PROIECT OPERATII UNITARE IN INDUSTRIA ALIMENTARA

UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI

PROIECT OPERATII UNITARE IN INDUSTRIA ALIMENTARAOPREA IOANA DANIEA

1122 IPAProfesor coordinator: Diaconescu Daniel

Introducere:Schimbatoare de caldura multitubulareAceste aparate sunt construite in principiu dintr-un fascicul de tevi, montate in doua placi tubulare si inchise intr-o manta prevazuta cu capace, asa cum se observa in figura.

In general tevile sunt laminate si destinate special constructiei schimbatoarelor de caldura. Cele mai utilizate materiale sunt:- oteluri pentru temperaturi medii sau joase;- cupru;- aliaje cupru-nichel in diferite compozitii (de exemplu 70/30%, sau 90/10%);- aliaje cupru-aluminiu in diferite compozitii (de exemplu 93/7%, sau 91/9%);- diferite tipuri de aliaje cu zinc intre 22 si 40%;- oteluri inoxidabile.Exista o mare varietate de diametre pentru care sunt produse aceste tevi, dar in general, pentru schimbatoarele de caldura se prefera tevi cu diametre cat mai mici, care asigura un transfer termic mai intens si constructii mai compacte, dar se vor avea in vedere si aspectele legate de pierderile de presiune si de colmatare.Utilizarea intensa in ultimii ani a freonilor, caracterizati prin coeficienti de transfer termic mai redusi, a dus intre altele si la producerea de schimbatoare multitubulare, dar nu numai, in care se utilizeaza tevi speciale pentru imbunatatirea conditiilor de transfer termic.

Cerinta:Sa se dimensioneze un schimbator de caldura tubular pentru incalzirea nectarului de piersici. Se cunosc:-debitul de nectar : GSUC= 2+0,1 n kg/s-temperatura initiala a sucului: tintrare= 25 C-temperatura de iesire a sucului: tiesire=55CSe va folosi drept agent termic apa calda cu temperatura de intrare de 85 ce se raceste pana la 50. CONSTANTE FIZICE APA:-apa(t)=(1,746-0,046 t+5,666*10-4t2-2.521*10-6t3)*10-3 kg/m*s-apa (t)=1001-0.107t-3.097*10-3 t2 kg/m3 -capa (t)=4225-0.0998t+0.01t2 J/kg*grd-apa(t)=0.554+2.358*10-3 t-1.04*10-5 t2 W/m*grd CONSTANTE FIZICE NECTAR DE PIERSICI in functie de temperatura si umiditate: u=0.55-suc(t)=1766-6.8*u-0.97*t+0.006*u*t kg/-suc(t)=(3.68-0.103*t+9.286* 10-4t2)*10-3 kg/m*s-csuc(t)=1386+21.6*u+2*t J/kg*grd.-suc(t)= *(1724-0.6t +6.3u W/m*grd.

Algoritmul de calcul:I.Se calculeaza bilantul termic al schimbatorului de caldura:Unde: Q= cantitatea de caldura transmisa in unitate de timpN=10Gsuc=2+0.110=3 kg/sBilant suc

Q=Gsuccsuc(tsuc intrare-tsuc iesire)=Acapa(tapa intrare-tapa iesire)Q=31477.88(55-25)=A4263.83(85-50)Q=133009.2 AA=Gapa=0,89128 kg/s Capa=4225-0,0998t+0,01t2=4295-0,099867,5+0,0167,52=4263,826 j/kg*grd

Tsuc=Tapa=

Tsuc=Tapa=Constante fizice pentru suc in functie de temperatura si umiditate(u=0,55)Csuc=1386+21,6u +2t =1477.88 j/kgsuc=1766-6,8u-0,97 t+0,06u t=1766-6,80,55-0,9740+0,060,5540=1723.328 kg/m3suc===0,142 w/msuc=(3,68-0,103 t+9,28610-4 t2)10-3=1.046*10-3 kg/ms ll.Calcul preliminar al fortei motrice:Se utilizeaza ecuatia sub forma:tm=tm== 27.4C

III.Dimensionarea propriu-zisa:Q=KAtm=>A=

Stabilirea geometriei schimbatorului de caldura Algoritmul de determinare a geometriei schimbatorului de caldura:1. Se propune k [300-400] W/m2K1. Se calculeaza aria dupa relatia 1. Se cauta in STAS astfel incat 1. - geometria schimbatorului de caldura

Geometria schimbatorul de caldura:1. Numarul de tevi (n)1. Diametrul mantalei (Dn)1. Diametrul tevii (di)1. Grosimea tevii ()1. Lungimea tevii (L)1. Numarul de treceri.Verificare k propus:1. Se calculeaza 1, 21. Se calculeaza si se compara cu 1. Se calculeaza Se propune un coeficient total de transfer termic K=300

ASTAS=15Se alege un schimbator de caldura cu 4 treceri si fara sicane, unde:

L= 4000 mm= 4 m lungimea teviiDn= 300 mm= 0,3 m diametrul interior al mantalei= 2 mm= 0,002 m grosimea teviidi=21 mm= 0,021 m diametrul interior al teviin=52 nr.tevide= di+2= 0,021+ 0,0022= 0,025 m diametrul exterior teavaN=4 nr.de treceriCalculul vitezei de curgere a sucului prin tevi:W===0.39m/sCalculul criteriului Reynolds; determinarea regimului de curgereRe===13490.79=>regim stationarw-viteza medie a fluidului(m/s)d-diametrul interior al tevii(m)-viscozitatea dinamica a fluidului-densitate sucului(kg/m3)Calculul criteriului PrandtlPr== (1477.88*1.046*0.001)/0.142=10.886Pentrucurgerea in regim turbulent printevi, se utilizeaza criteriul Nusselt:Nu=0,023Re0,8Pr0,4Nu=0,02313490.790,810.8860,4=120.36Nu==>1== 813.87

apa=1001-0.107*67.5-3.097*0.001* kg/m3Gv== m3/smin=(0,32-52*0,0212)/4=0,053m2

wapa==0.00091/0,053=0.02m/sReapa==0.2*0.021*979.667/0.44810-3=918.44Dechiv=0,32-520,0212/0,3+52*0,21=0,048mC=1,16dechiv0,6=1.160.0480,6=0,1876Prapa==2.87Nuapa=cReapa0,6Pr0,33=0.1876*918.440,62,870,33=19.7Nuapa==>2=Nuapaapa/d=624.8 w/m2Gv-debitul volumetric al lichidului(m3/s)w-viteza medie a fluidului(m/s)- conductivitate termica(w/m)-viscozitatea dinamica a fluidului la temperature medie.

Calculul coeficientului total de transfer termic

=210-3/46,5+0,00035+0,002=0.000503Anecesara===14.8m2=unde F este factorul de corectie si se determina cu ajutorul constantelor P si R:P =R=(

Calculul caderilor de presiune in schimbatorul de calduraa)cadearea de presiune prin interiorul tevii=(0.142*4/21*0.001+11.2)* PaUnde: N- nr. de treceri=4 l=1i=2.5*3+6*0.36+4*0.34=11.23 intoarceri, 6 ingustari, 4 largiri

=0,038

Aam ales asezarea tevilor in patrat.De=[4*(Unde:t-pas de asezare a tevilor in patrat t=32mmd-diametru esterior teava d=21

W lichid 1-5 m/sCalcularea coeficientul de frecare :Re==0.325

Cuprins:1)Schimbatoare de caldura multitubulare.pag12)Cerinta problemei.pag23)Algoritmul de calcul.pag24)Predimensionarea schimbatorului de caldurapag4,55)Forta motoarepag56)Stabilirea geometriei schimbatorului de caldurapag 67)Algoritmul de determinare a geometriei schimbatorului de caldurapag78)Calculul vitezeipag 79)Criteriile Reynolds,Prandtl,Nusseltpag 7 10)Calculul coeficientului total de transfer termicpag811)Calculul caderilor de presiune in schimbatorul de caldurapag8,9

Bibliografie:Operatii si utilaje in industria chimicaProbleme pentru subingineriAutorii:Gheorghita Jinescu Octavian Floarea

7