Машини та обладнання для переробки молока (стр. 2 из 5)

Коефіцієнт регенерації

де t_p — температура сирого молока після нагрівання його пастеризованим (температура регенерації), °С.

Кількість теплоти, що витрачається на пастеризацію молока, попередньо нагрітого в регенераторі, Дж,

де W₁— кількість теплоти, яка потрібна для пастеризації продукту без використання регенераторів, Дж.

Кількість холоду, яка потрібна для охолодження пастеризованого молока після регенерації, Дж,

де W₁^`— кількість холоду, яка потрібна для охолодження пастеризованого, але не регенерованого молока, Дж; t_пр — температура пастеризованого молока після регенерації, °С; t₀- температура охолодження пастеризованого молока, °С.

Економію тепла і холоду в процесі регенерації оцінюють за показниками економічності витрати теплоти Е_т і холоду Е_х, %:

При проведенні багатьох технологічних процесів пастеризацію, регенерацію та охолодження здійснюють послідовно на різних апаратах (як мінімум на трьох), а також на комбінованих (трубчастих і пластинчастих).

Вихідне молоко надходить у секцію регенерації, звідки воно спочатку спрямовується у молокоочисник, а потім у секцію пастеризації (за наявності двох секцій пастеризації молоко проходить їх послідовно). Після цього молоко надходить у витримувач, звідки через зворотний клапан направляється в секцію регенерації. Із секції регенерації молоко потрапляє в секцію охолодження водою і секцію охолодження розсолом або крижаною водою. Оскільки молоко послідовно проходить усі секції універсального апарата, продуктивність кожної з них має бути однаковою.

Пластинчастий пастеризатор. Продуктивність кожної секції пластинчастого пастеризатора визначають за формулою

де S— площа поверхні охолодження, м²; a = 2907...3372 — коефіцієнт тепловіддачі, кВт/(м^2.К); t₂, t₁— відповідно вища та нижча температура молока, °С.

Тепловий баланс для кожної секції пластинчастого пастеризатора

де Q_Г— витрата нагрівальної чи охолоджувальної рідини, м³/с; с_г — питома теплоємність нагрівальної чи охолоджувальної рідини, Дж/(кг-К); р_г — густина нагрівальної чи охолоджувальної рідини, кг/м³; t_1г, t_2r— вища та нижча температура нагрівальної чи охолоджувальної рідини, °С.

Для універсальних апаратів, у яких продукт нагрівається в секціїпастеризації паром, рівняння теплового балансу має вигляд

де W_П— витрата пари, кг/с; і_п — питома ентальпія пари, кДж/кг; с_к— питома теплоємність конденсату, Дж/(кг^.К); t_K— температура конденсату, °С.

Площа поверхні нагрівання кожної секції, м²,

де S_p— площа поверхні одного рифля з одного боку, м²; т — кількість пластин у секції; f — площа поверхні пластини з одного боку, м²; z_p— кількість рифлів на пластині, шт.; l_p— довжина одного рифля по вертикалі, м; b_р — ширина одного рифля по горизонталі, м.

Коефіцієнт теплопередачі в пластинчастих апаратах можна визначити за формулою

де a₁ — коефіцієнт тепловіддачі від гарячої рідини до стінки, Вт/(м^2.К); а₂ - коефіцієнт тепловіддачі від стінки до холоднішої рідини, Вт/(м²-К);

термічний опір стінки, м^2.К/Вт.

Якщо рідина рухається по обидва боки пластини, то природа а₁ та а₂ є цілком однаковою, критерій Нуссельта дорівнює

де А — експериментальний коефіцієнт; Re— критерій Рейнольдса; Рr — критерій Прандтля для середньої температури рідини; Рr_г.ш — критерій Прандтля для температури граничного шару; п, т, р — показники степеня.

Коефіцієнт А та показники степеня п, т, р для кожного типупластин визначають експериментально. У більшості випадків длясучасних типів комбінованих пластинчастих апаратів відношенняРr/Рr_гш =1. Тому в технічних розрахунках нимможна знехтувати. Критерій Нуссельта

де а — коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м^2.К); d_EKB— еквівалентний діаметр, м:

h— відстань між пластинами, м; λ— коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м^.К).

Критерій Прандтля

де с — питома теплоємність продукту, Дж/(кг^.К); μ — кінематична в'язкість, м²/с; р — густина продукту, кг/м³.

Швидкість руху рідини в зазорі між пластинами, м/с,

де z — кількість зазорів між пластинами, в яких рухається рідина;

; т — кількість пластин; z_n— кількість пакетів у секції.

Важливим показником роботи пластинчастого пастеризатора є тривалість перебування молока в кожній секції, с,

де L— довжина шляху руху молока в секції, м.

При послідовному переході молока з одного пакета пластин в інший Lє добутком довжини шляху руху по одній пластині на кількість пакетів:

Тривалість перебування продукту в секції витримування, с,

де L_B— довжина витримувача, м; d_B— діаметр витримувача (якщо витримувач круглотрубчастий), м; v_в— швидкість руху продукту у витримувачі, м/с.

Ефект пастеризації можна гарантувати за умови

Потрібно також, щоб критерій Ра становив не менше ніж одиниця.

Щоб установити бактерицидну ефективність пластинчастого пастеризатора, треба визначити загальний критерій Пастера Ра_заг, тобто для секцій регенерації, пастеризації і витримування,

де Ра_р1, Ра_р2 — відповідно критерії Пастера в секції пастеризації на лінії холодного молока і на лінії пастеризованого молока; Ра_п, Ра_в — критерій Пастера відповідно в секції пастеризації й у витримувачі.

У загальному вигляді для секцій регенерації та пастеризації:

Для секцій регенерації і пастеризації критерій Ра визначити дуже важко, тому на практиці обмежуються розрахунком Ра_в.

Сумарні, або загальні, гідравлічні опори руху продукту в універсальному апараті, м,

де Н_р, Н_р1 — гідравлічний опір на лінії холодного і гарячого продукту в секції регенерації, м; Н_п - гідравлічні опори в секції пастеризації, м; Н_ов, Н_ор - гідравлічні опори в секціях охолодження відповідно водою і розсолом, м;Н_в - гідравлічні опори у витримувачі, м; Н_т - гідравлічні опори в трубопроводах установки, м.

Гідравлічні опори в кожній секції Н_с можна визначити за формулою

У суму коефіцієнтів місцевих опорів входять усі коефіцієнти, зумовлені поворотами рідини в зазорі між двома пластинами і між пакетами однієї секції. Коефіцієнт опору ξ_оп у рифлених пластинах, незважаючи на невелике значення критерію Re, визначають, як для турбулентного режиму. Це пояснюється тим, що за рахунок рифлів, які є штучними турбулізаторами, критичне число Re_Kpу зазорах між пластинами становить не більше ніж 150...300.

Пастеризатор молока миттєвої дії. Площа нагрівання пастеризатора, м³,

де Q— продуктивність пастеризатора, кг/год; с = 3,86...3,96 — теплоємність молока, кДж/(кг^.К); a = 2,90...3,37 — коефіцієнт тепловіддачі, кВт/(м^2.К); t_к= 85 — кінцева температура молока, °С;

t_п— початкова температура молока, °С (з ємкості — t_п = 5, після доїння — t_п= 37); Δе_ср — середня логарифмічна різниця температур, °С:

Визначення діаметра і висоти пастеризатора. Діаметр пастеризатора визначають із залежності D/h_n= 0,9...1,2, звідки