Proiect Operatii Unitare

Universitatea Dunărea de Jos Galaţi

Facultatea: SIA

Specializare: IPA

Grupa: 6.20.2.4

PROIECT

Îndrumător: Student:

prep. drd. ing.

DOINA GEORGETA ANDRONOIU IVANOVICI ALINA ROXANA

An universitar

2011-2012

TEMĂ DE PROIECTARE

Să se proiecteze un schimbător de căldură cu plăci destinat pasteurizării laptelui în vederea obţinerii iaurtului cu 3,5 % grăsime.

2

CUPRINS

Capitolul I: Documentare de proiectare

1. Alegerea schemei bloc de obţinere a iaurtului şi descrierea succintă a operaţiilor;

2. Schimbătoare de căldură cu plăci – particularităţi constructive si funcţionale;

Capitolul II: Calculul de proiectare

1. Bilanţul de materiale cu determinarea debitelor de material în circulaţie şi întocmirea bilanţului de materiale în forma tabelară;

2. Bilanţul termic pentru cele trei zone cu determinarea debitului de abur necesar operaţiei de pasturizare, Ab , a temperaturii de ieşire a laptelui încalzit din zona a II-a , t2fII, precum şi a temperaturii de ieşire a laptelui răcit din zona a II-a, t1fII;

3. Calculul termic:3.1. Calculul coeficienţilor totali de transfer de căldură pe zone;3.2. Determinarea ariei suprafeţei de transfer de caldură pe zone şi a

numărului de plăci pe zone;3.3. Calculul de dimensionare: - schimbător de căldură;3.4. Determinarea pierderilor de presiune.

Capitolul III: Partea desenată

1. Schema tehnologică bloc;2. Schema instalaţiei de pasteurizare

proiectată cu evidenţierea circulaţiei materialelor;

3. Diagrama Snakey pentru circulaţia fluxurilor termice pentru o zona la alegere.

3

Capitolul I: Documentare de proiectare

1. Procesul tehnologic de fabricare al iaurtului

În funcţie de compoziţia culturii de bacterii lactice utilizate se poate obţine un iaurt cu un gust uşor mai acid, apropiat de cel al iaurtului bulgăresc sau iaurt cu gust ușor dulceag, apreciat de un anumit segment de consumatori. Conţinutul de grăsime poate varia de la 0,05% la 8% (cremă de iaurt).

Procesul tehnologic de fabricare al iaurtului cuprinde următoarele faze:

1. Recepţia calitativă și cantitativă a laptelui materie primă2. Curăţirea - filtrarea laptelui3. Normalizarea – pasteurizarea – răcirea laptelui4. Inocularea laptelui5. Ambalarea (pentru iaurt clasic, cu coagul ferm)6. Termostatarea iaurtului7. Omogenizarea coagulului8. Prerăcirea iaurtului9. Ambalarea iaurtului (pentru iaurtul cu coagul fluid)10. Răcirea – depozitarea iaurtului11. Livrarea iaurtului

Recepţia calitativă si cantitativă a laptelui – materie primă

Recepţia calitativăAspectul calitativ al desfășurării procesului tehnologic este urmărit prin

determinarea pe parcursul întregului flux tehnologic a principalilor indici fizico-chimici si bacteriologici ai materiei prime și ai produsului finit, prin analize de laborator.

Recepţia calitativă constă în analiza organoleptică și examenul fizico-chimic și microbiologic, prin analize de laborator.

Examenul organoleptic al laptelui se va face pe o probă medie, recoltată dinambele compartimente ale autocisternei de transport, determinându-se culoarea, vâscozitatea, mirosul și gustul, pe baza analizei senzoriale.

Indicii fizico-chimici și microbiologici importanţi pentru stabilirea calităţii laptelui materie primă sunt: aciditatea, conţinutul de grăsime, densitatea, temperatura, punctul crioscopic, respectiv numărul total de germeni aerobi mezofili (NTG) și celulele somatice. De asemenea, se determină substanţele inhibitoare din laptele materie primă.

4

Aciditatea, conţinutul de grăsime și densitatea se determină la recepţia laptelui însecţia de prelucrare.

Determinarea conţinutului de grăsime se face în mod curent prin metoda acidobutirometrică Gerber, care s-a impus a fi rapidă și are o precizie satisfăcătoare. Conţinutul de grăsime minim admis pentru laptele materie primă este 3.2%.

Recepţia cantitativă se realizează volumetric, prin măsurarea volumului de lapte din bazinul de recepţie cu ajutorul unei tije gradate.În cazul măsurării cu un aparat de măsurare volumetrică (debitmetru –galactometru) pentru evitarea erorilor de măsurare se previne pătrunderea aerului în conductele de transport al laptelui.

Curăţirea - filtrarea laptelui

În prima faza a procesului tehnologic propiu-zis se urmăreşte îndepărtarea impuritaţilor mecanice pătrunse în lapte pe diferite căi, înainte de umplerea bazinului de recepţie, chiar dacă a fost filtrat la locul de producere, în fermă.Impurităţile sunt reţinute prin montarea unor site la ștuţurile de golire a laptelui din autocisterne și în timpul prelucrării ulterioare, în separatorul centrifugal.

Normalizarea – pasteurizarea – răcirea laptelui

Normalizarea laptelui necesar obţinerii acestui produs, la conţinutul de grăsime dorit se face prin adaosul de lapte smântânit pasteurizat în laptele integral pasteurizat sau prin adaosul laptelui smântânit nepasteurizat in laptele integral nepasteurizat direct în vana de preparare iaurt. În cazul fabricării cremei de iaurt (8% grăsime), în laptele integral nepasteurizat se adaugă smântână nepasteurizată, amestecul fiind ulterior pasteurizat).Pentru pasteurizarea laptelui, utilizat la fabricarea iaurtului, secţia este dotată cu un schimbător de căldură prin care laptele depozitat în vana de preparare este recirculat cu ajutorul pompei, montată în flux, până la atingerea temperaturii de 85...95oC. Menţinerea laptelui la temperatura de pasteurizare timp de 20-30 minute se realizează în vana de preparare iaurt în care are loc și răcirea laptelui la temperatura de 42 – 45oC, pentru inocularea culturii de bacterii lactice specifice. Vana este prevăzută cu manta prin care circula agentul de răcire.

Inocularea laptelui

Inocularea laptelui pentru fermentare în vederea realizării iaurtului se face cu o cultură concentrată de bacterii lactice specifice. Inocularea are loc la

5

o temperatură de 42 – 45oC, funcţie de tipul de cultură utilizat și se realizează în vana de preparare iaurt, prin adaosul direct al culturii de bacterii lactice în lapte.

Pentru personalizarea produsului se pot utiliza mai multe tipuri de culturi de bacterii lactice concentrate. Utilizând culturi de bacterii lactice concentrate provenite de la firme specializate, pot fi realizate caracteristici diferite ale produsului (aciditate, consistenţă, textură), de la categoria Real strong , la Multi mild sau Real quick.

Acestea vor stabili identitatea produsului, care va avea vâscozitate mai mare sau mai mică, gust mai dulce sau mai acid, aromă mai mult sau mai puţin pronunţată, consistenţă cremoasă sau mai fluidă, etc.

Indiferent de caracteristicile culturii de bacterii lactice utilizate, aceasta are încomponenţă două tipuri de bacterii lactice: Streptococcus thermophilus și Lactobacillus delbrueckii, ssp.bulgaricus. Pentru iaurtul probiotic se adaugă în plus o cultură mixtă de bifidobacterii, Lactobacillus acidophilus și/sau Lactobacillus casei.

Cultură concentrată de bacterii lactice se dizolvă în lapte pasteurizat, la temperatura de minim 25°C și se adaugă sub agitare continuă în laptele din vană.

Din aceasta vană, dacă se dorește obPinerea unui iaurt cu coagul ferm (iaurt clasic), laptele inoculat este preluat de o pompă și dirijat în mașina de ambalare, de unde se dozează în ambalaje. Ambalajele cu lapte inoculat cu bacterii lactice sunt introduse apoi în camera termostat, unde are loc fermentarea laptelui. Dupa coagularea laptelui și obtinerea pH-ului optim are loc prerăcirea si răcirea finală a iaurtului din ambalaje, într-o cameră frigorifică.

În cazul fabricării iaurtului cu coagul fluid (iaurt de băut), fermentarea laptelui are loc în vana de preparare iaurt timp de 2,5-3,5 ore, după care coagulul format este omogenizat cu ajutorul agitatorului montat pe capacul vanei și prerăcit la o temperatură de cca. 20°C. După aceasta operaPie, iaurtul fluidizat este preluat de pompa care alimentează dozatorul mașinii de ambalat pentru ambalarea produsului în pahare.

Termostatarea iaurtului

În funcţie de cultura de bacterii lactice utilizate, temperatura de fermentare(termostatare) a laptelui la fabricarea iaurtului este de 42°- 45°C, cu menţinere la această temperatură timp de 2,5-3,5 ore.Termostatarea asigură condiţiile optime de dezvoltare a microflorei specifice șifermentarea laptelui. Momentul final al fermentării este stabilit atât organoleptic cât și analitic, prin determinarea acidităPii titrabile, care trebuie să fie cuprinsă între 80°-90°T sau prin determinarea pH-ului, care trebuie să fie cuprins între 4,65-4,70.

Prerăcirea iaurtului

La fabricarea iaurtului cu coagul fluid (iaurt de băut), prerăcirea se realizează în vana de preparare iaurt, prin introducerea apei reci în mantaua vanei, sub agitare continuă.

6

Dupa prerăcire iaurtul este dirijat la dozatorul mașinii de ambalare în pahare.

În cazul fabricării iaurtului cu coagul ferm (iaurt clasic), prerăcirea produsuluipreambalat până la temperatura de 18°-20°C, se va realiza într-o cameră de prerăcire și va dura cca. 30 minute. Aceasta are drept scop formarea coagulului ferm și prevenirea separării zerului. Prerăcirea preântâmpină si acidifierea în continuare a produsului.

Ambalarea iaurtului

Dozarea iaurtului în ambalaje se va realiza cu ajutorul unei mașini automate deambalare produse lactate vâscoase, la pahare, tip AMPA 8-7.

Productivitatea mașinii este de 1500 buc./h și poate doza iaurtul în pahare la diferite gramaje.

Paharele cu iaurt se așază în navete de material plastic și se introduc în camerade răcire pentru răcirea finală.

Răcirea – depozitarea iaurtului

Răcirea propriu-zisă la temperatura de 2...8oC are loc in camera frigorifică a secţiei (dulap frigorific). În această fază coagulul devine mai compact, aroma se accentuează și gustul devine mai plăcut.Iaurtul este păstrat în acest spaPiu până în momentul livrării.

Livrarea iaurtului

Transportul iaurtului, din momentul ieșirii din camera frigorifică și până în momentul ajungerii în reţeaua de distribuţie, va trebui asigurat la o temperatură de maxim 8°C, cu ajutorul mijloacelor de transport auto dotate cu agregate frigorifice și termoizolate.

7

Schema tehnologică de fabricare a iaurtului cu coagul ferm (iaurt clasic) esteprezentată în figura nr. 1

8

LAPTE INTEGRAL

RECEPŢIE CALITATIVĂ ŞI CANTITATIVĂ

CURĂŢIRE - FILTRARE

SEPARARE CENTRIFUGALĂ

Smântână

Lapte smântânit

NORMALIZARE(0,05…8% grăsime)

LAPTE NORMALIZAT

PASTEURIZARE

85-95ºC /20…30

RĂCIRE 42-45ºC

INOCULARE 42-45ºC

Cultură bacteriilactice

2. Schimbătoare de căldură cu plăci

Schimbătoarele de căldură cu plăci sunt alcătuite dintr-un număr de plăci metalice, montate în serie, dispuse pe un cadru metalic şi strânse cu un dispozitiv de strângere.

Schimbătorul de căldură cu plăci se compune din:

- suport;- placă de capăt mobilă;- bare de ghidare şi fixare;- plăci metalice;- placă de capăt fixă;- bolţuri de strângere;

9

AMBALARE

TERMOSTATARE42-45ºC /2,5…3,5 ore

PRERĂCIRE 18-20ºC

IAURT/CREMĂ DE IAURT

RĂCIRE - DEPOZITARE 2-8ºC

LIVRARE 2-8ºC

Schimbător de căldură cu plăci (schema):

1- şuruburi de fixare; 2- conductă pentru agentul primar; 3- garnituri; 4- plăci nervurate; 5- placă de fixare anterioară şi posterioară; 6- conductă pentru agentul secundar.

Plăcile metalice sunt montate în pachete, dispuse pe un cadru metalic format din bare de ghidare şi fixare şi suport. Plăcile se strâng cu bolţuri între placa de capăt fixă şi placa de capăt mobilă. Plăcile de capăt au rolul de a absorbi forţele necesare etanşării plăcilor şi forţele rezultate din presiunea fluidelor, precum şi de fixare a pachetului de plăci.

Plăcile au găuri pentru trecerea celor două fluide între care se produce transferul de căldură.

După profil, plăcile pot fi:

- plăci cu canale;- plăci cu flux unic;- plăci plane cu elemente pentru crearea turbulenţei

Cele mai răspândite plăci sunt cele cu flux unic, la care lichidul se deplasează sub forma unei pelicule în valuri urmărind configuraţia geometrică a plăcii.

Plăcile unui schimbător de căldură pot fi:

- normale;- intermediare;- de capăt.

Toate plăcile se numerotează, pentru a respecta ordinea de montaj necesară circulaţiei corecte a fluidelor. Plăcile se grupează în zone, printr-o zonă a schimbătorului de căldură înţelegând porţiunea cuprinsă între două plăci intermediare. Fiecare zonă se caracterizează prin natura fluidelor, schema de circulaţie şi regimul de temperatură.

10

Plăcile normale dintr-o zonă formează unul sau mai multe pachete, fiecare pachet constituindu-se dintr-un număr de canale prin care se deplasează fluidul.

Plăcile se etanşează cu garnituri, ceea ce permite etanşarea canalelor şi direcţionarea fluidelor în canale alternante, paralele, astfel încât unul dintre fluide curge printr-un număr impar de canale, iar celălalt printr-un număr par de canale.

De exemplu, schimbătorul de căldură cu plăci pentru amestecul de îngheţată, se utilizează în componenţa liniilor tehnologice de fabricare a îngheţatei la răcirea amestecului lichid de îngheţată. Acest schimbător funcţionează cu două zone de transfer termic şi prezintă următoarele caracteristici tehnice: productivitate amestec de înghetata 1200 l/h; temperatura de intrare 85°C; temperatura de ieşire din zona I 30°C; temperatura de ieşire din zona II 40°C; apa de răcire din zona I (apă de reţea) 18°C; apa de răcire din zona II (apa răcită) 0-2°C; debit apă de reţea 1700 l/h; debit apă răcită 2500 l/h.

2.1. Cazuri particulare de schimbătoare de căldură cu plăci

a) Schimbătoare de căldură cu plăci cu pereţi dubli

La aceste schimbătoare de căldură, plăcile duble au scopul de a creşte siguranţa în funcţionare: fiecare placă dublă constă din două plăci identice aşezate una peste alta în jurul orificiilor de circulaţie a fluidelor. O mică distanţă de aer între plăci acţionează ca o zonă de siguranţa în cazul în care una dintre cele două plăci s-ar deteriora. Dacă oricare dintre cele două fluide s-ar scurge prin cealaltă placă, fanta de aer dintre cele două plăci ar împiedica amestecul dintre cele două fluide. Fluidul scurs s-ar elimina în atmosferă, ceea ce ar fi vizibil din exterior.

Astfel de schimbătoare de căldură se utilizează mai ales în cazul unor fluide de lucru la care contactul accidental între ele ar provoca o reacţie de nedorit.

11

Plăcile duble, în combinaţie cu garniturile duble oferă securitate maximă împotriva contaminării încrucişate şi este o alternativă de înaltă eficienţă la schimbătoarele de căldură tubulare.

b) Schimbătoare de căldură cu plăci tubulare

La aceste schimbătoare de căldură, plăcile formează canale tubulare, cu o secţiune transversală liberă pe o parte şi cu canale convenţionale pe cealaltă parte. Rezultă astfel o construcţie lipsită de vibraţii, utilizată pentru condensarea la joasă presiune şi vaporizarea unor fluide fibroase şi cu particule.

c) Schimbătoare de căldură cu plăci cu spaţii largi

Acest tip de schimbătoare de căldură se utilizează pentru produse fluide ce conţin fibre sau particule grosiere, sau produse cu vâscozitate mare care în mod normal ar înfunda plăcile schimbătorului sau ţevile în cazul schimbătoarelor tubulare. Configuraţia acestor plăci permite crearea de turbulenţe înalte ale produselor şi eficienţa înaltă a transferului de căldură.

2.2. TIPURI DE SCHIMBĂTOARE DE CĂLDURĂ CU PLĂCI

Schimbătoarele cu plăci şi garnituri demontabile sunt de tipul prezentat în.Plăcile între care se introduc garniturile, se montează împreună între o placă de bază şi una mobilă. Plăcile pot sa fie demontate în vederea curăţării. Fixarea plăcilor se realizează cu ajutorul unor tiranţi. Din punct de vedere hidraulic se pot realiza curgeri în contracurent sau în echicurent.

Materialele din care se realizează plăcile depind de natura agenţilor de lucru, iar cele mai utilizate sunt:

- oţeluri inoxidabile;- aliaje de aluminiu;- aliaje de titan;- aliaje cupru-nichel.

Grosimea plăcilor poate să varieze între 0,6-1,1 mm, sau chiar mai mult.

Pentru garnituri se pot utiliza de asemenea mai multe materiale în funcţie de temperaturile de lucru:

- nitril (tmax = 110°C);- butil (tmax = 135°C);- etilen-propilen (tmax = 155°C);- Viton (tmax = 190°C);

12

Domeniul temperaturilor de lucru pentru aceste aparate poate să varieze între –50 şi +190°C.

Presiunile nominale maxime de lucru pot să ajungă până la 16-20 bar, iar diferenţa maximă dintre presiunile circuitelor poate să ajungă până la 9-12 bar şi în mod excepţional la 20 bar.

Schimbătoarele cu plăci sudate au plăcile asamblate nedemontabil prin sudare. Din această categorie fac parte:

- plăcile dulapurilor de congelare, realizate din profile de aluminiu sudate, pentru a forma platanele pe care se păstrează produse şi canalele de curgere pentru agentul frigorific care vaporizează;

- schimbătoarele de căldură realizate din plăci ambutisate şi sudate ca în figura 2.2.7 , pentru a se asigura rezistenţa mecanică şi curgerea agenţilor, de regula în contracurent.

Presiunile nominale maxime pot să ajungă până la 30-40 bar, iar domeniul de temperaturi între care pot să lucreze este de –200 şi +200° C.

Figura 2.2.7

Schimbător de căldură cu plăci sudate

Schimbătoarele cu plăci brazate sunt realizate cu plăci din oţel inoxidabil asamblate prin brazare (lipire) cu ajutorul unui aliaj pe bază de cupru, în cuptoare sub vid.Se pot utiliza ca vaporizatoare sau ca schimbătoare interne de caldură, dar numai pentru agenţi curaţi, deoarece nu se pot curaţa decât prin spălare chimică. Compactitatea acestor aparate este foarte mare.

Schema de curgere a fluidelor în schimbătoarele cu plăci brazate

13

Schimbătoarele de căldură cu plăci având circuite imprimate sunt realizate din plăci metalice plane, având gravate pe suprafaţa circuite fine (cca. 1 mm), prin metode chimice. Plăcile sunt asamblate în blocuri prin încălzire şi presare, procedeu denumit şi sudare sub presiune. Canalele sunt legate la două perechi de colectoare, pentru a forma două circuite separate. Din aceste plăci se pot realiza condensatoare şi vaporizatoare foarte compacte. În prezent aceste tipuri de aparate sunt în curs de perfecţionare în special în Australia şi Marea Britanie.

Schimbătoare de căldură (multi)tubulare

Schimbătoarele de căldură (multi)tubulare au fost utilizate cu succes de zeci de ani în procesul schimbului de căldură ce implică medii agresive

Schimbătoare de căldură cu plăci

Schimbătoarele de căldură cu plăci se potrivesc pentru procesele de schimb de căldură dintre două lichide, care pot fi corosive pe partea de produs şi servicii. Design-ul lor compact le recomandă pentru folosirea în spaţii închise.

Schimbătoare de căldură în bloc Schimbătoarele de căldură în bloc furnizate de B-Team sunt potrivite pentru toate procedeele de schimb de căldură. Cu proprietatea lor de a rezista la presiuni de până la 15 bari şi temperaturi mai mari de 200°C, schimbătoarele de căldură în bloc sunt utilizate frecvent ca radiatoare, evaporatoare şi condensatoare.

Schimbătoare de căldură sudate cuprate

Aceste schimbătoare se găsesc în construcţie brazată (sudată) şi se folosesc la aplicaţiile care presupun vehicularea unor fluide la temperaturi şi presiuni ridicate.

Principalele avantaje ale acestei construcţii sunt:

compacte, durabile şi preţ de cost redus; eficienţă termică maximă; oferă cel puţin aceleaşi performanţe ca şi schimbătoarele cu tuburi şi

manta.

Schimbătoare de căldură cu garnituri

Gamele de produse de la aceasta categorie sunt:

sanitar; cu pereţi dubli; cu protecţie cu grafit (anticorozive);

14

tradiţionale;

Avantajele acestor schimbătoare de căldură sunt reprezentate de:

interschimbabilitate; costuri reduse ale garniturilor; modularitate (prin adăugare sau extragere de plăci se poate rapid

schimba debitul lichidelor); întreţinere uşoară; dimensiuni compacte.

Capitolul II: Calculul de proiectare

1. Bilanţul de materiale cu determinarea debitelor de material în circulaţie şi întocmirea bilanţului de materiale în forma tabelară

CULTURĂ DVS (0,01%Lra) LAPTE INTEGRAL (LI)

Recepţie calitativă şi cantitativă (Lr) p1=1%

Preîncălzire (Lp) p2=0,5%

Curăţire centrifugală (Lc) p3=1,5%

Omogenizare (Lo) p4=0,1%

15

Pasteurizare (Lpa) p5=0,2%

Răcire (Lra) p6=0,1%

Inoculare (Lin)

Termostatare (I) p7=0,1%

Răcire (Ir) p8=0,1%

Ambalare p9=1%

IAURT (Ia)

Li= debit masic lapte integral kg/s Lra= debit masic lapte răcit kg/s

Lr= debit masic lapte receptionat kg/s Lia= debit masic lapte inoculat kg/s

Lp= debit masic lapte curăţit kg/s I= debit masic iaurt kg/s

Lc= debit masic lapte curăţit kg/s Ir= debit masic iaurt răcit kg/s

Lo= debit masic lapte omogenizat kg/s Ia= debit masic iaurt ambalat kg/s

Lpa= debit masic lapte pasteurizat kg/s DVS= debit masic de cultura kg/s

Bilanţul de materiale cu determinarea debitelor de material în circulaţie

*n=15

Dvi= 5100+250x15=8850 L/h => Dvi= 0,002458

Dm= 1028x0,002458 = 2,52 L/h

B.M. pentru operaţia de recepţie calitativă şi cantitativă

16

Li

Recepţie p1

Lr

Li= Lr+p1 =>Li=Lr + 0,01xLi =>Lr=2,52 kg/s

p1=1

100 x Li

B.M. pentru operaţia de preîncălzire

Lr

Preîncălzire p2

Lp

Lr= Lp+p2 =>Lp=Lr- p2 =>Lp=2,50 kg/s

P2=0,5100

x Lr

B.M. pentru operaţia de curăţire centrifugală

Lp

Curăţire centrifugală p3=1,5%

Lc

Lp=Lc+p3 =>Lc=Lp-p3=2,47 kg/s

B.M. pentru operaţia de omogenizare

Lc

Omogenizare p4=0,1%

Lo

Lc=Lo+p4 =>Lo=Lc-p4=2,46 kg/s

B.M. pentru operaţia de pasteurizare

Lo

Pasteurizare p5=0,2%

17

Lpa

Lo=Lpa+p5 =>Lpa=Lo-p5=2,45 kg/s

B.M. pentru operaţia de răcire

Lpa

Răcire p6=0,1%

Lra

Lpa=Lra+p6 =>Lra=Lpa-p6=2,44 kg/s

B.M. pentru operaţia de inoculare

Lra

DVS Inoculare

Lin

DVS+Lra=Lin=>Lin=2,44 kg/s

B.M. pentru operatia de termostatare

Lin

Termostatare p7=0,1%

I

Lin=p7+I=> I=Lin-p7=2,43kg/s

I

Răcire p8

Ir

18

I=Ir+p8=>Ir=I-p8=2,42kg/s

B.M. pentru operaţia de ambalare

Ir

Ambalare p9

Ia

Ir=Ia+p9=>Ia=Ir-p9=2,4kg/s

CS=Li/ Ia=1,05 kg lapte integral/kg iaurt

ŋ=1CS

=0,95

Bilanţul de materiale în forma tabelară

Nr. crt

DENUMIRE OPERAŢIE MATERIALE INTRARE MATERIALE IEŞIRE

DenumireSimbol

UM

Val.Num

DenumireSimbol

UM

Val.Num

1. Recepţie calitativă şi cantitativă

Lapte integralLi

kg/s

2,54 Lapte recepţionatLr

kg/s

2,52

Pierderi,p1 kg/s

0,02

Total parţial kg/s

2,54 Total parţial kg/s

2,54

2. Preîncălzire Lapte recepţionatLr

kg/s

2,52 Lapte pasteurizatLp

kg/s

2,50

Pierderi,p2 kg/s

0,01

Total parţial kg/s


2,51

19

3. Curăţire centrifugală Lapte pasteurizatLp

kg/s

2,50 Lapte curăţitLc

kg/s

2,47

Pierderi,p3 kg/s

0,03

Total parţial kg/s


2,50

4. Omogenizare Lapte curăţitLc

kg/s

2,47 Lapte omogenizatLo

kg/s

2,46

Pierderi,p4 kg/s

0,002

Total parţial kg/s


2,46

5. Pasteurizare Lapte omogenizatLo

kg/s

2,46 Lapte pasteurizatLpa

kg/s

2,45

Pierderi,p5 kg/s

0,004

Total parţial kg/s


2,45

6. Răcire Lapte pasteurizatLpa

kg/s

2,45 Lapte răcitLră

kg/s

2,44

Pierderi,p6 kg/s

0,002

Total parţial kg/s


2,44

7. Inoculare Lapte răcit Lră

DVSkg/s

2,44 Lapte inoculatLin

kg/s

2,44

Total parţial kg/s


2,44

8. Termostatare Lapte incoulatLin

kg/s

2,44 IaurtI

kg/s

2,43

Pierderi,p7 kg/s

0,002

Total parţial kg/s


2,43

9. Răcire IaurtI

kg/s

2,43 Iaurt răcitIr

kg/s

2,42

Pierderi,p8 kg/s

0,002

Total parţial kg/s


2,42

10. Ambalare Iaurt răcitIr

kg/s

2,42 Iaurt ambalatIa

kg/s

2,40

Pierderi,p9 kg/s

0,02

Total parţial kg/s


2,42

2. Bilanţul termic pentru cele trei zone cu determinarea debitului de abur necesar operaţiei de pasturizare, Ab , a temperaturii de ieşire a

20

t2iI t2iII t2fII=t2iIII t2fIII=t1iII

t1fIt1fII=t1iIII

t1iII=t2fII

Ab,h’

Ab,h”

lapte

abur

t2fI

laptelui încalzit din zona a II-a , t2fII, precum şi a temperaturii de ieşire a laptelui răcit din zona a II-a, t1fII;

Fig.1 – Schiţa

t1iI = t1fII = 79,47°C; t2iI = 4°C; t2fI = (40+0,15 x 15) = 42,25°C; t2iII = (t2fI – 2) = 40,25°C; t2fIII = t1iII = (90+0,2 x 15) = 93°C; t1fI = 42°C; p = (1,5 + 0,05 x 15) = 2,25 at; Dvi = ( 5100 + 250 x 15) = 8850 L/h

2.1 Bilanţul termic pentru zona I

Lr x t1iI x c1iI + Lr x t2iI x c2iI = Lr x t1fI x c1fI + Lr x t2fI x c2fI , W

21

I II III

c1iI se citeşte la temperatura de 40°C ; c1fI=3959,1 ; c2fI=3874 ; c2iI=3840,15 ; c1iI=3956,5

t1iI = t 1 fI x c1 fI+t 2 fI xc 2 fI−t 2iI x c2 iI

c1 iI = 79,47 W

2.2 Bilanţul termic pentru zona II

Lr x t2iII x c2iII + Lr x t1iII x c1iII = Lr x t2fII x c2fII + Lr x t1fII x c1fII , W

c2fII se citeşte la temperatura de 70°C ; c2iII=3956,9 ; c1iII=4020,64 ; c2fII=3990,0 ; c1fII=4003,15

t2fII = t 2 iII xc2 iII+t 1iII xc 1iII−t 1 fII xc1 fII

c 2 fII = 54 W

2.3 Bilanţul termic pentru zona III

c2fIII=4021,53 ; c2iIII=3874

Ab x h” + Lr x t2iIII x c2iIII = Ab x h’ + Lr x t2fIII x c2fIII

Ab x h” – Ab x h’ = Lr x t2fIII x c2fIII – Lr x t2iIII x c2iIII

Ab = Lr ( t 2 fIIIxc2 fIII−t 2iIIIxc2 iIII )

h - h '¿ = 0.250

3. Calculul termic:

22

3.1 Calculul coeficienţilor totali de transfer de căldură pe zone

K= 1

1α 1

+δΛ

+1α 2

, w/(m2xK) , unde:

α1 – coeficientul parţial de transfer termic prin convecţie de la fluidul cald la placă , w/( m2xK);

δ - grosimea plăcii , m;

Λ - conductivitatea termică a materialului din care este confecţionată placa , w/(mxK);

α2 - coeficientul parţial de transfer termic prin convecţie de la placă la fluidul rece, w/(m2xK).

δ= 1 mm; Λ= 17.5 w/(mxK)

Nu= α x deΛ

=> α= Nu x Λde

, w/( m2xK);

de= 0.0093 m

Nu= c x Rem x Prn x ε { c=0 .0645m=0 .78n=0. 46

ε=0 .95(α 1) ;0 .95 (α 2)

Re= w x de x ρ

η ; w=0.2 m/s

Pr= cp x ηΛ

Λ,ρ,η,cp= f (tmed=t 1+tf

2)

23

3.1.1Calculul coeficienţilor totali de transfer de căldură pe zona I

tmed1=t 1iI+ t 1 fI

2=60.73 ;

ρ1=1059.8 kg/m3 ; η1=0.0007 Pa x s ; λ1=0.522 ; cp=3977.5 J/(kg x k)

Nu=0.0645 x 2816.040.78 x 5.330.46 x 0.95=64.61

Re=0.2x 0.0093 x1059.8

0.0007=2816.04

Pr=3977.5x 0.0007

0.522=5.33

α1=64 .61x 0 .522

0 .0093=3626.4 w/(m2 x k)

tmed2=t 2 iI+t 2 fI

2=23.12 ;

ρ2=1051.6 kg/m3 ; ; η2=0.00102 Pa x s; λ2=0.498; cp=3906.3 J/(kg x k)

Nu=0.0645 x 1917.60.78 x 8.46 x 1.05=64

Re=0.2x 0.0093 x1051.6

0.00102=1917.6

Pr=3906.3x 0.00102

0.498=8

α2=64 x0 .498

0 .0093=3427 w/(m2 x k)

K1=1

13626 .4

+0.00117.5

+1

3427=

10.000565

=1769.91 w/(m2 x k)

24

3.1.2Calculul coeficienţilor totali de transfer de căldură pe zona II

tmedII1=t 1iII +t 1 fII

2=86.23


Nu=0.0645 x 3434.80.78 x 40.46 x 0.95=66.40

Re=0.2x 0.0093 x997.2

0.00054=3434.8

Pr=4008.2 x0.00054

0.54=4

α1=66 .40 x0 .54

0 .0093=3855.4 w/(m2 x k)

tmedII2=t 2 iII+t 2 fII

2=47.07


Nu=0.0645 x 2388.30.78 x 60.46 x 1.05=66.61

Re=0.2x 0.0093 x1014.4

0.000794=2388.3

Pr=3972.7 x0.00079

0.517=6

α2=66.61x 0 .517

0 .0093=3702.9 w/(m2 x k)

K2=1

13855.4

+0.00117.5

+1

3702.9=

10.000565

=2000 w/(m2 x k)

25

3.1.3Calculul coeficienţilor totali de transfer de căldură pe zona III

α1=1500 w/(m2 x k)

tmedIII2=t 2 iIII+t 2 fIII

2=73.44

ρ2=997.09 kg/m3 ; η2=0.000537 Pa x s ; λ2=0.892 ; cp=3990 J/(kg x k)

Nu=0.0645 x 34450.78 x 2.540.46 x 1.05=59.48

Re=0.2x 0.0093 x997.09

0.000537=3445

Pr=3990x 0.000537

0.892=2.54

α2=59.48x 0 .517

0 .0093=3306.5 w/(m2 x k)

K3=1

11500

+0.00117.5

+3306.5=

10.00095

=1052.6 w/(m2 x k)

3.2 Determinarea ariei suprafeţei de transfer de caldură pe zone şi a numărului de plăci pe zone;

Determinarea ariei suprafeţei pentru zona I

A=Qtr

K x Dtmed

Qtr= Lr (t1iI x c1iI – t1fI x c1fI) = 2.52 (314581.995 – 166282.2)=373715.48 , W

Dtmed: t1i=79.47; t1f=42; t2i=4; t2f=42.25

Dtm=37.22 ; DtM=38 ; DtmDtM

=0.9<2 ; Dtmed=38+37.22

2=37.61

26

79.47

42.2

42

4

t,°C

A,m2

AI=Qtr

K x Dtmed= 373715.48

1769.91x 37.61=5.61 m2

Determinarea ariei suprafeţei pentru zona II

Qtr= Lr (t1iII x c1iII – t1fII x c1fII) = 2.52 (373919.52 – 318130.3305)=140588.75 , W

Dtmed: t1i=93; t1f=79.47; t2i=4; t2f=42.25

Dtm=50.75 ; DtM=75.47 ; DtmDtM

=0.6<2 ; Dtmed=50.75+75.47

2=63.11

AII=Qtr

K x Dtmed= 140588.75

2000x 63.11=1.11 m2

Determinarea ariei suprafeţei pentru zona III

Qtr=Ab(h’’ - h’)=0.250 (2720.3 – 532.68)=546.905 , W

Dtmed: t1i=t1f=tc=f(p) ; p=(1.5x0.05x15)=2.25 ata; t2i=53.89; t2f=93; tc=126.7

Dtm=33.7 ; DtM=72.81 ; DtmDtM

=0.46<2 ; Dtmed=53.7+72.81

2=53.25

AIII=Qtr

K x Dtmed= 546.905

1052.6 x53.25=0.009 m2

27

93

42.25

79.47

t,°C

A,m2

4

126.7

93

126.7

t,°C

53.89

A,m2

Determinarea numărului de placi pentru zona I

nI=AIA 0

=5.610.5

=11.22

Determinarea numărului de placi pentru zona II

nII=AIIA0

=1.110.5

=2.22

Determinarea numărului de placi pentru zona III

nIII=AIIIA0

=0.0090.5

=0.018

Calculul numărului de canale pe zone

m=Lr

ρ x w x s , unde:

Lr – debitul masic de fluid , kg/s;

ρ - densitatea fluidului, kg/m3;

w – viteza de circulaţie a fluidului {w=0.3m /s pentru laptew=25m / s pentru abur

s – aria secţiunii de curgere , m2 ; s=175 x 10-5

Calculul numărului de canale pentru zona I

mI=Lr

ρ x w x s=

2.521059.8x 0.3 x0.00175

=4.58

mI=Lr

ρ x w x s=

2.521051.6 x0.3 x 0.00175

=4.56

Calculul numărului de canale pentru zona II

mII=Lr

ρ x w x s=

2.52997.2x 0.3 x0.00175

=4.84

mII=Lr

ρ x w x s=

2.521014.4 x0.3 x 0.00175

=4.73

Calculul numărului de canale pentru zona III

mIII=Lr

ρ x w x s=

0.250997.09 x0.3 x 0.00175

=0.0057

28

mIII=4.25

Capitolul III: Partea desenată

3.Diagrama Sankey pentru circulaţia fluxurilor termice pentru o zonă la alegere.

Bilanţul termic pentru zona I:𝛷1iI + 𝛷2iI = 𝛷1fI + 𝛷2fI , W𝛷1iI = Lr x t1iI x c1iI = 792746.6 , W => 𝛷1iI = 7.9 x 105 , W𝛷2iI = Lr x t2iI x c2iI = 38708.7 , W => 𝛷2iI = 0.3 x 105 , W𝛷1fI = Lr x t1fI x c1fI = 419031.1 , W => 𝛷1fI = 4.2 x 105 , W𝛷2fI = Lr x t2fI x c2fI = 412464.7 , W => 𝛷2fI = 4.1 x 105 , W

𝛷1iI = 7.9 x 105 , W => 7.9 x 20 mm = 158 mm𝛷2iI = 0.3 x 105 , W => 0.3 x 20 mm= 6 mm𝛷1fI = 4.2 x 105 , W => 4.2 x 20 mm = 84 mm𝛷2fI = 4.1 x 105 , W => 4.1 x 20 mm= 82 mm

29

Documents

Proiect Operatii Unitare