Курсовое проектирование теплообменных аппаратов молочной промышленности

П.  А. Лисин 

КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ 
ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ 
МОЛОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 

Рекомендовано Ученым советом агротехнологического 
факультета ОмГАУ в качестве учебного пособия 
при подготовке бакалавров 
по образовательным программам ООП ВО: 19.03.03 
«Продукты питания животного происхождения»

Санкт-Петербург
ГИОРД 
2019

УДК 637.232.14.001
ББК 36.95
 
Л63

Автор:
Лисин П. А. — профессор кафедры продуктов питания и пищевой 
биотехнологии агротехнологического факультета Омского государственного 
аграрного университета имени П. А. Столыпина (ОмГАУ)

Рецензенты:
Вальтер Геннадий Фридрихович — генеральный директор АО «Любинский 
молочно-консервный комбинат», кандидат технических наук;
Толстогузова Татьяна Тимофеевна — начальник производственного цеха 
Молочного завода ООО «ВНИМИ-Сибирь», кандидат технических наук

Лисин Петр Александрович
Л63 
 
Курсовое проектирование теплообменных аппаратов молочной 
промышленности : учеб. пособие / П. А. Лисин.  — Санкт-Петербург : 
ГИОРД, 2019. — 104 с. : ил.

ISBN 978-5-98879-158-4

В учебном пособии рассмотрены методики проектирования трубчатых, 
пластинчатых теплообменных аппаратов молочной промышленности, методы 
интенсификации теплообмена.
Издание предназначено для студентов, обучающихся по направлениям 
подготовки бакалавров «Продукты питания животного происхождения», а также может быть использовано научными и инженерно-техническими специалистами пищевой промышленности.

УДК 637.232.14.001
ББК 36.95

ISBN 978-5-98879-158-4 
© ООО «Издательство „ГИОРД“», 2019

К 100-летию 
Омского государственного аграрного университета

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

Введение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

Глава 1. Общие положения курсового проектирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

1.1. Содержание и объем курсового проекта. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

1.2. Шкала и критерии оценивания курсового проекта  . . . . . . . . . . . . . . . . .13

1.3. Место и трудоемкость курсового проекта. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

1.4. Условные обозначения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

1.5. Требования, предъявляемые к теплообменным аппаратам. . . . . . . . . . .17

Глава 2. Проектирование трубчатых теплообменных аппаратов  . . . . . . . . . . . . . . .19

2.1. Тепловой расчет трубчатого аппарата  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

2.2. Конструктивный расчет трубчатого аппарата  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

2.3. Расчет теплоизоляции трубчатого аппарата. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32

2.4. Гидравлический расчет трубчатого аппарата  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35

2.5. Проверочный расчет трубчатого аппарата  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38

Контрольные вопросы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39

Глава 3. Проектирование пластинчатых теплообменных аппаратов  . . . . . . . . . . . .41

3.1. Пластинчатые пастеризационно-охладительные установки. . . . . . . . . .41

3.2. Проектирование пластинчатых пастеризационно-охладительных 
установок. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46

Контрольные вопросы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64

Глава 4. Интенсификация теплообмена. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65

4.1. Интенсификация теплообмена в трубчатых аппаратах  . . . . . . . . . . . . . .66

4.2. Интенсификация теплообмена в пластинчатых аппаратах . . . . . . . . . . .70

4.3. Интенсификация теплообмена турбулизирующими вставками. . . . . . .72

Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76

Оглавление 
7

Приложения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77

Приложение А (справочное). Единицы измерения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77

Приложение Б (справочное). Основные физические свойства 
жидких сред. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79

Приложение В (справочное). Физические свойства сухого 
насыщенного пара . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81

Приложение Г (справочное). Характеристика теплоизоляционных 
материалов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82

Приложение Д (справочное). Трубы из нержавеющей стали. . . . . . . . . . . . .83

Приложение Е (справочное). Коэффициенты местных 
сопротивлений в теплообменниках  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84

Приложение Ж (справочное). Насосы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85

Приложение К (справочное). Технические характеристики установок . . . .86

Приложение Л. Форма титульного листа курсового проекта. . . . . . . . . . . . .92

Приложение М (справочное). Библиографическое описание 
литературы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93

Приложение Н. Варианты заданий к выполнению курсового проекта  . . . .94

Приложение П. Пастеризационные установки  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .95

Список рекомендуемой литературы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97

Основной список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97

Дополнительный список  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98

ПРЕДИСЛОВИЕ

Теплообменные аппараты широко применяются во всех отраслях 
пищевой промышленности — в технологических процессах производства молочных продуктов, хлебобулочных, макаронных и кондитерских изделий, фруктово-ягодных напитков и других продуктов.
На теплообменных аппаратах при производстве молочнокислых 
продуктов (кефира, йогурта, творога и др.) производят пастеризацию 
молока с выдержкой, его охлаждение — до 22…36 °C (при этой температуре выдерживают в течение времени, необходимого для сквашивания молока) и затем — окончательное охлаждение готового продукта. Для эффективного процесса сепарирования и очистки молоко 
нагревают в теплообменных аппаратах до температуры 40…45 °C.
В ряде теплообменных аппаратов для пастеризации молока нагрев и охлаждение производят одновременно в непрерывном потоке. Теплота нагретого молока используется для нагрева холодного 
молока, т. е. происходит регенерация теплоты. За счет регенерации 
экономится до 90 % тепловых ресурсов (например, см. установку Tetra 
Therm Lacta 10).
Данное пособие «Курсовое проектирование теплообменных 
аппаратов молочной промышленности» написано в соответствии 
с требованиями ГОС ВПО и примерной программой дисциплины 
«Процессы и аппараты пищевых производств». Основная цель учебного пособия — способствовать закреплению теоретических и практических знаний студентов при изучении дисциплины «Процессы 
и аппараты пищевых производств» и приобретению практических 
навыков в компьютерном проектировании аппаратов для тепловой 
обработки пищевых продуктов.
В первой главе рассматриваются основные положения выполнения курсового проекта. Во второй главе приведена методика проектирования трубчатых теплообменных аппаратов. В третьей главе 
приведена методика проектирования пластинчатых пастеризационноохладительных установок. В четвертой главе описаны методы интенсификации режимов теплообмена в аппаратах. Приложения содержат 
справочные материалы, необходимые для расчета, и технические характеристики теплообменных аппаратов.

Предисловие 
9

Учебное пособие будет полезно для студентов очной и заочной 
форм обучения, а также для аспирантов, преподавателей, инженернотехнических работников пищевой промышленности. Рекомендуемый 
список литературы охватывает все разделы курсового проектирования.
Нельзя выполнять проектные расчеты без творческого обдумывания (осмысления) полученных результатов, без должного анализа 
и оценки происходящих тепловых, гидравлических, механических 
процессов и работоспособности проектируемых аппаратов, поэтому 
в пособии уделяется внимание аналитической оценке изучаемого 
процесса. В какой степени автору удалось это выполнить, покажет 
время и активность студентов при выполнении курсового проекта.
Автор с пониманием примет критические замечания и пожелания 
студентов, аспирантов и инженерно-технических работников для 
исправления и методического изложения проектирования теплообменных аппаратов. По интересующим вопросам и консультациям просим обращаться на кафедру «Продуктов питания и пищевой 
биотехнологии» Омского государственного аграрного университета 
им. П. А. Столыпина по адресу: 644008, г. Омск, Институтская площадь, 2, тел. (3812) 65-01-81.

ВВЕДЕНИЕ

Значительную роль в развитии пищевой промышленности играют 
инженерные расчеты, способствующие глубокому пониманию изучаемых процессов, представляющие основу проектирования машин 
и аппаратов. Базовые знания по расчету процессов и аппаратов будущий инженер должен получать в вузе. Современное учение о процессах и аппаратах опирается на прочный фундамент химии, физики, 
математики, механики, теплотехники и электротехники.
Важное место в подготовке высококвалифицированных специалистов пищевой промышленности занимает дисциплина «Процессы 
и аппараты пищевых производств». В ее основе — принципы конструирования, проектирования машин и аппаратов пищевой промышленности.
Для анализа теплового процесса, поиска оптимального решения 
и оценки правильности выполненного расчета в данном пособии 
используются современные компьютерные технологии. К ним автор 
относит компьютерную интегрированную математическую систему 
MathCAD Pro, с помощью которой можно исследовать динамику 
теплового процесса, определять условия эффективной работы машин 
и аппаратов, намечать пути разработки перспективных теплообменных аппаратов.
При разработке технологических процессов для производства 
новых видов пищевых продуктов необходимо правильно выбрать 
теплообменный аппарат для заданного теплового режима с учетом 
особенностей технологии пищевых продуктов, в частности, молока 
и молочных продуктов.