Proiect Operatii Unitare, Sucul de Mere

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

PROIECT Pasteurizatoare Pasteurizatoare cu placi Sucul de mere

Student: Ceaus Victor-Radu Grupa:12023

Universitatea Universitatea "Dunarea de Jos", Galati

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 zo ne 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«««««««««««««««««««.

2

Tema de proiectare Sa se proiecteze instalatia de pasteurizare tip TITOMANZINI 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 t 1=49.5 C

Temperatura

initiala a apei calde t a1=122.7 C

 

Presiunea

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

3

Schimbatoare de caldur cu plci-particulariti constructive i funcionale 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 4

Orificiu de trecere superior  Placa de sfarsit de zona 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. F unctionalitate : Placi curente de lucru Placi intermediare Placi de depozitare Placi finale  b.dispunerea garniturilor de etansare: placi cu etansare unilaterala placi cu etansare bilaterala  b.  pozitia relative a garniturilor de eta nsare: 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. 5

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.

6

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 7

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

                

2)BM pentru operatia de eliminare a partilor necomestibile

                                                       

3)BM pt operatia de preincalzire

4)BM pe operatia de centrifugare

               

5)BM pt operatia de pasteurizare

8

                 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) Pierdere(P 1)

0.543739

kg/s

0.0168

kg/s

0.56055 0.5328

kg/s kg/s

0.0108

kg/s

0.5437 0.4506

kg/s kg/s

0.07993

kg/s

0.0022 0.5328 0.3830 0.007

kg/s kg/s kg/s kg/s

0.4506 0.3754

kg/s kg/s

0.007661 0.3830

kg/s kg/s

2.

3.

TOTAL Eliminare a  partilor  necomestibile TOTAL Preincalzire

4.

TOTAL Centrifugare

5.

TOTAL Pasteurizare

TOTAL

Mere sortate spalate(M1)

Mere ramase dupa eliminarea partilor  necomestibile(M 2)

Suc preincalzit (Sp) Suc limpede (Sc)

0.56055 0.5437

0.5437 0.5328

kg/s kg/s

kg/s kg/s

Mere ramase dupa eliminarea partilor  necomestibile(M 2) Pierdere(P 2) Suc preincalzit (Sp) Coji+Seminte (Cs+Sm) Pierderi(P 3)

0.5328 0.4506

kg/s kg/s

0.4506 0.3830

kg/s kg/s

0.3830

kg/s

Suc limpede (Sc) Pierdere(P 4) Suc  pasteurizat(Sm) Pierdere(P 5)

9

 Bilantul termic pt zona 1 (zona de recuperare)

                                                                                   

 Bilantul termic pt zona 2 (zona de pasteurizare)

                                           Calculul termic pt zona 1 a) pt sucul pasteurizat

                                                                                       

[ Iliescu]=> 



Calculul fluxului termic



Calcului numarului de canale







Recalcularea vitezei de curgere



10



Calculul criteriului Reynolds

                               





Calcului criteriului Prandl







Calcului criteriului Nusselt

 





Calculul coeficientului partial de transfer termic 



C aracteristici

termice al placii Alfa Laval 

Lungime=1170 mm Latime=420 mm Grosime=1.3 mm Aria sectiunii de curgere=0.31 m 2 Distanta dintre placi=4 mm Aria suprafetei de transfer termic=152*10 -5 m2 dechiv=8 mm b)

pt sucul de mere initial

                                                                            



[ Iliescu]=> 



Calcului numarului de canale





Recalcularea vitezei de curgere





Calculul criteriului Reynolds

11

                                          







Calcului criteriului Prandl





Calcului criteriului Nusselt

 





Calculul coeficientului partial de transfer termic 





Calculul coeficientului total de tra nsfer termic 



Calculul termic pt zona 2 a)suc pasteurizat

                                                          

[ Iliescu]=> 



Calcului numarului de canale

                                        



Recalcularea vitezei de curgere





Calculul criteriului Reynolds

 

Calcului criteriului Prandl









Calcului criteriului Nusselt 



 

Calculul coeficientului partial de transfer termic

12

         



b)Apa

                                                                                                                          

[ Iliescu]=> 



Calculul fluxului termic





Calcului numarului de canale





Recalcularea vitezei de curgere





Calculul criteriului Reynolds









Calcului criteriului Prandl





Calcului criteriului Nusselt

 





Calculul coeficientului partial de transfer termic 





Calculul coeficientului total de tra nsfer termic 



13

 

Nr. crt

Denumire Fluxuri operatii termice intrate Op. de  recuperare Op. de   pasteurizare

 

1. 2.

C alculul

Valoare

UM

Fluxuri

Valoare

UM

315271.4

W

termice iesite 

41386.2

W

686605

W

27141

W

1

                      



ariei de transfer termic 

Zona

 

       



  











 

Zona



2

                        









 







14

C alculul

numarului de placi 

      

Zona I 

Zona II 

      

Calcul numar de pachete  Z ona

I 

              







 Z ona

II 

                  







Stabilirea

formei de aranjare

                















C alculul

de dimensionare

1.Dimensionarea zonelor pasteurizatorului

                   

 









2.Dimensionarea lungimii pasteurizatorului

15

 3.Determinarea

               







pierderilor de presiune







zona 1.

       

1.  2. 

zona 2.

       

1.



2. 

16

 Schita pasteurizator 

17

 Diagrama

Sankey pentru zona de recuperare

18