Розрахунок параметрів пастеризаційної установки - Механізація переробки молока в ОПХ -
Розрахунок параметрів пастеризаційної установки
Визначення необхідної температури пастеризації
Процес роботи нагрівача пастеризаційної установки супроводжується постійним змішуванням молока, що подається в нього, з гарячим молоком, що в ньому знаходиться. Це суттєво відрізняє його від відомих прямоточних та протиточних пастеризаторів з проміжним теплоносієм. Тому в ньому практично неможливо виділити зону з підігрівом молока до температури 60 про С, достатню для початку знищення мікрофлори.
У зв'язку з цим необхідно зробити висновок про доцільність подачі в нагрівач попередньо нагрітого в регенераторі молока до температур не нижче 60 С. У цьому випадку пастеризація молока в нагрівачі відбуватиметься за час перебування його в ньому. Співвідношення витримки його в нагрівачі та регенераторі може виявитися достатнім для завершення процесу пастеризації молока без застосування витримувача, що може сприяти спрощенню конструкції пастеризаційної установки та зниження витрат на неї. Температура пастеризації для повного придушення мікрофлори повинна становити не менше 72 С /1/, тому вона прийнята рівною 75 С і підтримувалася постійним шляхом регулювання подачі молока ГД нагрівач за допомогою крана на його вихідному патрубку.
Нехтуючи деякими втратами тепла в навколишнє середовище через утеплені стінки витримувача, отримаємо на вході регенератор температуру гарячого молока порядку 75 С (рис.27).
Малюнок 27 – Блок – схема розподілу температур молока в теплових апаратах пастеризаційної установки.
Визначення щільності та кінематичної в'язкості молока
Молоко є складною системою, в якій сухі речовини розчинені у воді, жир знаходиться встан емульсії, білки - в колоїдній фазі, а молочний цукор і солі утворюють молекулярну та іонну фази. При динамічному та тепловому впливі на нього в пастеризаційній установці з гідродинамічним нагрівачем відбувається не тільки зміна складу та структури молока, а й його фізико-механічних властивостей. За даними ряду дослідників /1/, щільність охолодженого до 5 ° С молока перед пастеризацією становила 1032 кг/м 3 і поступово знижувалася при його нагріванні. Щільність молока в межах температур пастеризації (60…80 °С) становила заокруглено 1000 кг/м 3 .
Більше істотно при нагріванні змінюється кінематична в'язкість молока /1/. Вона досить різко знижується в інтервалі температур 5 ... 40 ° С і повільно - понад 60 ° С, тобто в межах пастеризації. Залежність кінематичного коефіцієнта в'язкості молока від температури може бути представлена у вигляді наступної статечної функції:
У межах температур пастеризації молока та вершків у гідродинамічному нагрівачі (від 60 °С до 80 °С) ця залежність з похибкою до 5% може бути лінеалізована:
де b1 та a1 - розмірні коефіцієнти лінеалізації залежності в'язкості від температури нагрівання молока.
Відповідно до даних Краснової А.Ю. /1/ для молока b1 = 1,09 · 10 -6 м 2 / с, a1 = 0,0065 · 10 -6 м 2 / с · ° С. Тоді при температурі 75 °С:
Визначення окружної швидкості обертання ротора ГДН
За умовами безкавітаційної роботи ГД нагрівача приймаємо окружну швидкість перебігу молока близько 20 м/с при діаметрі ротора ГД нагрівача 153 мм.
Окружна швидкість молока визначається за такою формулою:
де - Радіус ротора ГД нагрівача, м;
- Частота обертання ротора, об / хв.
Звідки частота обертання ротора:
Приймаємо частоту обертанняротора ГД нагрівача 3000 об/хв.
Визначення коефіцієнта регенерації тепла
Згідно зі збільшенням коефіцієнта регенерації площа поверхні нагрівання молока в регенераторі інтенсивно зростає. Зона доступних значень у промислових регенераторах не перевищує 0,8. Далі зростання Fр (площа пластин регенератора) настільки значний, що його габарити та вартість стають неефективними. Виходячи з вищесказаного, приймаємо коефіцієнт регенерації тепла рівним
Визначення перепаду температур на виході та вході ГД нагрівача
Перепад температур визначається за наступною залежністю:
Визначення коефіцієнта потужності приводу установки
Відповідно до /1/ коефіцієнт потужності приводу установки визначається за залежністю:
де – температура пастеризації, єС;
Визначення потрібної кількості тепла в секунду для нагрівання молока в ГД нагрівачі проводиться за такою залежністю:
де - секундна подача молока пастеризатор, кг/с;
- Питома теплоємність молока, Дж/(кгК);
- Температура пастеризації, єС;
- температура охолодженого молока, є;
- Коефіцієнт регенерації тепла поза ГД нагрівача.
Теплопродуктивність ГД нагрівача при заданій подачі в установку дорівнюватиме:
де - продуктивність пастеризаційної установки, кг/год;
- тепловий ККД ГД нагрівача,
З врахуванням того, що . Приймаємо
Витрати тепла на нагрівання молока дорівнюватимуть:
де - Константи лінеалізації коефіцієнта потужності ГД
нагрівача у сфері температур молока;
- Діаметр ротора ГД нагрівача, м;
- Кутова швидкість обертання ротора, об/хв.
Шина ротора нагрівача:
Визначення потужностіелектродвигуна приводу ГД нагрівача пастеризаційної установки
де - ККД механічних передач, .
Згідно з таблицею П1 /6/ приймаємо електродвигун асинхронний серії 4А, закритий 4А132М2У3, що обдувається.
Площа пластин регенератора дорівнює:
де - Коефіцієнт теплопередачі, Тут коефіцієнт теплопередачі знаходиться в межах
Тоді кількість пластин регенератора дорівнюватиме:
де – площа однієї пластини. Приймаємо площу однієї пластини тоді
Приймаємо кількість пластин регенератора
Визначимо температуру регенерації молока:
Температура на виході гарячої сторони регенератора дорівнюватиме:
Визначимо площу охолоджувача молока
де - коефіцієнт теплопередачі охолоджувача,
Кількість осередків ротора та сумарний об'єм їх у ГД нагрівачі складе:
де - Діаметр комірки ротора. За даними /1/ діаметр осередку прийнято
- товщина лопатки ротора та корпусу,
Приймаємо кількість осередків ротора ГД нагрівача штук.
Тривалість перебування молока в ГД нагрівачі дорівнюватиме:
де - сумарний обсяг порожнин в роторі та корпусі ГД нагрівача,
Визначимо частку, яка вноситься в критерій пастеризації молока ГД нагрівачем
- Тривалість пастеризації молока, с.
Тоді тривалість пастеризації дорівнюватиме:
де - продуктивність пастеризаційної установки,
Далі визначимо частку, що вноситься в критерій пастеризації молока регенератором
і частку, що вноситься за умов пастеризації молока витримувачем
Тоді тривалість витримки молока у витримувачі дорівнюватиме
По ній обчислюємо обсяг витримувача
Отримані дані забезпечують заданий режим роботи пастеризаційної установки, що проектується.