Технологический расчет оборудования для тепловой обработки молока

Оборудование этой группы (охладители, подогреватели, пастеризаторы и пастеризационно-охладительные установки) подбирают по часовой производительности с учетом особенностей конкретного технологического процесса. В связи с тем что из технической характеристики теплообменных аппаратов обычно известны количество, тип и размеры пластин, а также температурный режим их работы, задачей технологического расчета является адаптация выбранного оборудования к условиям конкретного производственного процесса. Для этого определяют расход количества теплоты и холода для обработки молока при принятых значениях температуры продукта, горячей и холодной воды, а также рассола.

В некоторых случаях, когда изменение теплового режима работы и производительности пластинчатого аппарата достигается путем его перекомпоновки, следует провести проверочный расчет оборудования. Он позволяет определить площадь поверхности теплообмена и количество пластин каждой секции, а также получить расчетные данные для построения температурного графика пластинчатого аппарата.

Расход количества теплоты при нагревании продукта, Дж/с,.

где G_n — массовый расход продукта, кг/с; с_п — удельная теплоемкость продукта, Дж/(кг • К); t_H и t_K — соответственно начальная и конечная температура продукта,°С.

Если пластинчатый аппарат имеет регенератор, то расчет расхода количества теплоты проводят с учетом коэффициента регенерации Е:

Расход пара (кг/ч), необходимого для получения горячей воды,.

где Г и i — энтальпия соответственно греющего пара и конденсата, Дж/кг; % — тепловой КПД аппарата (% = 0,75…0,85).

Расход холода (Дж/ч), необходимого для охлаждения продукта в рассольной секции пластинчатого аппарата,.

где t' и t" _p —температура продукта соответственно на входе в рассольную секцию и выходе из нее,°С.

Полученный расход количества холода является основанием для выбора марки и количества холодильных машин:

где к_х — коэффициент, учитывающий потери холода в окружающую среду (7с_х = 1,05…1,1); W_x—производительность холодильной машины, кВт.

Площадь поверхности теплопередачи (м²) многосекционного аппарата определяют для каждой секции в отдельности:

юз.

где G_H — массовый расход продукта, кг/с; к — коэффициент теплопередачи, Вт/(м² -°С); t_cp — средний температурный напор,°С.

В конструкторских расчетах общий коэффициент теплопередачи каждой секции рассчитывают по специальной методике. В технологических расчетах этими величинами задаются исходя из следующих рекомендаций.

Для пастеризационно-охладительных установок производительностью 1,5…2 кг/с коэффициент теплопередачи секций пастеризации, регенерации, охлаждения водой и рассолом можно принять соответственно 2550…2620; 2100…2300; 1200…1500; 1050…1150 Вт/(м² • С). Для установок производительностью менее 1 кг/с эти величины принимаются равными соответственно 1200, 1150, 1100 и 950 Вт/(м² -°С).

Средний температурный напор определяют по температурному графику (рис. 4.11), для построения которого рассчитывают недостающие значения температуры:

где t₂ — температура регенерации,°С; — начальная температура молока,°С (6…10°С); t₃ — температура пастеризации,°С (74…76°С при выработке питьевого молока и 86…88°С при выработке кефира); Е — коэффициент регенерации (0,8…0,85); t₄ — температура молока между секциями регенерации и водяного охлаждения,°С; t₅ — температура молока между секциями водяного и рассольного охлаждения,°С; t'_B — начальная температура охлаждающей воды,°С (8…10°С).

Рис. 4.11. Температурный график пластинчатого аппарата:

/ — секция пастеризации; II — секция регенерации; III — секция водяного охлаждения; IV — секция рассольного охлаждения; V — выдерживатель Температуру горячей воды (t" _r)), холодной воды (t" _B) и рассола (t" _p) при их выходе из секций рассчитывают по формулам,°С:

где f'_r — начальная температура горячей воды,°С (t'_r = t₂+ 2°С); с_м, с_г, с_в, с_р — удельная теплоемкость соответственно нагреваемого продукта, горячей воды, холодной воды и рассола, Дж/(кг • К); п_р п_р — кратность расхода горячей воды (п_г = 4…8), холодной воды (п_в = 3), рассола (п_р = 2…2,5); t’p — начальная температура рассола,°С (-4…-5°С); t_B — конечная температура пастеризованного молока,°С (4 = 4°С).

Средний температурный напор,°С,.

где At_MaKC и Дг_мин — соответственно разность температуры охлаждаемого продукта и хладоносителя на входе и выходе из секций,°С.

Число пластин в секциях.

где/— площадь поверхности теплообмена одной пластины, м² (принимают, исходя из паспортных данных оборудования).