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 t_HJIB = 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 + At_per;

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 (t_HXB = 10°С);

- начальная температура ледяной воды, °С (t_HJIB = 0°С);

с - теплоемкость молока, Дж/(кг*К); (с = 0,956 X 4187 Дж/(кг*К);

- теплоемкость горячей воды, Дж/(кг-К);

с_хв—теплоемкость холодной воды, Дж/(кг-К);

— теплоемкость ледяной йОДы, Дж/(кг-К);

с, с_хв > 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 Δt_per

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

Q_B= М • с • (t₅-t₆);

» секции охлаждения ледяной водой

= М • с • (t₆-t₇),

где , . Q_n, , - 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.