Operații Unitare în Industria Alimentară

1.Introducere

Prin prezentul proiect (n=11) s-a urmărit dimensionarea unui schimbător de căldură tubular. Schimbătorul este folosit pentru încălzirea nectarului de piersici iar agentul de răcire folosit este apa.

Instalaţia este descrisă de urmatoarele date:

-debitul de suc: Gsuc=1,5+0,1∙n=1,5+0,1∙13=2,8 kg/s (rel.1)

-temperatura de intrare a nectarului: 25˚C

-temperatura de ieşire a nectarului: 55˚C

-temperatura de intrare a apei: 85˚C

-temperatura de ieşire a apei: 50˚C

În urma dimensionării, s-a obţinut un schimbător cu următoarele date:

-arie: 22 m2

-număr de ţevi: 52

-lungime ţeavă: 6000 mm

-diametru interior ţeavă: 21 mm

-diametru exterior ţeavă: 25 mm

-diametru interior manta: 300 mm

-diametru exterior manta: 308 mm

-dimensiune racorduri suc: 42x2,5 mm

-dimensiune racorduri apă: 28x2,5 mm

2.Schimbătoarele de căldură

2.1.Date generale

Schimbătoarele de căldură sunt aparate termice în care are loc transferul de căldură de la un fluid la altul, în procese de încălzire, răcire, fierbere, condensare sau în alte procese termice în care sunt prezente două sau mai multe fluide cu potenţiale termice diferite. Fluidul care cedează căldură (fluidul “cald”) se numeşte agent termic primar, iar cel care primeşte căldură (fluidul “rece”) se numeşte agent termic secundar.

Dimensionarea sau verificarea schimbătoarelor de căldură necesită un calcul termic, un calcul hidraulic şi un calcul mecanic (de rezistenţă).

Calculul termic de dimensionare presupune cunoaşterea parametrilor agenţilor termici precum şi sarcina termică a schimbătorului. În acest caz se alege forma constructivă a aparatului şi se determină suprafaţa de schimb de căldură.

Calculul termic de verificare presupune cunoaşterea suprafeţei de schimb de căldură a aparatului şi parte din parametrii agenţilor termici. Prin calculul termic de verificare se stabilesc posibilităţile termice ale aparatului în diferite condiţii de funcţionare.

Calculul hidraulic al unui schimbător necesită determinarea pierderilor de sarcină (căderile de presiune) pentru cei doi agenţi termici ce circulă prin aparat.

Calculul mecanic stabileşte dimensiunile elementelor metalice, astfel încât eforturile unitare produse de presiune şi de variaţia de temperatură să nu le depăşească pe cele admisibile.

Condiţiile de funcţionare cele mai importante ce caracterizează regimul de lucru al schimbătoarelor de căldură sunt:

-temperaturile si presiunile agenţilor la intrarea şi ieşirea din schimbător (în cazul răcirii aerului este importanta si umiditatea acestuia);

-diferenţa minimă de temperaturi între cei doi agenţi.

Sarcinile termice ale schimbătoarelor de căldură, care reprezintă mărimile fundamentale pentru proiectarea acestor aparate sunt date de caracteristicile geometrice ale schimbătoarelor de căldură, adică de:

-modul de dispunere a ţevilor

-pasul dintre ţevi;

-dimensiunile ţevilor (diametru exterior şi interior, sau diametrul exterior şi grosimea);

-numărul de rânduri de ţevi (ţevi pe orizontală) şi numărul de secţii (ţevi pe verticală).

Caracteristicile funcţionale, sunt cele care definesc performantele termice şi fluidodinamice ale schimbătoarelor de căldură. Între acestea cele mai importante sunt:

-coeficientul global de transfer termic

-pierderile de presiune pe circuitele celor doi agenţi

-modul de automatizare a funcţionării (prin controlul presiunii agentului frigorific, al givrajului, sau al compoziţiei apei, etc.).

Operaţiile de întreţinere necesare reprezintă o altă caracteristică importantă, iar câteva exemple sunt:

-purjarea (gazelor necondensabile, uleiului, etc.);

-curăţarea, degivrarea, desprăfuirea, detartrarea;

-tratamente auxiliare (dedurizarea apei, filtrarea, etc.).

2.2. Clasificarea schimbătoarelor de căldură

Pentru clasificarea schimbătoarelor de căldura se pot avea în vedere mai multe criterii:

1) Clasificarea în funcţie de modul de realizare al transferului de căldură.

Din acest punct de vedere schimbătoarele de căldură se împart în doua mari grupe:aparate cu contact indirect şi aparate cu contact direct.