Thermo-hydraulic design of an unfinned and finned double pipe heat exchanger for milk cooling. Part 1 - Unfinned heat exchanger.
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Abstract
Double-pipe heat exchangers (DPHEs) have acquired significance in recent years as a result of their simple construction, compactness, ease of maintenance and cleaning, and relatively low operating/capital costs, with widespread use in heat transfer services involving sensible heating or cooling of process fluids. This paper aims to design a DPHE from the thermo-hydraulic point of view, to determine its suitability and applicability to cool down a stream of liquid cow’s milk using chilled water as coolant. Several design parameters were calculated such as total number of hairpins (21), heat transfer surface area (12.92 m2), cleanliness factor (0.752) and percent over surface (32.96%), which can be considered as satisfactory. Also, it is required a mass flowrate of chilled water of 9.32 kg/s, classified as high. The designed DPHE cannot be applied satisfactorily in the requested heat transfer service because the pressure drop (9,481,246 Pa) of the tube-side fluid (chilled water) is quite higher than the maximum allowable limit set by the process (85,000 Pa), which also increases the required pumping power for this fluid to an important value (110.5 kW). The designed DPHE will cost around USD $ 45,600 based on May 2025.
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