теплообмена.
Как правило, в стерилизационных установках для нагревания продукта до температуры стерилизации используют влажный пар и очень редко горячую воду, нагнетаемую в нагреватель под давлением, величина которого обусловлена требуемой величиной температуры горячей воды.
Для определения коэффициента теплоотдачи при конденсации движущегося пара внутри вертикальных извилистых каналов применимо расчетное уравнение в форме связи между критериями подобия, если разница между температурой конденсата и температурой стенки больше 10° С:
Числовые значения коэффициента А и показателей степеней т и п для ленточно-поточных пластин типа П-2 (Р-11), приближенно для П-1 (Р-5), П-3 (Р-14) равны: Л = 237; т = 0,6; « = 0,4. Для ленточно-поточных пластин П-5 (Р-15) Л = 376; т = 0,6; л = 0,4 при Re= 150-М ООО.
В том случае, если нагревание осуществляется горячей водой, то для определения коэффициента теплоотдачи от теплоносителя к стенке a1 следует пользоваться равенством выше.
Для определения коэффициента теплоотдачи от движущегося пара при его конденсации при температурном напоре ?t>=10° С между паром и стенкой в каналах пластин ПР-0,5Е Товажнянский предлагает зависимость
Установленная между двумя поверхностями прокладка при определенном усилии обжатия благодаря своей эластичности заполняет неровности, образовавшиеся на поверхности пластин при изготовлении. Надежное заполнение этих неровностей определяется материалом прокладки и усилием обжатия.
Обеспечение герметичности узлов в рабочих условиях значительно сложнее в аппаратах для стерилизации молока, чем в аппаратах пастеризационных установок. В них прокладка работает в условиях высоких температур и большего удельного давления.
Это накладывает дополнительные требования к обеспечению герметичности аппаратов для стерилизации молока. Прокладки должны иметь повышенную термоустойчивость и не быть токсичными. Конструкция аппарата должна обладать повышенной механической прочностью с учетом увеличения усилий обжатия прокладок.
Наилучшим материалом для прокладок является резина. Такие прокладки можно применять многократно, так как резина восстанавливает свою первоначальную форму после снятия нагрузки.
Свойства прокладочного материала определяются свойствами составляющих компонентов и их относительным количеством, режимом изготовления резиновой смеси, способом и степенью вулканизации прокладок.
Для резиновых прокладок применяются различные каучуки.
Надежная работа аппарата в условиях высоких температур стерилизации может быть обеспечена применением термически стойких марок резины.
Зарубежные фирмы изготовляют прокладки из разнообразных марок резины. Например, фирма «Альфа-Лаваль» для прокладок применяет следующие каучуки: натуральный, нитрильный, полиизопреновый, бутилкаучук и др. Фирма APV в зависимости от температур нагревания применяет каучуки: бутадиенстирольный — до 135° С; парадюр (фторкаучук) —до 180° С; нордель (этиленпропиленовый каучук) — до 150° С.
Применение синтетических каучуков позволяет создавать резины, обладающие нужными свойствами.
Трубчатые. Конструкция нагревателя трубчатого типа, использованная в стерилизационных установках, представляет собой змеевик цилиндрической формы.
Змеевик устанавливают в цилиндрическую камеру, внутрь которой вводится греющий пар . Конденсат из камеры выводится с помощью конденсатоотводчика.
Основным конструктивным элементом нагревателя этого типа
является змеевик, изготовленный из нержавеющей стали,
для нагревания молока или каких-либо других жидких пищевых продуктов.
Интенсивность теплообмена характеризуется значением общего коэффициента теплопередачи.
Теплообмен между средами, происходящий через стенку, имеет свои специфические особенности, возникающие из-за сложных геометрических форм канала и поверхности теплопередающей стенки.
Как и в любом теплообменнике поверхностного типа, коэффициент теплопередачи определяется рядом термических сопротивлений, возникающих в процессе теплообмена.
По аналогии с теплообменником пластинчатого типа расчет коэффициента теплоотдачи от нагретой стенки к нагреваемой жидкости не поддается аналитическим методам. Основным уравнением для расчета этого коэффициента является уравнение связи критериев.
(*)
За определяющую температуру при вычислении критериев принимают температуру жидкости и только при вычислении Рr2 — температуру стенки.
Формула для расчета коэффициента теплоотдачи от стенки к жидкости имеет вид
Так, при турбулентном движении жидкости в прямом канале применимо уравнение связи критериев.
Особенности теплоотдачи в канале трубчатого змеевикового
теплообменника, установленные Фастовским и Равинским, обусловлены тем, что при
движении жидкости по спиралевидному каналу возникают центробежные силы,
создающие в поперечном сечении потока циркуляционные токи. В результате вторичной
циркуляции (рис. 3) жидкость у внутренней поверхности трубы непрерывно
обновляется. Увеличение скорости течения жидкости увеличивает скорость
вторичной циркуляции. Можно предположить, что условия теплоотдачи в результате
размыва пограничного слоя токами вторичной циркуляции улучшаются.
Экспериментальные исследования теплоотдачи в области значений Re’k< Rеж < Re”kпоказали
отличие критерия Nu не более чем на 7—10% от значения критерия Nu, вычисленного
по уравнению (*).
Критерий Re’kхарактеризует режим, при котором наступает вторичная
циркуляция, a Re”kопределяет начало турбулентного режима.
Критерии рассчитывают по формулам:
Рис. 3. Схема вторичной циркуляции жидкости в изогнутом канале: 1 — основное направление потока; 2 — направление вторичной циркуляции; 3 — изогнутый канал; р — радиус кривизны.
Под вертикальным положением змеевика следует понимать такую ориентацию, когда центральная ось змеевика параллельна вектору ускорения силы тяжести. При горизонтальном положении центральная ось и вектор ускорения силы тяжести взаимно перпендикулярны.
