Секция пастеризации молока.

 

где и - поверхность нагрева, м²;

М - производительность, кг/с;

К - коэффициент теплопередачи, Вт/ (м²* К);

с - теплоемкость молока, Дж/(кг*К).

Общая поверхность двух секций составит

F=

Из конструктивных особенностей поверхность нагрева каждой секции должна быть^; одинаковой, поэтому

.

Поверхность нагрева состоит из трубок диаметром 30 мм и длиной 1,2 м.

Определяют количество труб по секциям:

,

где d - длина трубы, м (d = 0,030 м);

1 -длина трубы, м (1 = 1,2 м).

Для того, чтобы секции были одинакового диаметра, ко­личество труб в секциях должно быть одинаково, т. е.

Общее количество труб в секциях

n=

Определяют расход пара на пастеризатор:

Секция подогрева молока.

Секции: пастеризации молока.

Где , - расход пара по секциям, кг/ч;

- энтальпия пара, Дж/кг (определяют по дав­лению пара);

- теплоемкость кон денсата, Дж/(кг*К) (опре­деляют по температуре конденсата);

—.температура конденсата, °С (берутся на 2— 3° ниже температуры пара);

= - (2 + 3)= 108 - 3 = 105°С;

- КПД, учитывающий потери тепла ( = 0,95).

Общий расход пара по секциям составит

D = .

Скорости движения продуктов по трубам теплообменни­ка высоки. Поэтому требуются значительные напоры для преодоления сопротивления силы трения. Режим течения мо­лока турбулентный.

Коэффициент трения по длине труб Z _птр = 0,02. Трубы соединены последовательно через камеры, и поток молока имеет повороты на 180°.

Коэффициент местных сопротивления определен опытным путем (для поворота потока жидкости на 180° в трубах приближенно равен 1,5).

Гидравлические сопротивления теплообменников, складывающиеся из сопротивлений трения по длине последова­тельно соединенных труб и местных сопротивлений на по­вороте, определяют по формуле:

 

ΔP= *( ,

где – скорость молока, м/с ( =2-3 м/с)

- плотность молока, кг/м³ ( - определяют но тем­пературе молока);

-коэффициент сопротивления по длине трубопровода;

-длина трубопровода, м ( = 1,2 м);

d - диаметр трубы, м (d = 0,03 м);

n - число труб, шт.;

-сумма местных сопротивлений (равна количеству поворотов, умноженных на сопротивление одного поворота Z_MC = 1,5).

При подборе насосов необходимо учитывать гидравличе­ские сопротивления в пастеризаторе. Общий напор насосов должен быть больше гидравлических сопротивлений, т. е. на­сос подбирают по производительности (насос меньше 5 м³/ч брать не рекомендуется) чуть большей производительности аппарата.

Количество насосов определяют делением общего напора на преодоление гидравлических сопротивлений в секциях на паспортный напор подобранного насоса. Суммарный напор насосов должен обеспечить заданную скорость движения жидкости в аппарате.

Можно руководствоваться компоновкой насосов устано­вок Т1-ОУК, Т1-ОУН, Т1-ОУТ.

4. Расчет маслообразователей.

Трехцилиндровый маслообразователь входит в комплект автоматизированной поточной линии производства сливочно­го масла и предназначен для переработки высокожирных сливок в сливочное масло.

Высокожирные сливки из нормализационных ванн охлаж­даются в трех цилиндрах маслообразователя и превраща­ются в масло.

В процессе охлаждения сливки перемешивают мешалка­ми вытеснительных барабанов.

Барабаны приводятся во вращение приводом, состоящим из двигателя и двухступенчатого косозубого цилиндрическо­го редуктора. Мощность двигателя N=232 кВТ; частота вра­щения n = 1430 об/мин = 24с^-1.

Выполним проектный расчет цилиндрового маслообразо­вателя.

Выберем исходные параметры процесса в маслообразователе, его размеры:

количество цилиндров - 3, внутренний диаметр охлаж­дающих цилиндров всех трех секций Д = 0,315 м; цилинд­ры изготовлены из нержавеющей стали; поверхность охлаж­дения каждого цилиндра 0,7 м², наружный диаметр бараба­на 0,265 м, длина каждой мешалки 0,69м, плотность высокожирных сливок и сливочного масла 930 кг/м³, коэффици­ент теплопередачи в первой секции 500 Вт/(м²*К), во вто­рой - 400 Вт/(м²*К), в третьей - 150 Вт/(м²*К); тепло­вой кпд общий для всех секций 0,9; мощность, пере­шедшая в тепловую в результате вращения, мешалок в вяз­кой среде, в первом цилиндре N = 200 Вт, во втором цилиндре =400 Вт, в третьем цилиндре N₃ = 700 Вт. Сред­няя теплоемкость высокожирных сливок 2500 Дж/(кг*К), масла 2000 Дж/(кг*К). Теплота фазового превращения Δr =25 000 Дж/кг.

Для расчета средней скорости потока принимают продолжительность обработки продукта в маслообразователе за 300с = 150с.

Определяем частоту вращения вытеснительного барабана:

где - частота вращения вала двигателя, с^-1( =1430 об/мин =24 с^-1);

- передаточное число первой зубчатой передачи ре­дуктора; =

= передаточное число второй зубчатой передачи; =

где — число зубьев шестерен ( = 19);

— число зубьев колеса ( = 59), Z₃ = 19, Z₄ = 59. Производительность маслообразователя каждой из его секций определяют из уравнения неразрывности потока и равна производительности

M=f*n* *

где f_n - площадь поперечного сечения потока продукции в секции, м²;

-средняя скорость потоков продукта в секции, м/с ( = 930кг/м³)

или

M= ,

где D - внутренний диаметр охлаждающего цилиндра, м (D = 0,315 м);

d - наружный диаметр вытеснительного барабана, м (d = 0,265 м);

- объемный к.п.д., учитывающий увеличение коль­цевого сечения (дополнительные полости) и одно­временно его уменьшение в результате установки ножей и их креплений ( = 0,8).

Среднюю скорость потока продукта в секции определя­ют по формуле

,

где - длина пути движения потока в секции равна длине цилиндра, м (1„ = 0,690 м);

- продолжительность обработки в одной секции, с.

Общая продолжительность обработки в маслоизготовителе принята за 300 с, поэтому среднюю продолжительность обработки высокожирных сливок или масла в одной секции определяют по формуле

,

где - общая продолжительность обработки в маслоизготовителе, с ( = 300 с);

Z — количество цилиндров (Z = 3),

тогда

= .

Количество одновременно обрабатываемого продукта в секции

 

m= .

Для получения масла хорошего качества решающее зна­чение имеет правильный выбор общей продолжительности обработки продукта, которая зависит от многочисленных факторов: физико-химических свойств молока, природных зон и времени года, качества высокожирных сливок, спосо­бов и температурного режима при их получении, диаметра
барабанной мешалки, температурного режима работы маслообразователя.

При охлаждении сливок в цилиндрах маслообразователя хладагент (ледяная вода, рассол) движется по спирали вин­тообразно вокруг цилиндра по направлению от передней части аппарата к задней; в нижнем и верхнем цилиндрах - противотоком по отношению к движению продукта, а в сред­нем цилиндре - прямотоком. Такое направление движения улучшает теплообмен.

Возможные схемы охлаждения цилиндров: охлаждать нижний цилиндр ледяной водой, а средний и верхний - рассолом;

охлаждать нижний и средний цилиндры водой, а верхний цилиндр - рассолом;

охлаждать все три цилиндра ледяной водой; охлаждать все три цилиндра рассолом. Изображают температурный график трехсекционного маслообразователя для случая, когда нижний цилиндр охлаж­дается ледяной водой, а средний и верхний цилиндры - рассолом.

При заданном температурном режиме можно приближен­но определить общую продолжительность обработки в трехцилиндровом маслообразователе по формуле

= ,

где m - количество одновременно обрабатываемого продукта в секции, кг (вместимость цилиндра по сливкам);

Z - количество секций (Z = 3);

- средняя теплоемкость высокожирных сливок, Дж/ (кг * К)(с_сл = 2500Дж/(кг*К);

- начальная температура высокожирных сли­вок, перед входом в первую секцию маслооб­разователя, °С, ( = 70°С);

t₂ - температура высокожирных сливок на выходе из I секции,°С(t₂= 23°С);

- температура высокожирных сливок на вы­ходе из II секции (t₃ = 13°С);

t₄ -температура сливочного масла на выходе из маслообразователя,°С (t₄ = 15°)

- средняя теплоемкость сливочного масла, Дж/(кг*К) ( = 2000 Дж/(кг*К);

- теплота фазового превращения в масле при кристаллизации, Дж/кг ( = 25 000 Дж/кг);

, F₂, - внутренняя поверхность охлаждающих цилин­дров, ( = F₂ = F₃ = 0,7 м²);

К - коэффициент теплопередачи в соответствую­щих цилиндрах маслообразователя, Вт/м² ( = 500 Вт/(м²*К); К₂ = 400 Вт/(м²*К); Кз = 150 Вт/(м²*К));

, , - средняя логарифмическая разность темпера­тур в I, II и III секциях, °С;

- коэффициент, учитывающий потери холода в секциях через крышки и мешалки ( = 0,9);

, , - мощность, перешедшая в тепловую в резуль­тате вращения мешалок в вязкой среде в со­ответствующих цилиндрах, Вт ( = 200 Вт, =400 Вт, N₃ =700 Вт).

Производительность маслообразователя

M=

где Z - число цилиндров;

m - количество одновременно обрабатываемого продук­та в цилиндре, кг;

- общая продолжительность обработки сливок в маслообразователе, с.

Продолжительность обработки высокожирных сливок в I секции:

После этого на основании графика температур по цилин­драм из уравнения теплового баланса определяют количест­во ледяной воды и рассола для охлаждения масла, подби­рают испаритель для рассола, насос. Для ледяной воды под­бирают только насос. Приводят техническую характеристи­ку подобранного комплектующего оборудования.

5. Расчет маслоизготовителя непрерывного действия. Маслоизготовитель непрерывного действия предназначен для выработки сладкосливочного соленого и несоленого, кислосливочного и любительского масла с промывкой и без промывки масляного зерна, с обработкой масла под вакуу­мом.

Маслоизготовитель входит в линию производства сливоч­ного масла методом непрерывного сбивания сливок жир­ностью 30—45% и устанавливается на предприятиях молоч­ной промышленности.

Выбирают основные размеры маслоизготовителя и пара­метры технологического процесса:

в маслоизготовитель непрерывного действия поступают сливки жирностью 40%;

диаметр сбивального цилиндра = 0,25 м;

диаметр, описываемый лопостями бил, D_б = 0,246 м;

длина сбивального цилиндра 1_ц= 0,745 м;

жирность получаемого масла — 82,5%;

жирность пахты — 0,7%;

двигатель для вращения сбивателя N = 17 кВт;

частота вращения n = 24,5 с^-1 (n = 1470 об/мин);

двигатель для вращения шнеков N = 4 кВт;

частота вращения двигателя n = 23,3 с^-1 (n = 1400 об/мин).

Определяют минимальную и максимальную частоту вра­щения сбивателя и шнеков текстуратора, производитель­ность маслоизготовителя по сливкам и маслу, мощность дви­гателей сбивателя и тестуратора.

Порядок расчета.

Определяют минимальную частоту вращения сбивателя

;

где - частота вращения двигателя сбивателя, с^-1 ( = = 24,5 с-¹);

- максимальное передаточное отношение вариаторе скорости вала сбивателя;

- минимальный диаметр дисков, охватываемых кли­новидным ремнем на валу двигателя сбивателя, м (D_2min= 0,112 м);

-максимальный диаметр дисков, охватываемых клиновидным ремнем на валу сбивателя, м (D₂max= 0,335 м). Определяют максимальную частоту вращения сбивателя

,

где - минимальное передаточное отношение вариато­ра скорости вала сбивателя;

- максимальный диаметр дисков, обхватываемых клиновидным ремнем на валу двигателя, м ( = 0,310 м);

- минимальный диаметр дисков, охватываемый клиновидным ремнем на валу сбивателя, м ( = 0,120 м).

В целях продления срока службы оборудования не реко­мендуется повышать частоту вращения сбивателя ниже =33,3 с^-1 ( = 2000 об/мин.). Необходимо стремить­ся работать на пониженных оборотах.

Определяют минимальную частоту вращения шнеков

где - максимальное передаточное отношение вариато­ра скорости вала шнеков;

где -минимальный диаметр дисков, охватываемых клиновидным ремнем на валу двигателя шнеков, м ( = 0,09 м);

- максимальный диаметр дисков, охватываемых клиновидным ремнем на входном валу редукто­ра шнеков, М ( = 0,230);

- передаточное отношение первой стуцрни косозубого цилиндрического редуктора шнеков

= , = 11, = 56;

- передаточное число второй ступени косозубого цилиндрического редуктора шнеков

, , =58

Определяют максимальную частоту вращения шнеков

= ,

где - минимальное передаточное отношение вариато­ра скорости шнеков

=

- максимальный диаметр дисков, охватываемых клиновидным ремнем на валу двигателя шнеков, м ( = 0,230 м);

- минимальный диаметр дисков, охватываемых клиновидным ремнем на входном валу редукто­ра шнеков, м ( ⁼ 0,110 м);

- передаточное отношение первой ступени косозубого цилиндрического редуктора шнеков

= , =11, =56;

i₃ - передаточное число второй ступени косозубого цилиндрического редуктора шнеков

i₃₌ , =11_, =58.

Частота вращения шнеков должна быть в пределах n = (0,33 ±1) с-¹ (n= 20 + 60 об/мин).

Объем сливок, находящихся в сбивальном цилиндре маслоизготовителя непрерывного действия, определяют по фор­муле .

где - диаметр внутреннего сбивального цилиндра, м ( = 0,250 м); - диаметр окружности, описываемый билами сбива­теля, м ( = 2,46 м);

- длина цилиндра, м ( = 0,745 м).

Производительность маслоизготовителя по сливкам (по сбивальному цилиндру)

,

где - объем сливок, находящихся в сбивальном цилинд­ре, м³;

- плотность сливок, кг/м³ ( = 980 кг/м³);

- время сбивания сливок, при котором образуется масляное зерно, с ( = 2,5 с).

Часовая производительность маслоизготовителя по слив­кам (по сбивальному цилиндру)

 

= кг/ч.

 

Производительность маслоизготовителя по маслу

где - производительность маслоизготовителя по слив­кам, кг/с.

Минимальная частота вращения била, при которой еще происходит сбивание сливок в маслоизготовителе, определя­ется по формуле

=

где -диаметр била, м ( = 0,246 м).

Определяют мощность двигателей для сбивального цилиндра и текстуратора.

При механическом воздействии на сливки резко переме­щаются одни слои и части жидкости относительна других, столкновение жировых шариков при этом становится неиз­бежным.

Сбивание сливок всегда происходит при резко выражен­ной турбулентности. Процесс маслообразования - процесс механический. Следовательно, нарушение дисперсности жи­ра, сближение шариков, преодоление энергетического поро­га, разделяющего их, разрушение оболочек сопровождается затратой механической энергии. Эта энергия передается на вал сбивателя, а потом на его лопасти.

Мощность на валу сбивателя определяют по формуле

N_p = К • Z • d⁵ • n³ • ρ,

где К - коэффициент сопротивления, зависящий от харак­тера движения сливок (К = 0,06-0,07);

Z - число лопастей мешалки (Z = 4);

d - диаметр окружности, описываемой краем лопастей,м (d = 0,246м);

n - частота вращения вала сливателя,с^-1;

n=(8,3—33)с-¹;(n=500—2000 об/мин);

ρ - плотность перемешиваемых сливок, кг/м³ (ρ =980 кг/м³).

Электродвигатель для вращения вала сбивателя подбира­ют по величине рабочей мощности с учетом увеличения вра­щающего моментана период пуска и коэффициента запаса мощности.

Потребную мощность электродвигателя определяют по формуле

,

где - коэффициент запаса мощности ( = 1,8);

N_p - величина рабочей мощности на валу сбивателя, Вт;

- кпд электродвигателя ( = 0,95-0,97);

- кпд ременной передачи вариатора скорости, ( =0,87-0,9). Производительность шнекового текстуратора маслоизго­товителя по маслу определяют по формуле

М=3600*K *Z* ,

где К - коэффициент, учитывающий проскальзывание и пе­ремешивание масла шнеками, перекрытие шнеков (К=0,1);

Z - число шнеков текстуратора, (Z = 2);

d - диаметр одного шнека текстуратора, м (d = 0,16 м);

- коэффициент наполнения шнека,( = 1);

S - шаг винта шнека, м (S = 0,085 м);

- плотность масла, кг/м³ ( = 930 кг/м³);

n - частота вращения шнека, с^-1, n= (0,33-1) с^-1.

Величину рабочей мощности на валу текстуратора опре­деляют по формуле

.

где М - производительность текстуратора по маслу, кг/ч;

Z - число шнеков текстуратора (Z = 2);

Н - высота наклона текстуратора, м (Н = 0,4 м);

L - горизонтальная проекция стрелы текстуратора, м.

Горизонтальную проекцию шнека текстуратора можно принять равной длине текстуратора L₀ = 2,18 м, т. е. L ≈ L₀ ≈ 2,18 м или определить по формуле

,

где - угол наклона шнека текстуратора;

= ,

Н - высота наклона текстуратора, м (Н = 0,4 м);

L - длина текстуратора, м (L = 2,18 м);

⍵ - суммарный коэффициент сопротивления шнеков (⍵= 7-8);

К - коэффициент запаса мощности на перемешивание и обработку масла и проталкивание его через решет­ки для хорошей консистенции (К = 30).

Мощность электродвигателя привода текстуратора опре­деляют по формуле

где N_P - рабочая мощность на валу текстуратора, кВт;

- коэффициент запаса мощности ( = 2);

- кпд электродвигателя ( = 0,95- 0,97);

- кпд механической клиноременной передачи вариа­тора скорости и зубчатой передачи редуктора и передаточной коробки ( = 0,8).

По расчетной мощности подбирают электродвигатель для сбивателя и текстуратора, дают его техническую характе­ристику.

6. Расчет творогоохладителей

Творогоохладители делятся на открытые и закрытые, одноцилиндровые и двухцилиндровые. Охлаждение творога осуществляется, в основном, рассолом, ледяной водой. Расчет открытого творогоохладителя.

Определяют частоту вращения барабана, валка, шнека и расход рассола. Производительность творогоохладителя (500 кг/г, 700 кг/г, 800 кг/г).

Творог охлаждают от 30°С до 8°С.

Рассол поступает в творогоохладитель при температуре =-10°С, выходит с =-5°С. Дана кинематическая схема творогоохладителя.

Порядок расчета.

Выполняют кинематическую схему привода.

Определяют частоту вращения барабана творогохладителя

где - частота вращения двигателя, ( = 22,5

- передаточное число червячного редуктора ( = 31).

,

где - число зубьев ведущей звездочки ( = 10);

Z₂- число зубьев ведомой звездочки ( = 104).

Частота вращения валка, распределяющего творог тон­ким равномерным слоем на поверхности барабана

где - передаточное отношение цепной передачи i₂ = ;

z_?

- число зубьев ведущей звездочки ( = 10);

- число зубьев в звездочке валка ( = 16).

Частота вращения шнека

где i₃ - передаточное отношение цепной передачи шнека

= ;

Z₄ - число зубьев ведущей звездочки шнека (Z₄ = 20);

- число зубьев ведомой звездочки шнека ( = 20).

Расход рассола определяют из уравнения теплового ба­ланса

М*с*(

отсюда

где - теплоемкость рассола, Дж/(кг*К);

, - начальная и конечная температуры рассола, °С ( =-10°C, = -5°С);

М - производительность творогоохладителя, кг/ч (М = 500 кг/ч);

с - теплоемкость творога, Дж/(кг*К) (с = 3260 Дж/ (кг * К));

, - начальная и конечная температуры творога, °С, ( =30°С, t₂ = 8°С).