Расчет теплообменника

Количество охлажденного продукта (молока), кг/ч: 1800;
Начальная температура продукта t1’, °C: 20;
Конечная температура продукта t1’’, °C: 2;
Начальная температура рассола t2’, °C: -9.8;
Количество соли в растворе, %: 16.
3.2 Определение расхода охлаждающей жидкости
Примем противоточную схему движения теплоносителей.
Задаемся значением конечной температуры рассола: t2’’ = -0,8 °C.
Определяем средние температуры продукта и рассола:
(1)
(2)
Выпишем из ADDIN CSL_CITATION {"citationItems":[{"id":"ITEM-1","itemData":{"author":[{"dropping-particle":"","family":"Белова","given":"М.В","non-dropping-particle":"","parse-names":false,"suffix":""},{"dropping-particle":"","family":"Скрябина","given":"Л.Ю.","non-dropping-particle":"","parse-names":false,"suffix":""}],"id":"ITEM-1","issued":{"date-parts":[["2016"]]},"number-of-pages":"20","publisher-place":"Саратов","title":"Процессы и аппараты биотехнологических производств","type":"book"},"uris":["http://www.mendeley.com/documents/?uuid=68e878c1-72a1-4e2d-a48c-794accc48cfc"]}],"mendeley":{"formattedCitation":"[1]","plainTextFormattedCitation":"[1]","previouslyFormattedCitation":"[1]"},"properties":{"noteIndex":0},"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"}[1] теплофизические свойства продукта (молока) и рассола. Недостающие данные получим при помощи интерполяции.
Теплофизические свойства продукта:

Теплофизические свойства рассола:
Теплофизические свойства теплоносителей вместе с исходными данными (до интерполяции) приведем в таблице 1. Интерполяционные данные выделены жирным шрифтом
Таблица 1 – Теплофизические свойства теплоносителей
Температура t, °С Плотность ρ,
кг/м3 Удельная
теплоемкость с,
кДж/(кг·К) Коэффициент
теплопроводности λ, Вт/(м·К)
Коэффициент
динамической вязкости, µ104, Па·с
Кинематическая вязкость, 106, м2/с
Продукт
10 1032 3,853 0,531 24,70 2,393
11 1032 3,853 0,532 23,96 2,322
15 1031 3,854 0,537 21,00 2,039
Рассол
-5 1120 3,508 0,544 28,34 2,58
-5,3 1120 3,508 0,543 28,73 2,616
-10 1120 3,504 0,535 34,91 3,18
Расход рассола получим из уравнения теплового баланса:
(3)

3.3 Определение средней разности температур
Для определения средней разности температур необходимо вычислить большую ∆tб и меньшую ∆tм разности температур:
(4)
(5)

где ∆tб и ∆tм - большая и меньшая разности температур между горячим и холодным теплоносителями на концах теплообменника.
Рис. 3 – Диаграмма теплоносителей
Средняя разность температур в общем случае определяется по формуле:
(6)
3.4 Определение диаметров труб теплообменника
Примем, что продукт движется по трубному пространству, а рассол по межтрубному пространству.
Примем скорость движения теплоносителя в трубном пространстве , в межтрубном .
Из уравнения расхода для жидкости, перемещающейся в трубном пространстве, определим внутренний диаметр трубы:
(7)
Принимаем по ГОСТ 9930-78 для трубного пространства трубу 25х3.
Из уравнения расхода жидкости, перемещаемой в кольцевом сечении, определим внутренний диаметр большой трубы.
(8)
Принимаем по ГОСТ 9930-78 для межтрубного пространства трубу 57х4.
3.5 Определение коэффициента теплопередачи
Коэффициент теплопередачи определяется с учетом термического сопротивления загрязнения со стороны охлаждающей жидкости:
(9)
где , - соответственно коэффициенты теплоотдачи от греющего теплоносителя к стенке трубы и от стенки к нагреваемой жидкости, Вт/(м2·К);
Rст – термическое сопротивление стенки трубы м2/(Вт·К);
(10)
где - толщина металлической стенки трубы и загрязнения, м,
- коэффициент теплопроводности стенки трубы, Вт/(м·К).
Величину термического сопротивления загрязнения примем равной 0,0002 (м2·К)/Вт.

3.5.1 Определение коэффициентов теплоотдачи
Величина коэффициентов теплоотдачи зависит от гидродинамических факторов, их физических параметров, геометрических размеров поверхности теплообмена и представляет собой сложную функциональную зависимость, реализуемую с помощью теории подобия из критериального уравнения Нуссельта, характеризующего интенсивность теплообмена в Вт/(м2К).
(11)
откуда

Так как критерий Нуссельта в случае вынужденного течения теплоносителей является функцией критериев Рейнольдса и Прандтля, то необходимо определить эти критерии для обоих теплоносителей.
Для продукта:
(12)

Для рассола:
Определим эквивалентный диаметр трубы



Определяем критерий Нуссельта

. Режим течения первого теплоносителя – турбулентный (Re 104), критерий найдем по следующей формуле:
(13)

Режим течения второго теплоносителя – переходный. Критерий Нуссельта определим по следующей формулеADDIN CSL_CITATION {"citationItems":[{"id":"ITEM-1","itemData":{"abstract":"Данная книга является вторым, заново переработанным изданием монографии Эккерта «Введение в теорию тепло- и массообмена». В ней систематически рассматриваются основные вопросы теории теплопроводности, конвективного и лучистого теплообмена, а также вопросы массообмена в процессах пористого охлаждения и испарения