image 6

Stanisław Zmariicki

nieduża różnica między temperaturą czynnika grzejnego w centrum strumienia (7j) i przy powierzchni grzejnej (/₂). Łatwość wnikania ciepła od czynnika grzejnego do przegrody wyraża się dużą wartością współczynnika a . Jeżeli po drugiej stronnie przegrody burzliwość ruchu czynnika ogrzewanego jest znacznie mniejsza (np. z powodu mniejszej prędkości przepływu i większej lepkości), lo warstewka cieczy znajdująca się przy samej przegrodzie, oznaczona symbolem „w”, pozostaje praktycznie nieruchoma. Im mniejsza jest burzliwość ruchu, tym większa jest grubość tej stacjonarnej warstewki (porównaj rozkład prędkości warstw cieczy w ruchu laminarnym). Stanowi ona duży „opór cieplny”, co wyraża się dużą różnicą temperatury t-t_Ą. Ruch ciepła przez tę warstewkę odbywa się bowiem na zasadzie przewodzenia, a nie konwekcji, przewodność cieplna właściwa dla wody i płynnych produktów żywnościowych wykazuje zaś bardzo małe wartości, na przykład z dla wody o temperaturze 100°C (tj. 373 K) wynosi około 0,6 W'(m-K)“'. W miarę oddalania się od przegrody turbulencja przepływu stopniowo wzrasta i w rezultacie rośnie udział konwekcji w przenoszeniu ciepła, co wyraża się mniejszym spadkiem temperatury w zakresie / -/ W sumie jednak dość znaczna grubość warstewki stacjonarnej i wynikający stąd opór cieplny decydują o mniejszej wartości współczynnika a, w porównaniu z a .

W przypadku sekcji pasteiyzacji mleka w aparacie płytowym, przy użyciu gorącej wody, współczynniki a, i a, osiągają wartość od 2000 do 5000 W-(nr-K) ', przy czym większa wartość współczynnika a, wynika głównie z większej burz-liwości przepływu wody grzejnej, w porównaniu z mlekiem, ponieważ stosunek objętości wody do mleka wynosi we wspomnianej sekcji 4:1.

O ile wielkość współczynników wnikania ciepła informuje o łatwości oddawania ciepła do przegrody przez czynnik grzejny («,) i łatwości odbierania ciepła

przez czynnik ogrzewany (a,), to stosunek — jest miarą łatwości przewodzenia

ciepła przez przegrodę, a zatem nazwany może być przepustowością cieplną przegrody. Ponieważ przewodność cieplna właściwa X dla stali kwasoopornej, z której wykonane są płyty strumieniowe wymiennika ciepła, wynosi około 23 W-(m-K)~¹, a grubość płyt zwykle 1 mm, czyli 0,001 m, więc przepustowość cieplna przegrody będzie mieć wartość:

/ 0,001

(4)

Jest to wartość kilka razy większa od wartości współczynników a i a,, co dowodzi, że wielkość współczynnika przenikania ciepła (/c) jest w przypadku aparatów płytowych, w zdecydowany sposób limitowana wielkością wyżej wymienionych współczynników wnikania ciepła (a_] i «₂).

W przypadku pasteryzacji mleka wartości współczynnika k dla poszczególny cli sekcj i aparatu płytowego wynoszą:

sekcja	współczynnik k [W-Orf-K-¹)]	stosunek objętości czynników
pasteryzacji (woda gorąca/mleko)	3000-5000	4 : 1
regeneracj i (mleko/mleko)	1500-3000	1 : 1
chłodzenia (woda zimna/mleko)	2000-3000	1,5 : 1

Najmniejsza wartość współczynnika k dla sekcji regeneracji wynika między innymi z najmniejszej burzliwości ruchu czynników w tej sekcji, ponieważ po obu stronach przegrody przepływa taka sama ilość mleka, zwykle 4-krotnie mniejsza niż na przykład ilość wody grzejnej w sekcji pasteryzacji.

Ze wzoru (2) wynika, że oprócz wartości k, także różnica temperatury między czynnikami decyduje o ilość ciepła, jaka między nimi przepływa, w przeliczeniu na jednostkę powierzchni i czasu. Różnica ta nie jest jednakowa w różnych miejscach przegrody, co widać na rysunku 5.4, dlatego do obliczeń bierze się tak zwaną zastępczą, zwykle średnią logarytmiczną różnicę temperatury, czyli:

2,303 log

gdzie:

A/ - duża różnica temperatury, At_m - mała różnica temperatury.

Rysunek 5.4. Diagram przebiegu ogrzewania mleka przy użyciu gorącej wody w płytowych wymiennikach ciepła: A - w przeciwprądzie; B - we współprądzie; t i t_k - temperatura początkowa i końcowa czynnika grzejnego, /' i t'_k - temperatura początkowa i końcowa czynnika ogrzewanego