Расчет пластинчатых пастеризационно-охладительных установок для молока и молочных продуктов.
Автоматизированные пастеризационно-охладительные установки предназначены для быстрой тонкослойной пастеризации в закрытом потоке с последующим охлаждением молока и молочных продуктов.
В настоящее время для охлаждения продукта после пастеризации применяют ледяную воду.
Приведем пример расчета пятисекционной установки для молока.
Выполнить проектный расчет пластинчатой пастеризационно-охладительной установки производительностью 12000л/ч, 17000 л/ч, 20 000 л/ч и т. д.
Выбирают технологические параметры процесса в установке.
Производительность установки, л/ч …
Начальная температура молока, °С 5
Температура пастеризации, °С 76
Продолжительность выдержки молока при
температуре пастеризации, °С 25
Температура охлажденного молока, °С 16
Коэффициент регенерации тепла 0,9
Количество секций аппарата 5
В том числе:
первая регенерация 1
вторая регенерация 1
пастеризация 1
охлаждение 1
холодной водой 1
ледяной водой 1
Температура теплоносителя и хладоносителя, °С:
горячей воды 79
холодной воды 10
ледяной воды 0
Кратность расхода:
горячей воды 4
холодной воды 2
ледяной воды 2
Давление пара, Па 1,5*
Теплообменные пластины типа П-3:
Рабочая поверхность пластины, м2 0,4
Зазор между пластинами, м 0,0045
Ширина проточной части, м 0,355
Толщина пластины, м 0,0005
Размеры пластины, м:
высота 1,170
ширина 0,416
Скорость движения, м/с:
молока 0,37
горячей воды 0,37
холодной воды 0,32
ледяной воды 0,32
Порядок расчета.
Намечают принципиальную схему комбинированного аппарата, состоящего из пяти секций, строят график изменения температур жидкостей для всех секций и обозначают на нем точки начальных и конечных температур.
Описание технологического процесса.
Молоко из уравнительного бака насосом подается в секцию регенерации I аппарата с = 5°С, где нагревается до температуры
t2 = 55°С горячим пастеризованным молоком из II секции регенерации.
Подогретое до t2 = 55°С молоко направляется в сепаратор-молокоочиститель, где очищается от механических примесей и поступает во II секцию регенерации, нагреваясь отходящим горячим молоком из секции пастеризации до температуры t3.
Нагретое до t3 во II секции регенерации молоко поступает в секцию пастеризации, где нагревается до температуры пастеризации (t4 = 76°С) горячей водой. Пастеризованное молоко проходит перепускной клапан и поступает в выдерживатель. Температура горячей воды в секции пастеризации = 79°С (начальная). Горячая вода поступает из бойлера с помощью насоса. После выдерживателя молоко проходит во II секцию регенерации, где охлаждается до температуры t4, в I секцию регенерации, где охлаждается до температуры встречным холодным молоком. Из I секции молоко поступает в секцию охлаждения холодной водой, где охлаждается до t6. Температура начальной воды = 10°С, конечной - t кхв . В секции охлаждения ледяной водой молоко охлаждается до = 4°С и выходит из аппарата. Начальная температура ледяной воды tHJIB = 0°С, конечная температура ледяной воды на выходе из секции охлаждения t клв.
Определение температур.
Температуры t2, t3, t5 зависят от коэффициента регенерации. В нашем случае ԑ = 0,9.
Для противоточных регенераторов среднюю разность температур (напор) в I и II секциях регенерации определяют по формуле
Δ ,
где — начальная температура молока, °С ( = 5°С);
t4 — температура пастеризованного молока, °С r(t4 = 76°С).
Зная температурный напор Δ . определяют:
1) температуру молока на выходе из II секции регенерации
t3 = t4 - Δ ,
2) температуру молока
t'4 = t2 + Atper;
3) температуру молока
= + At per ,
Конечная температура горячей воды из секции пастери зации
Конечная температура холодной воды на выходе из секции охлаждения холодной водой
,
Конечная температура ледяной воды на выходе из секции охлаждения ледяной водой
где - начальная температура горячей воды, °С (t нгв = 79°С); ,
- начальная температура холодной воды, °С (tHXB = 10°С);
- начальная температура ледяной воды, °С (tHJIB = 0°С);
с - теплоемкость молока, Дж/(кг*К); (с = 0,956 X 4187 Дж/(кг*К);
- теплоемкость горячей воды, Дж/(кг-К);
схв—теплоемкость холодной воды, Дж/(кг-К);
— теплоемкость ледяной йОДы, Дж/(кг-К);
с, схв > с лв - определяют по температуре воды.
Для удобства дальнейшего расчета заносят значение конечных температур в-температурный график.
Определение средних температурных напоров.
Для I и II секции регенерации определяют Δtper
Δ
Секция пастеризации
,
Δ ,
Δ ,
Секция охлаждения водой
,
Δ ,
Δ
Секция охлаждения ледяной водой
,
Δ ,
Δ
Задаются коэффициентами теплопередачи:
для I секции регенерации = 1900 Вт/(м2*К);
» II секции регенерации = 1900 Вт/(м2-К);
» секции пастеризации = 2000 Вт/(м2*К);
» секции охлаждения ледяной водой = 1900 Вт/(м2-К).
Определение тепловых нагрузок:
Т-,для I секции регенерации
= М • с • (t2 — ti);
для II секции регенерации
= М • с • (t3-t2);
для секции пастеризации '
Qn= М • с • (t4-t3);
» секции охлаждения водой
QB= М • с • (t5-t6);
» секции охлаждения ледяной водой
= М • с • (t6-t7),
где , . Qn, , - тепловая нагрузка по секциям,Вт;
М - производительность установки, кг/с;
с - теплоемкость молока,
Дж/(кг*К), определяется по температуре молока, поступающего в секцию.
Определение рабочих поверхностей, числа пластин и числа пакетов по секциям.
Аппарат состоит из пяти секций, обладает высоким коэффициентом регенерации и соответственно большой секцией регенерации.
Число каналов в пакете определяют по уравнению неразрывности потока
М = v • b • h • m, ,
где b - ширина проточной части пластины, м (b = 0,355 м);
h - зазор между пластинами, м (h = 0,0045 м);
m - число каналов в пакете;
v - скорость молока в каналах, м/с (v = 0,37 м/с).
Число каналов в пакете определяют из уравнения неразрывности потока
m=
Количество параллельных каналов в пакетах принимают за целое число и одинаковое для всего аппарата.