Расчеты четырёхсекционного пластинчатого теплообменника для пастеризации (стр. 2 из 6)
На практике находят применение установки пастеризации в электромагнитном поле высокой частоты (ВЧ). Такой способ проводят при более низкой температуре. По сравнению с обычной пастеризацией процесс менее продолжительный (1...2 мин, иногда несколько секунд). Теплота среды, которая передается клетке (теплопроводность), быстрее преодолевает тепловой барьер (оболочку клетки). Во время обработки продуктов во Вч-полі теплота выделяется непосредственно в объеме клетки. Токами ВЧ пастеризуют компоты и соки в стеклянной таре.
Обзор аппаратов для пастеризации
Пастеризация осуществляется в установках или аппаратах, которые называются пастеризаторами. В пищевых производствах используются пастеризационные установки различных конструкций периодического и беспрерывного действия.
Аппараты периодического действия используют для пастеризации небольшого количества продуктов. К ним принадлежат ванны продолжительной пастеризации ВТП, универсальные танки, камерные пастеризаторы, автоклавы.
Камерные пастеризаторы периодического действия применяются для пастеризации редких продуктов (например, вина) в бутылках. Бутылки устанавливаются у гнезда металлических ящиков, которые помешиваются на вагонетку. Вагонетка закатывается в камеру, герметически затворялась дверца и в батарее, которые расположены внутри камеры, подается горячая вода. Температура и количество воды регулируются. Перед пастеризацией бутылки с вином закупориваются, на горловину бутылок надеваются специальные скобы
Более перспективным оборудованием для пастеризации жидких пищевых продуктов (вина, томатного и фруктовых соков, компота) в стеклянной и жестяной таре есть пастеризаторы-охладители беспрерывного действия, которые обогреваются паром, горячей водой или горячим воздухом. Конструктивно пастеризаторы этого типа состоят из секции собственно пастеризации и секций охлаждения, через которые проходит транспортер, который несет банки (бутылки) с продуктом. Скорость движения транспортера регулируют таким образом, чтобы обеспечить пребывание продукта в зоне пастеризации на протяжении заданного времени, а после этого - постепенное охлаждение. Температура в пастеризаторах регулируется автоматически соответственно заданного режима[1, стр.308].
Широкое распространение в пищевой технологии имеет пастеризация в беспрерывном потоке, при которой продукт подается насосами в теплообменные аппараты пластинчатого или трубчатого типов.
Наиболее совершенными аппаратами для пастеризации есть пластинчатые.
Поскольку данные аппараты обеспечивают непрерывность проведения процесса и позволяют полностью его автоматизировать. Так же использование теплоты пастеризованого продукта для нагрева поступающего продукта в секции рекуперации позволяет существенно снизить расход горячей воды и рассола.
Рис. 1 Схема работы и температурный график пластинчатого пастеризатора
В них пастеризуют молоко и молочные продукты, фрукты и овощные соки, вино, пиво и другие жидкости. В пластинчатых пастеризаторах по ходу движения жидкости, которая обрабатывается (по секциям), осуществляются такие процессы : частичное нагревание проходящего продукта теплотой виходячого (пастеризованного) продукта (секция рекуперации теплоты); нагревание продукта горячей водой или паром к заданной температуре (секция пастеризации); выдержка на протяжении некоторого времени нагретого продукта при температуре пастеризации (секция выдержки); охлаждение выходящего продукта с передачей теплоты продукта, который поступает, на нагревание (секция рекуперации теплоты); охлаждение продукта холодной водой (секция охлаждения водой); охлаждение продукта рассолом (секция охлаждения рассолом).
2. Требования, предъявляемые к разрабатываемому аппарату
Конструкцию теплообменника следует выбирать, исходя из следующих основных требований, предъявляемых к теплообменным аппаратам.
Важнейшим требованием является соответствие аппарата технологическому процессу обработки данного продукта; это достигается при таких условиях[1, стр.18].:
· поддержание необходимой температуры процесса в секциях.
· обеспечение возможности регулирования температурного режима поризводится увеличением (.уменьшением) скоростей движения рассола (пара)
· соответствие рабочих скоростей продукта минимально необходимой продолжительности пребывания продукта в аппарате В аппаратах данного типа регулировка происходит путём изменения количества числа параллельных каналов.
· выбор материала аппарата в соответствии с химическими свойствами продукта. В данном аппарате пластины изготавливаются из пищевой нержавеющей стали марки 1XI8Н9Т.
· соответствие аппарата давлениям рабочих сред .
Вторым требованием является высокая эффективность (производительность) и экономичность работы аппарата, связанныес повышением интенсивности теплообмена и одновременно с соблюдением оптимальных гидравлических сопротивлений аппарата[2, стр.47].
Эти требования обычно выполняются при соблюдении следующих условий:
· достаточные скорости однофазных рабочих сред для осуществления турбулентного режима;
· благоприятное относительное движение рабочих сред (в данном аппарате обеспечивается противотоком);
· достижение соизмеримых термических сопротивлений по обеим сторонам стенки поверхности нагрева;
· предотвращение возможности загрязнения и легкая чистка поверхности нагрева, микробиологическая чистота и др.
Существенными требованиями являются также компактность, малая масса, простота конструкции, удобство монтажа и ремонта аппарата. С этой точки зрения оказывают влияние следующие факторы; конфигурация поверхности нагрева; наличие и тип перегородок, уплотнений; устройство камер, коробок, днищ; габаритные размеры аппарата и др. Пластинчатые теплообменники являются очень удобными, поскольку компактны и имеют секцию рекуперации.
3.Описание конструкции аппарата, выбор материалов для его изготовления
Пластинчатые теплообменники в молочной промышленности используются для нагревания, пастеризации и стерилизации молока, сливок, смеси мороженого.Пластинчатые теплообменники используются для нагревания, пастеризации и стерилизации молока, сливок, смеси мороженого
Каждая секция пластинчатого пастеризатора образована пакетами из нескольких пластин.Пластины изготавливают из нержавеющей стали марок 18ІІ10Т или Х14Г14НЗТ, толщиной от 0,7 до 1,5 мм. На поверхности пластины выполненныерёбра,которые создают искусственную турбулизацию потока и одновременно увеличивают площадь поверхности теплообмена при тех же самых габаритах установки. Рёбра также повышают жесткость пластины, предотвращая ее прогибанию при значительном перепаде давления между рабочей средой и продуктом. На двух соседних пластинах рёбра размещены под противоположным углом, который обеспечивает их контакт и предотвращает прогибание, а при параллельном размещении рёбер используют специальные опорные рёбра. Пластины унифицированы. Чаще всего в отечественных теплообменниках используются пластины П1, П2, П3.
Для обеспечения эффективного теплообмена и необходимой скорости движения продукта (чтобы предотвратить образование пригара) пластины комплектуются в пакеты и секции.
Ряд, пластин, которые связанные между собой продуктом, одним рабочей средой и выполняют одинаковую технологическую функцию, образовывают секцию. Так различают секцию пастеризации (молоко - горячая вода), регенерации (молоко - молоко), водного охлаждения (молоко - вода), рассольного охлаждения (молоко - рассол).
Между секциями установленные разделительные плиты, вкоторыхпредусмотренные каналы и патрубки для подведения и отвод продукта и рабочей среды[4, стр93].
Как правило, пастеризация и охлаждение осуществляются при автоматическом регулировании технологического процесса.
Пластинчатый пастеризатор, схема которого на рисунке , состоит из группы стальных теплообменных штампованных пластин 6, подвешенных на горизонтальных штангах 7, концы которых закрепляются в стойки 3 и 9. С помощью нажимной плиты 8 и винта 10 пластины в собранном стане сжаты в один пакет. Пластины имеют одинаковые габариты, но отличаются расположением входных и исходных каналов 12, 11 и 12. Во время собирания пластины чередуються и образовывают ряд запертых камер, по один сторону которых проходит продукт, который пастеризуется, а по другого -охлаждающая или греющая жидкость. В собранном аппарате теплообменные пластины группируются в секции (рекуперации, пастеризации, охлаждение). Каждая секция состоит из пакетов, по которым продукт двигается последовательно.
Параллельная расстановка плоских пластин с малыми промежутками между ними разрешает разместить в пространстве рабочую поверхность теплообменника наиболее компактно, что позволяет значительно уменьшить габариты пластинчатого аппарата по сравнению с другими типами жидкостных теплообменников. Например, коэффициент компактности пластинчатых аппаратов (отношение рабочей поверхности к объему рабочей зоны) достигает 200 м 2/м3, что в 5...10 раз больше, чем для трубчатых[1, стр.310]..
Основным конструктивным элементом пластинчатого аппарата есть тенлопередающая пластина, которая представляет собой деталь с сложной формой поверхности теплообмена. Для увеличения поверхности теплообмена и интенсификации процесса пластины делают рифлеными. Промежуток между пластинами зависит от высоты резиновых прокладок, в большинстве случаев он равняется 3...10 мм[4, стр.93].