1

1.2. Clasificarea schimbtoarelor de cldur

Schimbtoarele de cldursunt utilaje n care se realizeaz diferite procese tehnologice, legate de prelucrarea termic a produselor. In schimbtoarele de cldur se realizeaz nclzirea si rcirea produselor, meninerea temperaturii constante a produsului la un anumit nivel, concentrarea soluiilor, cristalizarea substanelor dizolvate, rsfierberea, rectificarea, uscarea .a.

Schimbtoarele de cldur pot fi clasificate dup urmtorii indici substaniali. Conform metodei de transmitere a cldurii deosebesc utilaje cu transfer de cldur direct, n care mediile de lucru nemijlocit sunt n contact direct ori se amestec i utilaje cu transfer de cldur indirect recuperatoare, n care cldura se transmite prin suprafaa de cldur perete dur (metalic), ce desparte agentul termic de produs.

Conform destinaiei deosebesc nclzitoare , evaporatoare, rcitoare, condensatoare, sterilizatoare, usctoare. n dependen de genul mediilor de lucru deosebesc aparate cu transmiterea cldurii: de la lichid la lichid (schimb de cldur dintre dou lichide);

de la abur la lichid (schimb de cldur dintre abur i lichid) nclzitoare acionate cu abur, condensatoare etc; de la gaz la lichid (schimb de cldur dintre gaze si lichid) rcitoare pentru aer etc.

dup principiul de funcionare schimbtoarele de cldur se mpart n aparate cu funcionare continu i discontinu.

In schimbtoarele de cldur cu funcionare periodic, prelucrrii termice este supus o porie anumit de produs (ncrcarea aparatului); n rezultatul modificrii proprietilor produsului prelucrat i cantitii acestuia, parametrii procesului tehnologic se schimb nentrerupt n timp, adic procesul decurge ntr-un regim instabil. In cazul procesului termic continuu parametrii lui de asemenea se schimb de-a lungul aparatului rmnnd constani n timp n seciunea dat a curentului.

Procesul continuu ce decurge n schimbtorul de cldur se caracterizeaz printr-un regim termic stabil i consum constant al agenilor termici.

Pentru prelucrarea termic a materiei prime i semifabricatelor n industria alimentar se folosesc schimbtoare de cldur de diferite construcii.

1.2.1. Schimbtoare de cldur cu funcionare discontinu

Cele mai simple schimbtoare de cldur cu funcionare discontinu prezint un cazan de fierbere cu serpentin (figura 1.2.1.1,a), ori cu manta (figura 1.2.1.1,b) fiind nzestrat cu (sau fr) amestector. Schimbtoarele de cldur cu manta (perei dubli) sunt larg folosite pentru nclzirea diferitor produse alimentare, mai cu seam n cazul cnd n interiorul aparatului nu se poate instala agitatorul (aparate cu serpentin).

Figura 1.2.1.1. Schimbtor de cldur: a) cu serpentin (1.- cazan, 2.- serpentin); b) cu manta (1.- cazan, 2.- manta, 3.,4.- tuuri pentru abur, 5.- tu pentru condensat, 6.,7.- tuuri pentru produs).

Mantaua 2 se instaleaz din exteriorul corpului 1 a aparatului, formnd un spaiu ermetic nchis, n care n timpul nclzirii prin tuurile 3 i 4 se introduce abur, iar prin tuul 5 se evacueaz condensatul.

Pentru rcirea produsului, invers, apa rcitoare se introduce prin tuul 5 i se evacueaz prin tuurile 3 i 4. nlimea mantelei trebuie s fie nu mai mic dect nivelul lichidului n aparat. Pentru nclzirea n aparat a produsului, aburul se introduce n manta din ambele pi. Schimbtoarele de cldur examinate se caracterizeaz prin coeficienii de transmisie de cldur mici din cauza vitezei reduse a agentului termic fluid n seciunea mantalei. Aceste schimbtoare de cldur n general sunt utilizate pentru nclzirea ori rcirea periodic a produselor.

Cazan cu manta de abur

Se folosete pentru blanarea, fierberea, prjirea (topirea) diferitor produse alimentare.

Figura 1.2.1.2. Cazan cu manta de abur: 1.- suport, 2.- manta de abur, 3.- fus tubular, 4.- cazan, 5.- carenaj, 6.- ventil, 7.- angrenaj cu melc, 8.- tu, 9.- robinet evacuare condensat, 10.- manometru, 11.- supap de siguran, 12.- jgheab, 13.- conduct pentru stoarcerea condensatului.

Cazanul cu manta de abur (figura 1.2.1.2) este compus din suporturile 1, mantaua de abur 2, fusurile tubulare 3, cuva 4. suporturile 1 sunt fabricate din font. Pe suportul drept este amplasat angrenajul melcat, care servete pentru bascularea manual a cazanului. Mantaua de abur este fabricat din font sau oel unit cu cuva 4 prin mbinare cu flane i buloane ori sudare. Cuva este executat din oel inoxidabil i are capacitatea de la 0,012 pn la 0,5 m3. Racordul de alimentare cu abur 6 este unit la conducta de vapori cu ajutorul unor garnituri de etanare. La deschiderea ventilului aburul cu presiunea de la 0,3 pn la 0,6 MPa se introduce n mantaua 2 a cazanului prin intermediul unui carenaj pentru evitarea nclzirii excesive locale i uzurii intense a cuvei 4.

Pentru evacuarea condensatului din mantaua de abur servete conducta 13 i fusul tubular 3. Rmiele condensatului se scurg prin robinetul 9, iar produsul finit se descarc fie prin tubul 8, fie prin jgheabul 12.Cazanul cu manta este dotat cu manometru si supap de siguran.

Caracteristica tehnic a cazanelor cu manta de aburI n d i c i M a r c a

5A6AMC-244D9-41A

Capacitatea, m3 0,060,0120,150,15

Presiunea aburului, MPa 0,60,30,40,6

Dimensiuni de gabarit, mm:

lungimea1100140017901800

limea75873010001000

nlimea1400136012251200

Masa, kg 300200420440

Schimbtoarele de cldur cu manta de obicei, sunt dotate cu agitatoare pentru a intensifica schimbul de cldur din partea produsului prelucrat (figura 1.2.1.3).

Figura 1.2.1.3. Cazan cu manta de abur i agitator: 1.- corpul aparatului, 2.- dispozitiv de acionare a agitatorului, 3.- agitator, 4.- manta, 5.- suport.

Cazanul prezentat n figura 1.2.1.3. este utilizat pentru fierberea fructelor frmiate, crupelor precum i pentru evaporarea i concentrarea diferitelor produse alimentare. Principiul de funcionare al cazanului este clar din desen.1.2.2. Schimbtoare de cldur cu funcionare continuSe deosebesc schimbtoare de cldur cu evi, la care suprafaa schimbului de cldur este executat din dou evi (schimbtor de cldur tip eav n eav) ori dintr-un fascicul de evi (schimbtor de cldur tubular).Ultimul prezint un fascicul de evi amplasate ntr-o camer cilindric etan; n felul acesta interiorul camerei este spaiul intertubular. evile sunt fixate la capete prin mandrinare n dou plci tubulare, care mrginesc (limiteaz) camera cilindric din ambele pri. De plcile tubulare sunt fixate camerele de distribuie cu tuuri pentru circularea produsului prelucrat. n figura 1.2.2.1. sunt prezentate schimbtoare de cldur tubulare cu o singur trecere.

Figura 1.2.2.1. . Schimbtor de cldur tubular cu o singur trecere (cale):1.- corp, 2.- evi, 3.- plac tubular, 4.,5.- tuuri pentru produs, 6.,7.- tuuri pentru circularea agentului termic (lichid), 8.,9.- tuuri pentru aburul de nclzit i condensatDezavantajul acestor aparate este coeficientul de transmisie de cldur mic, din cauza vitezei mici a fluidului care circul prin interiorul evilor. mbuntirea funcionrii schimbtoarelor de cldur tubulare poate fi realizat prin gruparea evilor n mai multe fascicule (treceri); pentru aceasta n camerele de distribuie se instaleaz perei etani, care formeaz mai multe treceri pentru produsul ce circul prin interiorul fasciculului de evi. (Figura 1.2.2.2.).

Figura 1.2.2.2. Schimbtor de cldur cu mai multe ci1.- corp; 2.- evi; 3.- plci tubulare; 4.- perete despritor; 5.- camera de distribuie; 6.- tu pentru abur; 7.- tu pentru condensat; 8.- tu pentru intrarea produsului; 9.- tu pentru evacuarea produsului; 10.- icane.Schimbtoarele de cldur cu dou treceri deseori se execut cu evile n form de U, capetele libere ale crora sunt fixate prin mandrinare ntr-o plac tubular. (Figura 1.2.2.3.).

Figura 1.2.2.3. Schimbtor de cldur cu evi n form de U1.- corp; 2.- evi n form de U; 3.- perete despritor; 4.- camera de distribuie; 5.- plac tubular.De o construcie analogic este i schimbtorul de cldur cu cap plutitor, care poate fi extras din corpul aparatului mpreun cu evile fixate n el. (Figura 1.2.2.4.).

Figura 1.2.2.4. Schimbtor de cldur cu cap plutitor1.- corp; 2.- evi; 3.- plac tubular; 4.- perete despritor; 5.- camer de distribuie.1.2.2.1. Schimbtoare de cldur tip eav n eav Aceste aparate au o construcie relativ simpl i sunt comode n exploatare. Schimbtorul de cldur este compus din dou evi amplasate coaxial. (Figura 1.2.2.5.).

Figura 1.2.2.5, a) Schimbtor de cldur tip eav n eav:1.- eava interioar; 2.- eava exterioar.n cazul n care este necesar o suprafa de cldur mai mare, se instaleaz cteva rnduri de atare elemente (figura 1.2.2.5,b.).

Figura 1.2.2.5. b) Schimbtor de cldur eav n eav cu mai multe elemente:

1.- eav interioar, 2.- eav exterioar, 3.- cot de legtur. evile interioare i cele exterioare ale fiecrui element se unesc consecutiv cu evile corespunztoare ale elementului urmtor prin coturi de legtur demontabile. Aceasta simplific operaiile de asamblare ale schimbtorului de cldur i curare a evilor interioare.

Modul de funcionare al acestor aparate poate fi explicat dup principiul de lucru al schimbtorului de cldur prezentat n figura 1.2.2.7.

Figura 1.2.2.7. Schimbtor de cldur VH2B tip eav n eav:1.- eav exterioar, 2.- eav interioar, 3.,5.- tuuri pentru produs, 4.,6.- tuuri pentru agentul termic, 7.- coturi de legtur, 8.- panou electric.Schimbul de cldur se realizeaz simultan cu deplasarea mustului de struguri prin eava interioar 2 i a agentului frigorific - prin eava exterioar 1. Mustul se introduce prin tubul 6 i se evacueaz prin tuul 3, iar agentul termic intr i iese prin tuurile 4 i 5. Productivitatea schimbtorului de cldur VH2B este de 7,5 m3/h; aria suprafeei schimbului de cldur - 8,4 m2. De asemenea se produc schimbtoare de cldur tip VTI-15 de construcie analogic cu productivitatea 15m3/h i aria suprafeei schimbului de cldur - 12 m2.

nclzitor tip eav n eav"

Este utilizat pentru nclzirea diferitelor sucuri i pireului de fructe i legume (Figura 1. 2.2.8) n industria conservelor.

nclzitorul este compus din 8-12 secii. Fiecare secie const dintr-o eav de oel inoxidabil cu diametrul de 32-70 mm i lungimea 2,0-2,5 m, amplasat coaxial n alt eav cu diametrul 60-100 mm. Capetele evilor interioare ale fiecrei secie sunt unite ntre ele prin coturi de legtura. Etaneitatea se obine prin utilizarea unor garnituri. Materia prim (semifabricatele) se introduce n aparat prin tuul 1 i iese prin tuul 7 dup nclzire. Aburul cu presiunea 0,3 MPa prin tuul 6 ptrunde n spaiul intertubular i se mic n contracurent cu produsul. La sfritul primei secii este instalat tubul 3 vertical, care unete spaiul intertubular al celor dou secii. Condensatul din secia inferioar a aparatului este evacuat prin tuul 2. Pentru consolidarea construciei sunt instalate garniturile de suport 4. Aerul acumulat n spaiul intertubular este evacuat prin robinetul de purjare 5.Datorit seciunii transversale mici a evilor interioare in schimbtorul de cldur dat produsul prelucrat se deplaseaz cu o vitez considerabil, ceea ce exclude formarea unor cruste pe pereii conductelor. Coeficientul de transfer al cldurii la nclzirea pireului de fructe este 570 w/m2k.

Figura 1.2.2.8. Schimbtor de cldur VHB cu mai multe elemente tip "eav n eav": 1.,7.- tuuri pentru produs, 2.,6.- tuuri pentru condensat i, respectiv, pentru aburul nclzit, 3.- tub de legtur; 4.- garnituri, 5.- robinet de purjare, 8.- coturi de legtur.

Schimbtoarele de cldur tubulare sunt destul de rspndite n industria alimentar. De exemplu, n vinificaie se folosesc pentru nclzirea, rcirea sau pasteurizarea diferitelor produse vinicole (struguri, botina, suc, vin, .a.). In industria conservelor schimbtoarele de cldur tubulare sunt larg utilizate pentru nclzirea masei de tomate zdrobite (pulpei de tomate), bulionului de ptlgele roii, pireului de fructe, sucurilor de fructe i legume, .a. Schimbtorul de cldur tubular tip KPT - 2 (nclzitorul cu vid)

Acest nclzitor este destinat pentru nclzirea ptlgelelor zdrobite diferitelor sucuri de fructe si legume (Figura 1.2.2.9, a).

Figura 1.2.2.9,a. Schimbtor de cldura tubular tip KPT 2

El reprezint un schimbtor de cldur tubular cu mai multe treceri care este compus din 12 evi de oel inoxidabil 11 unite consecutiv i montate ntr-o manta de oel de form cilindric 6, (Figura 1.2.2.9, b).

Figura 1.2.2.9,b. Schimbtor de cldur cu mai multe treceri.Capetele nclzitorului sunt nchise cu capace, care au nite adncituri, iar capacul 2 5 canale i dou tuuri, dintre care tuul inferior 10, servete pentru intrarea produsului la nclzire, dar tuul superior 1 - pentru evacuarea produsului prelucrat. Aburul saturat cu presiunea 0,2 MPa se reduce n supapa de vid 5 pn la presiunea 80-90 kPa, care corespunde temperaturii 93-96 C, dup ce ptrunde n spaiul intertubular n partea superioar a mantalei 4. Condensatul din nclzitor este evacuat prin intermediul separatorului de condensat n recipientul cu vid 3. Din colectorul cu vid condensatul este evacuat cu ajutorul ejectorului cu ap. n ejector, apa este pompat cu pompa 8 din rezervorul 9. Produsul prin intermediul unei pompe consecutiv se deplaseaz prin interiorul evilor nclzitorului cu viteza 2,8-3,5 m/s, nclzindu-se pn la 80-90 C. Temperatura produsului la ieire din aparat se regleaz n mod automat, coeficientul de transfer termic la nclzire a sucului, fiind egal cu 900-1200 w/m2k.

Caracteristica tehnic

Productivitatea, l/s 0,5

Aria suprafeei de nclzire, m2 4

Puterea mecanismului de acionare al pompei, kw 1

Dimensiuni de gabarit, mm: lungimea 3295

limea 850

nlimea 2050

Masa, kg 600

n industria conservelor schimbtoarele de cldur cu evi sunt larg utilizate pentru nclzirea masei de tomate zdrobite (pulpei de tomate), pastei de tomate, piureului de fructe, sucurilor de fructe i legume .a.

Figura 1.2.2.10. Schimbtorul de cldur cu evi Schimbtorul de cldur cu evi (Figura 1.2.2.10) este compus din dou plci tubulare 1, n care sunt montate prin mandrinare 66 evi 2 cu diametrul 34/32 mm i lungimea 1986 mm. Aria total a suprafeei de nclzire a schimbtorului de cldur cca. 13 m2. Plcile tubulare mpreun cu evile fixate n ele sunt montate n corpul metalic cilindric 3, care, la capete este nchis cu capacele 4. Ultimele snt fixate de corpul cilindric cu ajutorul buloanelor articulate; ermetizarea mbinrilor este asigurat de ctre garniturile de etanare. ntre capac i placa tubular sunt instalai pereii despritori 5, care formeaz camere de distribuie, ce unesc unul sau dou fascicule de evi. In felul acesta, fasciculele tubulare, cte 16 n fiecare, sunt unite consecutiv ntre ele. Aburul se introduce n spaiul intertubular, iar condensatul este evacuat prin tuul 6 din partea inferioar a corpului aparatului. Presiunea aburului se menine n mod automat n limita 0,11-0,15 MPa. La proiectarea schimbtoarelor de cldur cu evi este necesar de a se conduce de dimensiunile principale prezentate n tabelul urmtor:Datele schimbtoarelor de cldur cu evi recomandate pentru proiectareTabelul 1.2.2.1

Indicii de bazSchimbtoare de cldur tubulare (numrul de treceri)

Cu o singur trecereCu dou treceriCu patru treceriCu ase treceri

Diametrul evii, mm 25385725382525

Diametrul mantalei, mm 400

600 400 600600

400600600600600

Numrul evilor 93

20337

250109

4315198

234234

Lungimea evilor, mm pentru aria suprafeei de nclzire, m2:

101500

-2500

-1500

--1000--

1520004000125020001500---

20300010005000150025001000200012501250

30450015007000

25004000

12501250155020002000

Coeficienii de transmisie termic a unor produse, nclzite n schimbtoare de cldur tubulare sunt prezentate n tabelul 1.2.2.2.

Tab. 1.2.2.2.

Denumirea produsuluiViteza deplasrii, m/sCoeficientul de transmisie a cldurii, w/m2k

Bulion de ptlgele roii 0,03-0,15400-580

Piure de fructe0,15-1,5460-580

Suc de fructe 0,8-1,51400-1750

Tomate zdrobite 0,1-1,5

2,5-3,01200-1400

2100-2600

nclzitorul KPJnclzitorul pentru produse zdrobite (figura 1.2.2.11) reprezint un cilindru cu melc rotativ 1, amplasat ntr-o manta de oel 2, diametrul creia este cu 200 mai mare dect diametrul cilindrului. Capetele cilindrului 1 i mantaua 2 snt nchise cu capacele 3, prin care trece arborele tubular 4. De arborele 4 este fixat serpentina 5, fabricat din oel inoxidabil, destinat pentru amestecarea masei de tomate i care, totodat, servete ca suprafa de nclzire. Arborele cu serpentin se rotete cu turaia de 1,1 rot/sec. Ara suprafeei de nclzire a schimbtorului de cldur este egal cu 5,9 m2, i este compus din: 60% constituie suprafaa cilindric a mantalei cu abur, suprafaa serpentinei spiral circa - 20% i a arborelui tubular 14% din suprafaa de nclzire total.

Figura 1.2.2.11. nclzitorul pulpei de tomate:

1.- cilindrul interior, 2.- manta, 3.- capac, 4.- arbore tubular, 5.- serpentin.

Masa de tomate zdrobite se introduce nentrerupt n aparat i se deplaseaz prin cilindrul interior 1, nclzindu-se pn la 70-80 C, iese prin tuul de evacuare. Aburul de nclzit cu presiunea de 0,13 0,15 MPa se introduce n arborele tubular 4, se deplaseaz prin interiorul acestuia, trece prin serpentina 5 i prin captul opus intr n mantaua de abur a aparatului. Condensatul este evacuat din schimbtorul de cldur prin intermediul oalei de condensat.

Coeficientul de transmisie a cldurii este 9301200 W/m2k. Caracteristica tehnic:Productivitatea, kg/h7000

Coeficient de transmisie a clduri, W/m2k. 930-1200

Puterea motorului electric kW1

Dimensiuni de gabarit, mm:

lungimea3360

limea 1000

nlimea1200

Masa, kg470

Calculul nclzitoarelor

Calculul nclzitoarelor cu funcionare continu (de exemplu, schimbtoarele de cldur tubulare) se deosebete ntructva de calculul nclzitoarelor cu funcionare periodic (cazanul duplicat, nclzitorul VNIIKOP-2).Calculul nclzitorului cu funcionare continu se efectueaz pentru =1- h, adic h=3600s.Din ecuaia bilanului termic:

Q1+Q2 = D(i ic) (1.1)determinm consumul de abur, kg/s: D = (Q1+Q2) / ( i ic), (1.2)n care i i ic reprezint entalpia aburului i a condensatului, J/kg; Q1- consumul de cldur la nclzirea produsului , J/s; Q2- consumul de cldura la compensarea pierderilor n mediul nconjurtor, J/s.

Din ecuaia transmiterii de cldurii

Q1 = Fkt (1.3)determinm aria suprafeei de nclzire, m2 F = Q1/ (kt) (1.4) n care k- reprezint coeficientul de transfer de cldur, w/m2k; t- diferena de temperatur, C.

ntruct Q1 = Gc (t2 - t1), apoi din ecuaia (1.3) se poate determina productivitatea nclzitorului G ori temperatura final a produsului t2, folosind expresia:

Gc (t2 - t1) = Fkt (1.5) Deci, productivitatea nclzitorului, kg/s:

G = Fkt / c (t2 - t1) (1.6) Totodat coeficientul transferului termic k se accept conform datelor experimentale, sau se determin dup ecuaiile criteriale. Puterea motorului electric al pompei, care deplaseaz produsul prin evile nclzitorului, W:

N = Vsp /(1000), (1.7)n care Vs- reprezint volumul produsului prelucrat, m3/s; p - presiunea creat de pomp, Pa; - randamentul pompei.

La deplasarea produsului prin evile schimbtorului de cldur presiunea, creat de pomp, pentru nvingerea rezistenei hidraulice sumare, Pa:

p = v2/2[1+(L)/d+] + gHr + psup., (1.8)n care - prezint densitatea produsului, kg/m3; v- viteza deplasrii produsului, m/s; g- acceleraia cderii libere, m/s2; - coeficient de rezisten frecrii; L- lungimea parcurs de particul (a produsului) n nclzitor, m (L = z l, n care z- numrul trecerilor; l- lungimea evii, m); d- diametrul evilor, m; - coeficientul rezistenelor locale; Hr- nlimea ridicrii produsului, m; psup.- presiune suplimentar, creat de produs la intrarea acestuia n alt aparat, Pa.nclzitoarele cu funcionare discontinu se calculeaz pentru timpul unui ciclu de lucru.

Consumul de cldur se determin cu relaia:Qtot. = Q1+Q2+Q3+Q4,

n care Q1- reprezint consumul de cldur la nclzirea produsului, J; Q2- pierderi de cldur n mediul nconjurtor, J; Q3- consumul de cldur la evaporare de pe suprafaa produsului, J; Q4- consumul de cldur la nclzirea schimbtorului de cldur, J.

Din ecuaia bilanului termic:Qtot. = D( i ic)

determinm consumul de abur

D = Qtot. / (i ic)

Din ecuaia transmisiei de cldur Qtot. = Fkt

determinm aria suprafeei de nclzire F,(m2) ori durata de nclzire (s):

= Qtot. / Fkt (1.9) Totodat coeficientul de transfer de cldur k se determin cu ecuaia criterial sau se accept valorile experimentale, dac condiiile experimentului i a calculelor corespund .

Coeficientul de transfer de cldur de la perete la produs n cazul regimului de micare turbionar poate fi determinat cu relaia:

Nu = 0,135(GrPr)1/3 (1.10) Productivitatea schimbtorului de cldur cu funcionare periodic se determin dup volumul produsului prelucrat ntr-un ciclu de lucru, kg/s:

G = V / (+ 1+ 2) (1.11)n care V- reprezint volumul produsului n aparat,m3; - densitatea produsului, kg/m3; , 1, 2- timpul nclzirii, ncrcrii i descrcrii aparatului, s.nclzitoarele ce funcioneaz la suprapresiune suplimentar snt supuse calcului de verificare la rezisten.Schimbtor de cldur cu placi

Aceste aparate sunt larg utilizate pentru tratarea termic a produselor alimentare (suc, vin, bere, lapte).Schema schimbtorului de cldur cu plci este prezentat n figura 1.2.2.12.

Figura 1.2.2.12. Schimbtor de cldura cu placi:1.,2.,11.,12.,- tuuri, 3.,9.,- suporturi, 4.,5.,16.,- garnituri, 6.,17.,- plci intermediare, 7.,15.,- bare, 8.- plac de presiune, 10.- urub, 13.,18.,- plci de capt, 14.- plci de lucru.Schimbtorul de cldur este compus din grupuri de plci suspendate pe bare metalice orizontale, capetele crora sunt fixate n suporturi. Cu ajutorul plcii de presiune (strngere) 8 i a urubului 10 plcile se asambleaz n pachete. n stare de funcionare plcile sunt strnse compact prin intermediul garniturilor de etanare. Schimbtorul de cldur cu plci poate fi combinat n mai multe variante. Combinarea plcilor n aparat convenional se nseamn prin fracie, n care suma cifrelor la numrtor indic numrul pachetelor unite consecutiv (in direcia deplasrii produsului), iar valoarea fiecrei din cifre - numrul canalelor paralele dintre plci n pachetul respectiv. La numitor se prezint aceeai informaie pentru agentul termic. Modul de funcionare a schimbtorului de cldur cu plci este urmtorul. Produsul intr n aparat prin tuul 1 i prin orificiul superior n placa de capt 18, nimerete n colectorul longitudinal, format de orificiile unghiulare ale plcilor, dup asamblarea acestora. Prin colector produsul trece pn la placa intermediar 6, colul creia este nfundat (fr orificiu) i se repartizeaz prin canalele impare dintre plci, care comunic cu colectorul unghiular , datorit amplasrii corespunztoare a garniturilor de etanare. La deplasarea produsului prin canalele dintre plci, lichidul se scurge pe suprafaa ondulat a plcilor, nclzite (sau rcite) din partea opus de agentul termic. Apoi produsul prelucrat termic trece n colectorul longitudinal, format de orificiile unghiulare inferioare, i este evacuat din aparat prin tuul 11. Agentul termic se deplaseaz n schimbtorul de cldur n contracurent produsului prelucrat. El intr prin tuul 12, trece prin colectorul inferior, se repartizeaz prin canalele pare (dintre placa de capt 13 i intermediara 6, apoi placa intermediar 17 i placa de capt 18) i se deplaseaz printre ele n sus, de unde prin colectorul superior i tuul 2, agentul termic este evacuat din aparat.Exist o mare diversitate n construcia plcilor schimbtoarelor de cldur, care pot fi clasificate n felul urmtor.

Dup profilul plcii:

plci cu canale (n form de spiral sau zigzac)

plci cu fluxul unic (sau n reea)

plci plane cu elemente pentru crearea turbulenei

Conform amplasamentului garniturilor de etanare:

plci cu etanare unilateral;

de stnga;

Dup destinaia plcilor n aparat;

plci curente (de lucru)

plci pentru meninerea de scurt durat a produsului;

plci intermediare;

plci finale (de capt)

Conform amplasrii intrrii, ieirii i direciei curentului pe plci:

cu direcie diagonal a curentului

cu direcie rectilinie a curentuluin figura 1.2.2.13. sunt prezentate unele tipuri de plci Fig. 1.2.2.13. Diferite construcii ale plcilor schimbtoarelor de cldur demontabile:a- cu canale verticale frezate; b- cu canale orizontale tanate; c- cu canale verticale tanate; d- cu rifle orizontale tanate: (1- bra de sprijin; 2- garnituri de cauciuc; 3- canale sau rifle; 4- plac intermediar neted).

Un interes deosebit prezint plcile Clip Line a Firmei Suedeze Alfa-Laval elaborate pentru fabricile de lapte. Desenul caprior ori os de pete de pe suprafaa acestor plci creeaz puncte de sprijin ntre plci, ceea ce uureaz procesul de splare a plcilor. Folosirea punctelor de sprijin permite micorarea masei plcilor i majoreaz eficiena schimbului de cldur. Raportul dintre lungime i lime a plcii asigur repartizarea uniform i turbulena curentului.Construcia acestei plci permite crearea turbulenei la trei niveluri ceea ce reduce la minimum consumul agenilor termici.Elementele perturbate de pe suprafaa plcilor contribuie la turbulena curentului i la intensificarea schimbului de cldur.Posibilitatea folosirii n schimbtoarele de cldur a cteva secii se obine datorit montrii ntre plci a unor plci speciale (intermediare), care permit schimbarea direciei i ndreptarea curentului de lichid n orice loc. Asemenea construcii sunt folosite n pasteurizatoarele cu plci, de exemplu, VP1 U2,5; VP1 U5 i VKL 5 cu productivitatea corespunztor 2,5; 5,0 i 5,0 m3/h.Pentru rcirea vinului se folosesc schimbtoare de cldur cu plci, care conin o singur secie (figura1.2.2.14).

Figura 1.2.2.14. Schimbtor de cldur cu plci:a) rcitorul VO1U5 (1.- cadru metalic; 2.- termometru; 3.- plci; 4.- placa de presare; 5.-manon de reducie; 6.- termometru cu rezisten); b) pasteurizator VP1U5 (1.- placa de strngere; 2.- placa intermediar dintre secia de regenerare i secia de rcire cu ap; 3.- de asemenea ntre secia de pasteurizare i regenerare; 4.- batiu cu dispozitiv de strngere; 5.- plci curente). Instalaia VP1-U5 (VP1-2,5) se folosete pentru pasteurizarea vinului ntr-un curent nchis cu rcirea ulterioara dup meninerea de scurt durat (100 s) n secia de tratament termic. Instalaia este compus din schimbtorul de cldur cu plci, boilerul de tip nchis cu injector, pompa pentru alimentare cu ap fierbinte, dispozitivul de meninere la temperatura de pasteurizare, supapa de reglare a aburului, panoul de comanda. Schimbatorul de caldur const din urmtoarele pari componente: placa de stringere 1, dou placi intermediare 2 i 3, (una ntre secia de regenerare i secia de rcire cu ap, alta - ntre seciile de regenerare i pasteurizare), batiul cu dispozitiv de strngere 4, placi curente 5.Pasteurizatorul VP1-U5 funcioneaz n felul urmator. Vinul intra n aparat prin tuul A, amplasat n placa intermediar 2, i trece n secia de recuperare, unde sub influena curentului opus a vinului fierbinte temperatura lui se ridic pn la 70 C. Apoi n secia de pasteurizare vinul se nclzete pn la 81-85 C n contracurent cu ap fierbinte (86-90 C) din boiler, prin tuul D i se evacueaz prin tuul E. Vinul, nclzit pn la temperatura de pasteurizare 85 C prin tuul G se introduce n secia de meninere la temperatura data, timp de 100 s, apoi prin tuul B se ndreapt spre secia de recuperare. Aici vinul cedeaz o parte din cldura vinului proaspt (rece) i se rcete pn la temperatura 31 C. Apoi trece n secia de rcire cu ap, n care se rcete pana la 13-18 C. Pe placa de strngere 1 se amplaseaz tuurile C i D pentru alimentare cu ap rcitoare i evacuarea acesteia, precum i tuul pentru evacuarea vinului. Funcionarea instalaiei, controlul i reglarea parametrilor de lucru se realizeaz n mod automat de la panoul de comand.

Caracteristica tehnica

VP1-U2,5VP1-U5

Productivitatea, dal/h250500

Numrul de plci55107

Temperatura vinului, C

iniial15-18

dup nclzire45-85

dup rcire13-18

Coeficientul de regenerare0,80,8

Durata meninerii la temperatura de pasteurizare, s100100

Consum de abur, kg/h50100

Consum de ap, m3/h7,515

Presiunea aburului, MPa0,30,3

Puterea consumat, kw4,54,5

Dimensiuni de gabarit, mm

lungimea33003300

limea31503150

nlimea25002500

Masa, kg

a schimbtorului de cldur8201000

a instalaiei13001620

Schimbtoare de cldur analogice se produc n Italia, Frana, Germania, Suedia s.a.n industria conservelor schimbtoarele de cldur cu plci se folosesc pentru pasteurizarea sucurilor de fructe pn la ambalarea acestora. Schimbtoarele de cldur cu plci se deosebesc prin dimensiunile i forma plcilor, forma aparatelor, metodele de deplasare a lichidului nclzit .a. Pasteurizatoarele cu placi sunt compacte i au o productivitate nalt.n schimbtoarele de cldur cu plci se realizeaz urmtoarele procese n direcia deplasrii produsului: nclzirea parial a sucului cu cldura sucului pasteurizat (n secia de regenerare a cldurii); nclzirea sucului cu ap fierbinte sau cu abur pn la temperatura dat (n secia de pasteurizare); meninerea sucului nclzit un timp anumit la temperatura de pasteurizare (n secia de meninere); rcirea sucului pasteurizat cu transmiterea cldurii sucului proaspt (n secia de regenerare); rcirea sucului cu ap rcitoare (n secia de rcire cu ap); rcirea sucului cu saramur (n secia de rcire cu saramur).

n schimbtorul de cldur cu plci tip OPU-5M produsul se nclzete de la 5 pn la 76 C, se menine la acesta temperatur 25 s, apoi se rcete pn la 5 C.Pasteurizatorul are cinci secii, pentru regenerarea cldurii, pasteurizarea produsului, meninerea produsului la temperatura onstant, rcirea produsului cu ap rcitoare, i rcirea cu saramur. Fiecare secie este compus din pachete, care constau din cteva plci. Sucul, ce intr n secie, trece consecutiv prin toate pachetele. n fiecare pachet sucul se deplaseaz simultan i paralel printre toate plcile. Sucul destinat pasteurizrii este pompat n secia de regenerare, unde are loc nclzirea lui preventiv de la sucul pasteurizat. Datorit acestui fapt, economia cldurii constituie 80% din consumul cldurii totale pentru nclzire. Totodat se micoreaz i consumul de ap rcitoare. Schimbtorul de cldur cu plci al Firmei suedeze Alfa - Laval (figura 1.2.2.15, a) este de o construcie analogic i funcioneaz n felul urmtor:

Figura 1.2.2.15. Schimbtor de cldur cu plci: a) vederea general, b) schema tehnologic, c) graficul temperaturilor:

1.- secia de pasteurizare, 2.- camera de meninere a sucului, 3.- secia de meninere, 4.,8.- suporturi, 5.- secia de regenerare, 6.- secia de rcire, 7.,11.- bare, 9.- piulie, 10.- plac de presare, 12.- plac intermediar, 13.- plci de lucru curente.La strngerea piulielor, efortul se transmite plcii de presare i plcile curente se unesc strns ntre ele. Garniturile de cauciuc asigur o etaneitate sigur i un interval anumit (fix) ntre doua plci vecine. Ca urmare, se formeaz seciile de pasteurizare 1, de meninere la temperatur constant 3, de regenerare 5 i rcire 6.Secia de regenerare 5 se compune din cinci pachete pentru sucul nclzit i din cinci pachete pentru sucul ce se rcete. Fiecare pachet are cte dou caviti (n total 20 de caviti, formate de 21 plci). Secia de pasteurizare 1 este constituit din dou pachete cu dou caviti, fiecare pentru suc i un pachet cu patru caviti pentru agentul termic (total 8 caviti din 9 plci).Secia de rcire 6 este compus din trei pachete cu dou caviti fiecare pentru suc i un pachet cu ase caviti pentru apa rcitoare.n (figura 1.2.2.15.b,c) este demonstrat schema deplasrii sucului, agentului termic i apei rcitoare n pasteurizatorul cu plci, precum i dependena temperaturii (t) de drumul (l) parcurs de produsele indicate. Capacitatea camerei de meninere la temperatura dat este de 56 l, timpul de meninere a produsului cca. 100 s. Aparatul este nzestrat cu termoregulator, care regleaz debitul agentului termic n dependen de temperatura sucului dup secia de pasteurizare. Productivitatea pasteurizatorului este egala cu 0,62 m3/s suc la temperatura de nclzire de la 15 pn la 92 C.

Dimensiunile de gabarit 1980 x 1610 x 1555 mm.

Calculul pasteurizatorului cu placi

Folosirea repetat a cldurii n pasteurizatoarele cu plci micoreaz considerabil consumul de cldur i de ap rcitoare. Indicele, care caracterizeaz rentabilitatea acestui aparat, este coeficientul de regenerare (recuperare), E:

(1) n care Qr- reprezint cantitatea de cldur, transmis n secia de regenerare; Qtot.- cantitatea total de cldur, consumat la nclzirea sucului de la temperatura iniiala pn la temperatura de pasteurizare; G i c- masa sucului nclzit (kg/s) i capacitatea termic a lui, (J/kgk); ti- temperatura iniial a sucului rece C; - temperatura sucului dup nclzire n secia de regenerare (recuperare), C; tp- temperatura de pasteurizarea sucului, C.

Coeficientul de regenerare al pasteurizatoarelor cu plci E = 0,6 - 0,8. Consumul de cldura total la nclzirea sucului pn la temperatura de pasteurizare, kJ/s:

Qtot = Qr + Qp, (2)de unde Qp = Qtot Qr, (3)n care Qp- consumul de cldur n secia de pasteurizare, kJ/s.

Deoarece Qp = E Qtot

apoi Qp = Qtot E Qtot = Qtot (1 E), (4)ori Qp = (1 E) G c (tp ti) - Qr = E G c (tp ti) (5)Aria suprafeei schimbului de cldur a seciei de regenerare ori productivitatea aparatului se determin din ecuaia bilanului termic:

Fr Kr tr = Qr = E G c (tp ti), (6)n care Fr- aria suprafeei de schimb termic, m2;

Kr- coeficient de transmisie a cldurii, W/EQ \* jc4 \* "Font:Times New Roman" \* hps14 \o\ar(\s\up 13(2);m) K;

t - diferena medie de temperaturi dintre temperatura de nclzire i temperatura de rcire a sucului, C.n secia de regenerare, la nceputul i sfritul deplasrii sucului diferena de temperaturi la tr la suprafa este constant i poate fi determinat cu relaia:

tr = tp - Din ecuaia (1), aflam, c:

= ti + E(tp ti),

atunci tr = tp ti E(tp ti) = (1 E)( tp ti). (7)Aria suprafeei de nclzire a seciei de pasteurizare ori productivitatea pasteurizatorului se determin din ecuaia bilanului termic:

Fpkptp = Qp = (1 E) Gc (tp ti), (8)ori Fp kp tp = G c (tp -),

n care Fp reprezint aria suprafeei de nclzire a pasteurizatorului,m2; kp- coeficient de transmisie a cldurii (kp = 1280 2100 w/m2k). Diferena medie logaritmic de temperatur, C:

tp = (titr tp) (tftr )/2,3lg(titr tp)/(tftr + ) (9) n care titr si tftr reprezint temperatura iniial i final a agentului termic, C.

Consumul agentului termic (apei fierbini) n secia de pasteurizare, kg/s:

G2 = Qp/c(titr + tftr) = G c (tp -)/c(titr tftr) (10)Aria suprafeei de rcire n secia de rcire,m2:

Frec = Q rec/k rect rec3600 (11)Dup pasteurizare i meninere la temperatur, sucul se rcete pn la temperatura final, tf;

Totodat, cantitatea de cldur transmis apei rcitoare n secia de rcire, kJ/s: Q rec = G c (tp tf) Qr = Gc(tp tf) E G c(tp ti) ori Q rec = G c [(tp tf) E(tp ti)] (12)Diferena de temperaturi trec se determin ca media logaritmic; totodat, temperatura sucului, la intrare n secia de refrigerare, se determin cu relaia:

- ti = tp - ,

De unde = tp + ti -

Consumul de ap rcitoare n secia de rcire se determin din bilanul termic:

G c( tf) = Grapa(trapa f trapa i.) capa (13)n care G i c masa (kg/s) i capacitatea termic (J/kgk) a sucului pasteurizat; i tf - temperatura sucului pn la secia de rcire i temperatura sucului dup secia de rcire, C; Grapa consumul apei rcitoare kg/s; capa - capacitatea termica a apei, J/kgk; trapa f. i trapa i. temperatura final i iniial a apei rcitoare, C.Valoarea presiunii pentru nvingerea rezistenelor hidraulice n pasteurizatorul cu plci se determin cu relaia (13). F. M. Tarasov recomand urmtorul coeficient de frecare n canalele schimbtoarelor de cldur cu plci:

= 90Re-0,42

PAGE 18

_1326549168.unknown

_1326550025.unknown

_1327240965.unknown

_1326549938.unknown

_1326548070.unknown

_1326549127.unknown

_1326547593.unknown