Расчет двухцилиндрового творогоохладителя для творога.

Порядок расчета.

Вытеснительщяе барабаны приводятся во вращение от электродвигателя N = 4 кВт, с частотой вращения 15,83 с^-1 (950 об/мин). Привод имеет червячный редуктор с переда­точным отношением i_p = 15, клиноременную передачу с пе­редаточным, отношением шкивов =l,25 и цепную переда­чу с передаточным отношением i_Ц =1,6.

Производительность творогоохладителя 600 кг/ч. Темпе­ратура ледяной воды на входе 1°С, на выходе 3°С. Темпе­ратура творога на входе 30°С, на выходе 8°С.

Определяют частоту вращения вытеснительных барабанов творогоохладителя

где - частота вращения вала двигателя, с^-1 ( = 15,83 с-¹) ;

- передаточное число редуктора ( = 15);

- передаточное число клиноременной передачи ( = = 1,25);

- передаточное число цепной передачи ( =l,6).

Расход ледяной воды, необходимой для охлаждения тво­рога

B= ,

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

- начальная температура ледяной воды, °С ( = 1°С);

-конечная температура ледяной воды, °С ( =3°С);

М - производительность творогоохладителя, кг/ч(М = 600кг/ч

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

- начальная температура творога, °С ( = 30°C);

t₂ - конечная температура творога, °С (t₂ = 8°С);

1,15 — коэффициент, учитывающий потери холода. Определяют поверхность охлаждения охладителя

F= ,

где - средняя логарифмическая разность температур,

К — коэффициент теплопередачи, Вт/(м^[1]-К). (К =40.0. Вт/(м²- К)); М — производительность творогоохладителя, кг/с.

Общую поверхность охлаждения определяют по формуле

F = F _ц * Z_ц+ F + F₆ * Z₆,

где F_ц - поверхность охлаждения цилиндра, м²;

Z_ц - количество цилиндров (Z_ц =2 );

F₆- поверхность охлаждения вытеснительного бараба­на, м²;

Ze - число барабанов (Z₆ = 2).

Можно принять поверхность охлаждения цилиндров рав­ной поверхности охлаждения вытеснительных барабанов, в которые тоже поступает на охлаждение ледяная вода.

Если заданы необходимые геометрические размеры ци­линдрического охладителя творога, можно определить его производительность по формуле

M= 3600*n*Z* ,

где n - частота вращения вытеснительных барабанов, с^-1;

D - внутренний диаметр цилиндров, м;

- наружный диаметр вытеснительных барабанов, в;

Z - число цилиндров;

S - шаг шнека, м;

- плотность творога, кг/м^[2];

е - коэффициент объемного перемещения творога (для одноцилиндрового охладителя е = 0,4; для двух­цилиндрового е = 0,3). Массу продукта, единовременно находящуюся в двух ци­линдрах охладителя, определяют по формуле

M=Z*

где D - диаметр внутреннего цилиндра, м;

d -диаметр вытеснительного барабана, м;

1 -длина цилиндра, м.

Толщина слоя творога в охладителе

h= .

Продолжительность пребывания творога в рабочем цилиндре:

T= ,

где m - количество продукта в цилиндре, кг;

М - производительность охладителя творога, кг/ч.

Мощность, расходуемую на нагрев творога при его пе­ремещении вдоль цилиндров, вычисляют по формуле

N=

где - мощность двигателя, кВт ( = 4 кВт).

- мощность двигателя, кВт ( = 4 кВт).

Где - кпд редуктора ( = 0,4);

- кпд цепной передачи ( = 0,94);

- кпд ременной передачи ( = 0,9);

– кпд подшипников ( = 0,95).

7. Расчет двухкорпусных циркуляционных вакуум-выпар­ных установок для сгущения молока и молочных продуктов

В молочной промышленности для сгущенного молока и молочных продуктов наибольшее распространение получили циркуляционные вакуум-выпарные аппараты с термокомп­рессией вторичного пара.

Двухступенчатые вакуум-выпарные установки могут ра­ботать как периодически, так и непрерывно.

Разность температур греющего пара и молока можно принять не более 15°С.

В конце выпаривания концентрация продукта наиболь­шая и выпаривание, идет при температурном перепаде 17— 20°С. При этом в результате отложения молочного камня (пригара) на поверхности нагрева труб резко ухудшается теплопередача с ростом концентрации сухих веществ в сгу­щенном молоке, увеличиваются температурные депрессии.

Пароструйный компрессор (термокомпрессор) вакуум-аппарата представляет собой пароструйный насос или ин­жектор, в котором вторичный пар первого корпуса сжима­ется острым паром давлением Р₀=(8÷10)*10⁵ Па и тем­пературой t₀=170-180°С.

Давление смеси вторичного и острого пара (греющего па­ра) составляет Р_гр= (0,4-0,6) *10⁵ Па, температура t_гр = 75-85°С.

Такая смесь (греющий пар) поступает для обогрева ки­пятильных трубок.

Греющий пар выпаривает влагу из поступающего моло­ка в испарители первого корпуса, а вторичный пар, образую­щийся в первом корпусе, является греющим во втором кор­пусе.

Для двухкорпусного циркуляционного аппарата можно рекомендовать:

давление острого-пара Р₀ = (8-10) * 10⁵ Па;

температуру острого пара t₀ = 170-180°С;

давление греющего пара первого корпуса = (0,4- 0,6)*10⁵ Па;

температуру греющего пара первого корпуса = 75- 85°С;

температурный напор между греющим паром и вторич­ным Δt=17-20°С;

давление вторичного пара в первом корпусе =0,3-10⁵ Па;

температуру вторичного пара в первом корпусе =68°С;

давление греющего пара во втором корпусе равно давле­нию вторичного пара первого корпуса =0,3*10⁵ Па;

температуру греющего пара во втором корпусе равна тем­пературе вторичного пара первого корпуса = =68°С;

давление вторичного пара во втором корпусе =0,12*10⁵ Па;

температуру вторичного пара во втором корпусе =50°С.

Рассчитать двухступенчатую вакуум-выпарную установку для сгущения молока на сушку производительностью 7000 кг/ч (7000 кг испаренной влаги в час). Молоко сгуща­ется с начальной концентрацией сухих веществ С₀ = 13% до конечной С_к = 36%.

Давление острого пара 8 * 10⁵ Па.

Температура испарения в первой ступени 68°С,

» » во второй ступени 50°С.

Температура в конденсаторе 50°С.

Температура греющего пара во второй ступени 68°С,

» » » в первой ступени 85°С.

Температура греющего пара в подогревателе А 50°С,

» » » » В 68°С,

» » » » С 85°С.

Температура охлаждающей воды 20°С.

Требуется определить количество молока, идущего в ап­парат, количество сгущенного молока, поверхность нагрева,

расход греющего пара, размеры вакуум-аппарата, расход острого пара, расход воды на конденсатор.

Порядок расчета.

Определяют количество молока, идущего на сгущение

М= ,

где W- количество испаренной влаги, кг/ч (W = 7000 кг/ч);

С₀ - содержание сухих веществ в молоке, % (С₀=13%);

С_к - содержание сухих веществ в сгущенном молоке, %(С_к=36%). Количество сгущенного продукта

М_сг= М -W,

где М - количество поступающего молока в аппарат, кг/ч;

W - количество испаренной влаги, кг/ч (W = 7000 кг/ч). Определяют концентрацию сухих веществ в молоке после первого корпуса

где С₀ - начальная концентрация молока, % (С₀=13%);

С_к- конечная концентрация молока, % (С_к =36%).

Количество испаренной враги в первом корпусе

.

Количество испаренной влаги во втором корпусе

W₂ = W –W₁.

Определяют давление пара и температуру кипения по корпусам.

1. Давление греющего пара, поступающего в первый кор­пус при температуре =85°C, =0,6*10⁵ Па;

2. Давление вторичного пара в первом корпусе при тем­пературе = 68°С, = 0,3*10⁵ Па;

3. Давление греющего пара во втором корпусе равно дав­лению вторичного пара в первом корпусе = .

Температура греющего пара во втором корпусе равна температуре вторичного пара в первом корпусе = .

4. Давление вторичного пара во втором корпусе при температуре = 50°С, = 0,12* 10⁵ Па.

Определяют общую разность температур между темпера­турой греющего пара в первом корпусе и температурой вторичного пара второго корпуса

Δ .

Общую разность температур распределяют равномерно по корпусам

Δ = Δ = ,

где Δ - разность.темлератур во втором корпусе;

n-число корпусов (n = 2).

Определяют разность температур (температурный напор) в первом корпусе

Δ

где = 85°С, = 68°С.

Вычисляют разность температур (температурный напор) во втором корпусе

Δ ,

где = = 68°С, = 50°С.

Определяют температуру кипения молока по корпусам. Температуру кипения молока определяют по формуле

t_k= t_вт + Δt_ф-х+Δt₂,

где t_вт - температура вторичного пара над кипящим моло­ком по давлению вторичного пара, °С;

Δt_ф-х - повышение температуры кипения молока по отно­шению к чистой воде (физико-химическая депрес­сия) ;

Δt

Δt_ф-х - повышение температуры кипения молока по отно­шению к чистой воде (физико-химическая депрес­сия) ;

Δt₂ - гидростатическая депрессия, зависящая от уровня наполнения вертикальных труб испарителя.

Величину физико-химической депрессии и гидростатиче­ской депрессии можно принять

Δt_ф-х ≈2°С;

Δt₂≈5°C.

Тогда температура кипения молока в первом корпусе

t_кI = t_{вш I} + 2 + 5,

где t_кI - температура кипения в первом корпусе, °С (t_{вш I} =68°).

Температура кипения молока во втором корпусе

t_{к II}= t_{вш II} + 2 + 5,

где t_{к II} -температура кипения во втором корпусе, °С (t_{к II} =50°С).

Коэффициент теплопередачи для каждого корпуса при­нимают

K_I = 1500 Вт/(м²*К) К_II = 1200 Вт/(м²*К).

Определяют количество молока по корпусам.

Через первый корпус проходит М кг/ч молока,

через второй корпус — M_I кг/ч молока, т. е.

М₁ = М —W₁ ,

где М - количество молока, поступающее в установку, кг/ч;

W₁ - количество испаренной влаги в первом корпусе,кг/ч. Количество сгущенного продукта

M_сг=M₁-W₂,

где M₁- количество молока, поступившего во второй кор­пус, кг/ч;

W₂ - количество испаренной влаги во втором корпусе, кг/ч.

Определяют количество тепла по корпусам.

В первый корпус молоко попадает подогретое в подогре­вателях А,В, С до температуры t₀ = 85^°С, т. е. выше тем­пературы кипения молока в первом корпусе.

Количество тепла, полученное молоком в первом корпусе

Q_I= W₁ * τ₁- М * с_м* (t₀ - t_kI),

где W₁ - количество испаренной влаги в первом корпусе, кг/с;

τ₁- теплота парообразования, Дж/кг;

М - количество молока, поступающего в первый корпус, кг/с;

с_м-теплоемкость молока, Дж/(кг*К);

t_о - начальная температура молока, °С (t_о=85°C);

t_{K I} - температура кипения молока в первом корпусе, °С;

г₂ - теплота парообразования (определяют по давле­нию вторичного пара в первом корпусе P_втI по таблицам насыщенного пара). Количество тепла, полученного молоком во втором кор­пусе

Q _II= W₂ * r₂ –M₁ * c_м*(t _kI— t _{K ii}) ,

где W₂ - количество испаренной влаги во втором корпусе, кг/с;

г₂ - теплота парообразования, Дж/кг;

M₁ - количество молока, поступившего во второй корпус, кг/с;

с_м - теплоемкость сгущенного молока, Дж/(кг-К);

t_KI -температура кипения в первом корпусе, °С;

t_KII - температура кипения во втором корпусе, °С;

г₂ - теплота парообразования (определяют по давле­нию вторичного пара во втором корпусе по таб­лицам насыщенного пара).