Proiect Operatii Unitare, Sucul de Mere

Universitatea "Dunarea de Jos", Galati

Universitatea Dunarea de Jos, Gala Stiinta si Ingineria alimentelor Specializarea: Ingineria produselor alimentare

PROIECTPasteurizatoare cu placi

Sucul de mere

Student: Ceaus Victor-RaduGrupa:12023

3

Cuprins

Capitolul I: Documentare de proiectare

1. Alegerea schemei tehnologice bloc de obtinere a sucului de mere si descrierea succinta a operatiilor……………………………………..2.Schimbatoare de caldura cu placi, particularitati constructive si functionale….3.Instalatia de pasteurizare TITO-MANZINI…………………………………..

Capitolul II: Calculul de proiectare

1.Bilantul de materiale cu determinarea de material in circulatie…………………2.Bilantul termic pentru cele doua zone ale schimbatorului de caldura si pentru rezervorul de preparare a apei calde cu determinarea debitelor de agenti termici….3.Calculul termic…………………………………………………………………… 3.1Calculul coeficientilor totali de transfer termic pe cele doua zone………….. 3.2 Determinarea ariei suprafetei de transfer termic pe zone si a numarului de placi……………………………………………………………… 3.3 Calculul de dimensionare a schimbatorului de caldura cu placi si a serpentinei de mentinere……………………………………. 3.4 Determinarea pierderilor de presiune………………………………………..

Capitolul III: Parte desenata 1.Schema tehnologica bloc……………………………………………………….. 2.Schema instalatiei de pasteurizare cu evidentierea circulatiei fluidelor………… 3. Diagrama Sankey pentru circulatia fluxurilor termice pentru zona de recuperare………………………………………………….

4

Tema de proiectare

Sa se proiecteze instalatia de pasteurizare tip TITO-MANZINI pentru sucul de mere cunoscand urmatoarele elemente:

Componentii instalatiei: schimbator de caldura cu placi, cu 2 zone, serpentina de mentinere, rezervor pentru separarea apei fierbinti;

Cantitatea initiala de mere M=2018 kg/h

Temperatura initiala a sucului de mere t1=49.5 ̊ C

Temperatura initiala a apei calde ta1=122.7 ̊ C

Presiunea aburului saturat folosit ca agent termic pentru incalzirea apei P=90002.5 Pa

5

Schimbatoare de caldură cu plăci-particularităţi constructive şi funcţionale

Aceste aparate sunt realizate prin imbinarea de placi care realizeaza intre ele spatii princare circula agentii care schimba caldura. Acesti agenti ocupa alternativ spatiile dintre placile schimbatorului de caldura, astfel incat sa nu se amestece intre ei. In consecinta, spatiile dintre placi trebuie sa fie etansate fata de exterior si fata de spatiile in care se gasesc alti agenti. De asemenea sistemul de etansare trebuie sa permita trecerea agentilor dintr-un spatiu in altul, uneori prin traversarea spatiilor destinate altor agenti. Aceste schimbatoare trebuie sa aiba cel putin doua placi, ca in cazul unor tipuri devaporizatoare.Exista patru variante tehnologice de realizare a schimbatoarelor de caldura cu placi:•Cu placi si garnituri demontabile•Cu placi sudate•Cu placi brazate•Cu placi avand circuite imprimate

Schimbatoarele de caldura cu placi sunt utilizate la scara larga in industria produselor vegetale: pentru tratarea termica a vinurilor, pentru pasteurizarea berii si a sucurilor defructe. Acestea prezinta anumite caracteristici:•Coeficientul total de transfer de caldura ridicat;•Realizeaza economic un grad inalt de recuperare a caldurii 60-70% ceea ce duce si la micsorarea diferentei de temperatura intre cele doua fluide care trec prin aparat;•Constructie compacta pentru suprafete mari de schimb de caldura;•Satisface cele mai exigente conditii de igiena, curatirea este simpla;•Automatizarea nu este mai complicata decat la alte tipuri de schimbatoare de caldura;•Cheltuielile cu investitiile nu sunt mai mari decat la schimbatoarele multitubulare de aceeasi marime, dar schimbul se realizeaza in conditii bune, iar constructia si exploatarea sunt mai simple.

Particularitati constructive si functionale

Schimbatorul de caldura este alcatuit dintr-un numar de placi metalice, montate in serie, asezate pe un cadru metalic si stranse cu un dispozitiv de strangere.

Componente:•Placa de lucru•Bara•Suport•Placa de strangere•Surub•Garnitura de cauciuc•Picior sprijin•Orificiu de trecere superior •Placa de sfarsit de zona

6

•Orificiu de trecere inferior •Record

Acestea se pot clasifica dupa mai multe criterii:Dupa profilul placilor:•Placi cu canale in forma de spirala sau zig-zag•Placi cu flux unic•Placi plane cu elemente pentru creearea turbulentei

Alte criterii:

a. Functionalitate :•Placi curente de lucru•Placi intermediare•Placi de depozitare•Placi finaleb.dispunerea garniturilor de etansare:

•placi cu etansare unilaterala•placi cu etansare bilaterala

b. pozitia relative a garniturilor de etansare:•de stanga•de dreapta

d. intrarea, iesirea si directia curentului•cu directie diagonala a curentului•cu directie rectilinie a curentului

Placile cu canale sunt primele tipuri de placi construite si aplicate industrial. Canalele erau formate prin frezare, iar intre doua placi se intercaleaza cate o placa neteda; garniturile de cauciuc sunt bilaterale.

Placa de tip ASTRA are pe suprafata ei stantate santuri longitudinale care formeaza canale inguste cate trei in trei scurgeri. Placile au imprimate santuri pe ambele fete, iar intre placi se intercaleaza cate o placa neteda. Fluidul care ajunge in spatial dintre placi se distribuie pe o scurgere in trei canale inguste si paralele, se deplaseaza de-a lungul placii dupa care se intoarce la 180°si intra in a doua scurgere, apoi in a treia, care este in legatura cu orificiul de evacuare.

Placa de tip FENIR este alcatuita din doua jumatati stantate din otel inoxidabil unite prin sudura. Sunt placi cu etansietate bilaterala. Aceasta prezinta coeficienti de transfer termic redusi.

Placa Alfa-Laval se construieste din otel inoxidabil si are pe suprafata placii proieminente triunghiulare obtinute prin stantare.

7

Placile de tip zig-zag-flow au pe suprafata stantate proeminente line, cu inclinare de la dreapta spre stanga pe jumatatea superioara si de la stanga spre dreapta pe jumatatea inferioara. La montare, placa imediat urmatoare se aseaza intoarsa la 180º, ceea ce face ca actiunea de turbulenta sa fie puternica si determina coeficienti de transfer termic mari. Aceasta placa face parte din categoria placilor cu retea. Daca in constructiile de placi descrise anterior, elementele de turbulenta fac parte din suprafata de transfer termic, la placile cu elemente intercalate, functiile de transfer de caldura si de turbulenta sunt realizate de elemente separate.

Placile de tip Multi-Pass au intre placile plane intercalate elemente care datorita efectului de turbulenta creat, maresc intensitatea transferului termic, indeplinind in acelasi timp si rolul de garnitura. Forma placilor si a elementelor intercalate este redata in figura de mai jos.

Placile plane se construiesc din otel inoxidabil, iar elementele de turbulenta pot fi din materiale plastice sau metalice. Aceste placi prezinta avantaje in exploatare, deoarece suprafetele de schimb termic pe care pot sa apara arsuri se pot curata usor, iar elementele de turbulenta in functionare avand in general o temperatura egala cu temperatura medie a lichidului. Aceste placi prezinta dezavantaj consumului suplimentar de material necesar pentru constructia elementelor de turbulenta.

8

Schimbatoarele cu placi si garnituri demontabile

Placile intre care se introduc garniturile, se monteaza impreuna intre o placa de baza si una mobila. Placile pot sa fie demontate in vederea curatarii. Fixarea placilor se realizeaza cu ajutorul unor tiranti. Din punct de vedere hidraulic se pot realiza curgeri in contracurent sau in echicurent. Materialele din care se realizeaza placile depind de natura agentilor de lucru, iar cele mai utilizate sunt:- oteluri inoxidabile;- aliaje de aluminiu;- aliaje de titan;- aliaje cupru-nichel.Grosimea placilor poate sa varieze intre 0,6…1,1 mm, sau chiar mai mult. Pentru garnituri se pot utiliza de asemenea mai multe materiale in functie de temperaturile de lucru:- nitril (t max= 110 C);- butil (t max= 135 C);- etilen-propilen (tmax= 155 C);- Viton (tmax= 190 C);Domeniul temperaturilor de lucru pentru aceste aparate poate sa varieze intre –50…+190 C.

Presiunile nominale maxime de lucru pot sa ajunga pana la 16…20 bar, iar diferenta maxima dintre presiunile circuitelor poate sa ajunga pana la 9…12 bar si in mod exceptional la 20 bar.

Schimbatoarele cu placi sudate au placile asamblate nedemontabil prin sudare. Din aceasta categorie fac parte:- placile dulapurilor de congelare, realizate din profile de aluminiu sudate, pentru a forma platanele pe care se pastreaza produse si canalele de curgere pentru agentul frigorific care vaporizeaza;- schimbatoarele de caldura realizate din placi ambutisate si sudate pentru a se asigura rezistenta mecanica si curgerea agentilor, de regula in contracurent. Presiunile nominale maxime pot sa

9

ajunga pana la 30…40 bar, iar domeniul de temperaturi intre care pot sa lucreze este de –200…+200 °C.

Schimbatoarele cu placi brazate sunt realizate cu placi din otel inoxidabil asamblate prin brazare (lipire) cu ajutorul unui aliaj pe baza de cupru, in cuptoare sub vid. Se pot utiliza ca vaporizatoare sau ca schimbatoare interne de caldura, dar numai pentru agenti curati,deoarece nu se pot curata decat prin spalare chimica. Compactitatea acestor aparate este foarte mare.

Schimbatoarele de caldura cu placi avand circuite imprimate sunt realizate din placi metalice plane, avand gravate pe suprafata circuite fine (cca. 1 mm), prin metode chimice. Placile sunt asamblate in blocuri prin incalzire si presare, procedeu denumit si sudare sub presiune. Canalele sunt legate la doua perechi de colectoare, pentru a forma doua circuite separate. Din aceste placi se pot realiza condensatoare si vaporizatoare foarte compacte.

Bilant de materiale

1)BM pentru operatia de spalare si sortare

{ M=M 1+ P1

P1=3

100∗M

=¿ { P1=0.016 kg /sM 1=0.543kg/ s

2)BM pentru operatia de eliminare a partilor necomestibile

{ M=M 2+P2

P2=2

100∗M 1

=¿ { P2=0.01 kg /sM 2=0.532 kg /s

3)BM pt operatia de preincalzire

{Sb=M2−Cs−Sm

Sb=Sp+P3

Cs+Sm= 15100

∗M 2

P3=0.5100

∗Sb

=¿ {Sb=0.452 kg/ sSp=0.45kg/ s

Cs+Sm=0.0799kgs

P3=0.002 kg /s

4)BM pe operatia de centrifugare

{ Sp=Sc+P4

P4=15

100∗Sp

=¿{Sc=0.383 kg /sP4=0.067 kg /s

10

5)BM pt operatia de pasteurizare

{ Sc=Sm+P5

P5=2

100∗Sc

=¿ { Sm=0.375kg /sP5=0.0076 kg/ s

Bilantul de materiale sub forma tabelata

Nr. crt

Denumire operatie

Denumire materie initiala

Valoare UM Denumire materie iesita

Valoare UM

1. Spalare si sortare

Mere(M) 0.56055 kg/s Mere sortate spalate(M1)

0.543739 kg/s

Pierdere(P1) 0.0168 kg/s

TOTAL 0.56055 kg/s 0.56055 kg/s2. Eliminare a

partilor necomestibile

Mere sortate spalate(M1)

0.5437 kg/s Mere ramase dupa eliminarea partilor necomestibile(M2)

0.5328 kg/s

Pierdere(P2) 0.0108 kg/s

TOTAL 0.5437 kg/s 0.5437 kg/s3. Preincalzire Mere ramase dupa

eliminarea partilor necomestibile(M2)

0.5328 kg/s Suc preincalzit (Sp)

0.4506 kg/s

Coji+Seminte(Cs+Sm)

0.07993 kg/s

Pierderi(P3) 0.0022 kg/sTOTAL 0.5328 kg/s 0.5328 kg/s

4. Centrifugare Suc preincalzit (Sp)

0.4506 kg/s Suc limpede (Sc) 0.3830 kg/sPierdere(P4) 0.007 kg/s

TOTAL 0.4506 kg/s 0.4506 kg/s5. Pasteurizare Suc limpede (Sc) 0.3830 kg/s Suc

pasteurizat(Sm)0.3754 kg/s

Pierdere(P5) 0.007661 kg/sTOTAL 0.3830 kg/s 0.3830 kg/s

11

Bilantul termic pt zona 1 (zona de recuperare)

Sc∗t 1∗c1+Sc∗t 3∗c3=Sc∗t 4∗c4+Sc∗t 2∗c2=¿

t 1∗c1+t3∗c3=t 4∗c4+t 2∗c2=¿ t 4=t 1∗c1+t 3∗c3−t 2∗c2

c4

=68.32 �̊ C

c1=f (t1 )=3601 J /Kg∗K

c2=c3=c4=f (t2 )=3643 J / Kg∗K

ε=t2−t 1

t3−t 1

=0.6=¿ t2=78.6 �̊ C

Bilantul termic pt zona 2 (zona de pasteurizare)

Sc∗2=W a 1=0.766 kg /s

Sc∗t 2∗c2+W a 1∗t a 1∗ca1=W a 1∗t a 2∗ca2+Sc∗t 3∗c3=¿t a 2=114.383 �̊ C

ca1=ca 2=f (t a1 )=4249 J /Kg∗K

Calculul termic pt zona 1 a) pt sucul pasteurizat

t=t3+t 4

2+273.15=356.31 ̊� C

η=0.00048 Pa∗su=79 %

[Iliescu]=>

ρ=1593−0.56∗t−4.2∗u=1061.66 kg /m3

Cp=461+3∗t+34.4∗u−0.02∗t∗u=3684.56 J / Kg∗Kλ=−0.17+0.0011∗t+0.0043∗u=0.561W /m∗K

Calculul fluxului termic

Φ=Sc∗c3∗(t 3−t 2 )=41406.08 W

Calcului numarului de canale

12

m= Scρ∗w∗A

=1.18=1

Recalcularea vitezei de curgere

w r=Sc

ρ∗m∗A=0.237 m2

Calculul criteriului Reynolds

ℜ=wr∗ρ∗de

η=4200.32

Calcului criteriului Prandl

Pr=Cp∗ηλ

=3.148

Calcului criteriului NusseltNu=c∗ℜm∗Prn∗ε=66.309

Calculul coeficientului partial de transfer termic

α 1=Nu∗λ

de

=4655.31W /m2∗K

Caracteristici termice al placii Alfa LavalLungime=1170 mmLatime=420 mmGrosime=1.3 mmAria sectiunii de curgere=0.31 m2

Distanta dintre placi=4 mmAria suprafetei de transfer termic=152*10-5 m2

dechiv=8 mm

b) pt sucul de mere initial

t=t1+t 2

2+273.15=337.2 �̊ C

η=0.00068 Pa∗su=79 %

[Iliescu]=>

ρ=1593−0.56∗t−4.2∗u=1072.36 kg /m3

Cp=461+3∗t+34.4∗u−0.02∗t∗u=3657.42 J / Kg∗Kλ=−0.17+0.0011∗t+0.0043∗u=0.54 W /m∗K


13

m= Scρ∗w∗A

=1.17=1


w r=Sc

ρ∗m∗A=0.235 m2


ℜ=wr∗ρ∗de

η=2964.933


Pr=Cp∗ηλ

=4.6



α 2=Nu∗λ

de

=4090.185 W /m2∗K

Calculul coeficientului total de transfer termic

k= 11α 1

+δλ+

1α 2

=1874.12W /m2∗K

Calculul termic pt zona 2a)suc pasteurizat

t=t3+t 2

2+273.15=361.45

η=0.00045 Pa∗su=79 %

[Iliescu]=>

ρ=1593−0.56∗t−4.2∗u=1058.78 Kg /m3

Cp=461+3∗t+34.4∗u−0.02∗t∗u=3691.85 J / Kg∗Kλ=−0.17+0.0011∗t+0.0043∗u=0.567 W /m∗K


m= Scρ∗w∗A

=1.19=1


w r=Sc

ρ∗m∗A=0.238 m2


14

ℜ=wr∗ρ∗de

η=4480.343


Pr=Cp∗ηλ

=2.92



α 1=Nu∗λ

de

=4777.54 W /m2∗K

b)Apa

t=ta 1+t a 2

2+273.15=391.69 C

η=0.00028 Pa∗su=79 %

[Iliescu]=>

ρ=1593−0.56∗t−4.2∗u=953.65 Kg /m3

Cp=461+3∗t+34.4∗u−0.02∗t∗u=4292.69 J /Kg∗Kλ=−0.17+0.0011∗t+0.0043∗u=0.69 W /m∗K

Calculul fluxului termic

Φ=W a 1∗ca1∗(t a 1−t a2 )=27073.12 W


m= 2∗Scρ∗w∗A

=0.88=1


w r=2∗Sc

ρ∗m∗A=0.528 m2


ℜ=wr∗ρ∗de

η=14401.1


Pr=Cp∗ηλ

=1.739



15

α 2=Nu∗λ

de

=17076.01 W /m2∗K

Calculul coeficientului total de transfer termic

k= 11α 1

+δλ+

1α 2

=2922.609 W /m2∗K

Nr. crt Denumire operatii

Fluxuri termice intrate

Valoare UM Fluxuri termice iesite

Valoare UM

1. Op. de recuperare

Φ1 315271.4 W Φ2 41386.2 W

2. Op. de pasteurizare

Φ3 686605 W Φ4 27141 W

Calculul ariei de transfer termic

Φ=k∗A∗Δtmed

Zona 1

Δt M=19.4 �̊ C

Δtm=18.8 �̊ C

Δtmed=ΔtM+Δ tm

2=19.11 �̊ C

A= Φk∗Δtmed

=1.155 m2

Zona 2

Δt M=35.783 �̊ C

16

Δtm=24.7 �̊ C

Δtmed=ΔtM+Δ tm

2=30.24 �̊ C

A= Φk∗Δtmed

=0.306 m2

Calculul numarului de placi

Zona I

n1=A I

A0

=3.72=4

Zona II

n2=A II

A0

=0.988=1

Calcul numar de pachete

Zona I

z1=n1

2∗m1

=2

z2=n1

2∗m2

=2

Zona II

z1=n2

2∗m1

=0.5=1

z2=n2

2∗m2

=0.5=1

Stabilirea formei de aranjare

17

f 1=z1∗n1

z2∗n2

=4

f 2=z1∗n1

z2∗n2

=4

Calculul de dimensionare

1.Dimensionarea zonelor pasteurizatorului

L zI=n I∗δ +(n−1 )δ c=0.0172 m

L zII=n II∗δ+(n−1 ) δc=0.0013 m

2.Dimensionarea lungimii pasteurizatorului

Lt=LzI +LzII+2∗Lc+ Li=0.3105 m

3.Determinarea pierderilor de presiune

Δ P=z∗Eu∗ρ∗wr2 , Pa

zona 1.

1.Δ P=4588.34 Pa

2. Δ P=5520.893 Pa

zona 2.

1. Δ P=2218.749 Pa

2. Δ P=5124.12 Pa

18

Schita pasteurizator

19

Diagrama Sankey pentru zona de recuperare

20

Proiect Operatii Unitare, Sucul de Mere

Documents

Transcript of Proiect Operatii Unitare, Sucul de Mere