Thermo-hydraulic design of an unfinned and finned double pipe heat exchanger for tomato juice cooling. Part 1 - Unfinned heat exchanger
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Abstract
The double pipe heat exchanger (DPHE) is commonly used in the food industry due to its simplicity in mechanical design, minimal maintenance, ease of cleaning and also the possibility to operate at high temperatures and pressures. The objective of this paper is to design an unfinned DPHE form the thermo-hydraulic point of view, to determine its feasibility to cool down a stream of hot tomato juice using chilled water as coolant. The main design parameters calculated were the total number of hairpins (32), the cleanliness factor (0.708), the percent over surface (41.29%), and the frictional pressure drop and pumping power for both fluids. Likewise, it will be required a mass flowrate of cooling water of 6.50 kg/s, with a heat load of 951.77 kW. The designed DPHE cannot be successfully applied to the requested heat transfer service because the high values obtained for the total number of hairpins, percent over surface and the frictional pressure drop (16.56 atm) for the annulus fluid (chilled water), which is quite higher than the maximum allowable value set by the process (0.296 atm) for this stream, thus increasing also the pumping power of this fluid to a significant value (13.67 kW). The designed unfinned DPHE will cost around USD $ 165,500 based on Jan, 2026.
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