1.Данные:

Виноградный сок:

= 1108 кг/

= 3500 Дж/(кг°С)

= 0,49 Вт/(м°С)

= 1,7 · 10-6 м2/с

(виноградный сок) = 5 м3/ч = 5/3600 м3/с = 0,00139 м3/с

= 92°С

= 17°С

= 50°С

Вода:

= 4700 кг/ч = 4700/3600 кг/с = 1,3 кг/с

= 92°С

= 4174 Дж/(кг°С)

2. Тепловой расчет теплообменника

Определение теплового потока, то есть количества теплоты, переданной в единицу времени от горячего теплоносителя к холодному, зависит от агрегатного состояния теплоносителей, между которыми осуществляется теплообмен. При теплопередаче один или оба теплоносителя могут изменять агрегатное состояние либо проходить через аппарат без изменения агрегатного состояния.

Используем уравнение теплового баланса:

- )= - )

Q-тепловой поток, передаваемый от горячего теплоносителя к холодному,Вт;

и - массовый расход соответственно горячего и холодного теплоносителя, кг/с;

и - массовая теплоемкость при постоянном давлении горячего и холодного теплоносителя, Дж/(кг°С);

и - начальная и конечная температуры горячего теплоносителя, °С;

и н - начальная и конечная температуры холодного теплоносителя, °С.

, где - объемный расход холодного теплоносителя, /с;

- плотность холодного теплоносителя, кг/

=5/3600·1108= 1,539 кг/с

4700/3600·4174(92- ) = 1,539·3500(50-17)

5449,4(92- ) = 177754,5

92- = 32

92°С.

50°С.

17°С.

60°С.

= 60

Достоинства противоточной схемы:

• Конечная температура холодного теплоносителя при противотоке может быть выше конечной температуры горячего теплоносителя, что невозможно при прямотоке.

• При противотоке средний температурный напор процесса теплообмена выше, чем при прямотоке, следовательно, больше количество теплоты, передаваемое холодному теплоносителю .

Недостатки противоточной схемы:

• Больший перепад температуры поверхности теплообмена по ее длине. В некоторых случаях это приводит к уменьшению износостойкости или даже к разрушению поверхности теплообмена.

• Невозможно использование по технологическим причинам

°С

°С

Коэффициент теплоотдачи:

где - коэффициент теплоотдачи от воды к наружной поверхности трубы, Вт/( град);

- коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности трубы к соку, Вт/( град)

λ - коэффициент теплопроводности, Вт/( град);

δ - толщина стенки, м.

Для начала найдем коэффициент теплоотдачи :

Вычисляем число Рейнольдса:

где:d - характерный размер, м;

u - характерное значение скорости движения жидкости, м/с;

ν - коэффициент кинематической вязкости, Вт/м°С.

Для расчета диаметра трубы примем скорость движения равной 1.5 м/с:

Подберем наиболее близкий внутренний диаметр из таблицы П-4 = 0,035 м. Данному диаметру в таблице соответствуют следующие значения: = 0,042 м, δ = 0,035 м, S = 0,00096

Перерасчет скорости движения для определения точного значения:

Так как Re>10000, то режим турбулентный.

Вычисляем число Нуссельта:

Определяем число Прандтля:

Подставим полученные значения в формулу для определения числа Нуссельта:

Зная, что по определению , находим α2:

Найдем коэффициент теплоотдачи от горячей воды к омываемой поверхности стенки α1.

Определяем внутренний диаметр наружной трубы теплообменного аппарата:

Примем значение u = 0,4 м/с. Значение плотности берем из П-2 при

Из таблицы П-4 = 0,069 м, = 0,076 м

Производим пересчет скорости:

Найдем число Re:

где - эквивалентный диаметр канала кольцевого сечения.

Значение коэффициента кинематической вязкости берем из таблицы П-2 при t=60 и подставляем найденное значение в формулу для определения числа Re:

Так как Re>10000, то режим турбулентный.

Вычисляем число Нуссельта:

Берем число Прандтля из П2:

Подставим полученные значения в формулу для определения числа Нуссельта:

Из определения числа Нуссельта получаем:

Значение берем из таблицы П-2 при 70°С.

Имея все значения, рассчитываем коэффициент теплоотдачи: