Производство глазированных сырков

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Технологические расчеты

При конструировании пастеризационной установки пластинчатого типа для пастеризации молока на производство творога имеются начальные данные, по которым проводятся расчеты.

Начальная температура молока       t1=6 0C;

Температура на выходе из секции рекуперации 1    t2=40 0C;

(температура сепарирования)

Температура пастеризации              t4=79 0C;

Температура на выходе из теплообменника t6= 30 0C;

Коэффициент регенерации теплоты             ε=0,68;

Основные данные пластины П-2:

- поверхность теплообмена  F=0,2 м2;

- рабочая ширина b=0,27 м;

- расстояние между пластинами  h=0,0028 м;

- площадь поперечного  сечения одного канала f1=0,0008 м;

- эквивалентный диаметр  потока dэ= 2h= 0,0056 м;

- толщина пластины δ= 0,0012 м;

- теплопроводность пластины  λ=16 Вт/(м·К).

Для расчета составляют общую схему аппарата и график изменения температур обрабатываемого продукта и рабочих средств по секциям.

 

2.2.1 Расчет недостающих  значений температур

Недостающие значения температур по секциям определяют формулами:

Температура на выходе из секции рекуперации 2 t3:

,                                         (2.1)

66,52 0C.                                           

Начальная температура горячей воды : 

 0C;                 (2.2)

= 810C.         

Температура молока между секциями рекуперации t5:  

;          (2.3)

= 42,48 0C.        

Температура горячей воды при выходе из секции  :

             ;                                              (2.4)           

= 78,130C.      

 где Cм, Сг - удельные теплоемкости нагреваемого продукта и                                                 теплоносителя (горячей воды):

См=3,85 кДж/(кг 0C ), Св=4,19 кДж/(кг 0C);

nг, nв - кратность подачи горячей воды;

  nг=4.                                                                                                                                                                                                                                              

             Определение среднего температурного  напора в каждой секции:

Средний температурный напор во всех секциях определяется по формуле:

              ;                                                               (2.5)        

  где - большая и меньшая разность между температурами на                  концах секций.

Секция рекуперации 1 :

  tмол нач.=6 0С;     tмол. кон. =40 0С;

  tмол. нач.=42,48 0С;      tмол. кон.=30 0С;

        Δtб=34 0С;

       Δtм=12,48 0С;

       = 21,51 0С;              

   Секция рекуперации 2:  

      tмол нач.=40 0С;     tмол. кон. =66,52 0С;

  tмол. нач.=79 0С;      tмол. кон.=42,48 0С;

        Δtб=26,52 0С;

       Δtм=36,52 0С;

       =50С;   

     Секция пастеризации:

tмол. нач.=66,52 0С;     tмол. кон=79 0С;          

tводы нач.=81 0С;         tводы кон.=78,13 0С;

Δtб=12,48 0 С;

Δtм=2,87 0С;

= 90С.

 

2.2.2 Определение скорости потоков в секции

 

Определение объемной производительности по молоку по формуле (2.8):

,            (2.8)

где G- производительность аппарата, м3/ч (заданная G= 10000 л/ч).

 0,0028 м3/с.

Определение числа каналов m в пакете при скорости молока w=0,6 м/с по формуле (2.9):

,            (2.9)

где f1- площадь поперечного сечения одного канала, м2.

5,83.

Принимаем m= 6,

Скорость горячей воды принимаем wг= 2 wм

wг=1,2 м/с.

 

 

2.2.3 Определение теплофизических свойств молока и рабочих жидкостей

Секция рекуперации 1:

Определение средней температуры сырого молока в секции (сторона нагревания):

,        (2.10)

23 0С.        

 

Теплофизические свойства молока (табличные данные):

λ1=0,499 Вт/(м·К); μ1= 1529·106 Па·с; ρ1= 1027,3 кг/м3; с1= 3,895 кДж/(кг·К); Pr=11,8.

Определение средней температуры пастеризованного молока (сторона охлаждения):

,        (2.11)

36,24 0С.      

Теплофизические свойства молока (табличные данные):

λ1=0,501 Вт/(м·К); μ1= 1196·106 Па·с; ρ1= 1023,2 кг/м3; с1= 3,906 кДж/(кг·К); Pr=9,05.

 

Секция рекуперации 2:

Определение средней температуры сырого молока в секции (сторона нагревания):

,        (2.12)

53,26 0С.      

Теплофизические свойства молока (табличные данные):

λ1=0,516 Вт/(м·К); μ1= 852,6·106 Па·с; ρ1= 1015,9 кг/м3; с1= 3,87 кДж/(кг·К); Pr=6,5.

Определение средней температуры пастеризованного молока (сторона охлаждения):

,        (2.13)

60,74 0С.      

Теплофизические свойства молока (табличные данные):

λ1=0,518 Вт/(м·К); μ1= 705,6·106 Па·с; ρ1= 1011,1 кг/м3; с1= 3,85 кДж/(кг·К); Pr=5,35.

 

Секция пастеризации:

Определение средней температуры горячей воды в секции (сторона охлаждения):

,         (2.14)

79,56 0С.       

Теплофизические свойства воды (табличные данные):

λ=0,675 Вт/(м·К); μ1= 355,7·106 Па·с; ρ1= 971,8 кг/м3; с1= 4,219 кДж/(кг·К); Pr=2,23.

Определение средней температуры молока (сторона нагревания):

,         (2.15)

53.26.       

Теплофизические свойства молока (табличные данные):

λ1=0,528 Вт/(м·К); μ1= 588·106 Па·с; ρ1= 1003 кг/м3; с1= 3,85 кДж/(кг·К); Pr=4,4.

 

 

2.2.4 Определение числа Рейнольдса

Число Рейнольдса определим по формуле (2.16):

,          (2.16)

где w- скорость движения потока молока, м/с;

       dэ- эквивалентный диаметр потока, м;

       ρ- плотность  среды, кг/м3;

       μ- динамическая  вязкость, Па·с.

 

 

 Секция рекуперации 1:

Сторона нагревания:

= 2257.

Сторона охлаждения:

= 2874.

 

 

Секция рекуперации 2:

Сторона нагревания:

= 4003,5.

Сторона охлаждения:

= 4814,8.

 

 

Секция пастеризации:

Для молока:

= 5731,4.

Для горячей воды:

= 18395,8.

 

2.2.5 Определение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи

Коэффициенты теплоотдачи определяются по формуле (2.17):

,         (2.17)

где - теплопроводность молока, (Вт/(м·К));

       Pr- коэффициент Прандтля.

Коэффициенты теплопередачи определяются по формуле (2.18) с учетом отложения молочного камня на пластинах при коэффициенте использования:

,          (2.18)

где φ- коэффициент использования площади теплообмена;

       δ- толщина пластины, м (0,0012 м);

       λ- теплопроводность пластины, Вт/(м2·К) (16 Вт/(м2·К)).

 

Секция рекуперации 1:

При охлаждении пастеризованного молока:

= 6084,29 Вт/(м2·К).

 

При нагревании сырого молока:

= 5731,69 Вт/(м2·К).

Коэффициент теплопередачи с учетом отложений молочного камня на пластинах при φ=0,9:

2176,5.

 

Секция рекуперации 2:

При охлаждении пастеризованного молока:

= 7207,9 Вт/(м2·К).

При нагревании сырого молока:

= 6860,7 Вт/(м2·К).

Коэффициент теплопередачи с учетом отложений молочного камня на пластинах при φ=0,9:

2503,5.

 

 

 

Секция пастеризации:

При охлаждении горячей воды:

= 16429,6 Вт/(м2·К).

При нагревании молока:

= 7614,5 Вт/(м2·К).

Коэффициент теплопередачи с учетом отложений молочного камня на пластинах при φ=0,85:

3182,3.

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Конструктивный расчет пластинчатого теплообменника

3.1 Определение рабочих поверхностей теплопередачи и числа пакетов в секциях

Определение рабочей поверхности теплопередачи осуществляется по формуле (3.1):

,         (3.1)

где G- количество молока, кг/с;

      См- удельная теплоемкость молока, кДж/(кг·К);

        tн, tк- начальная и конечная температуры молока в секции, 0С;

         К- коэффициент теплопередачи;

         Δt- средний температурный напор в секции, 0С.

Число пластин в секции определяется по формуле (3.2):

 

,          (3.2)

где F1- площадь поверхности одной пластины, м2 (0,2 м2).

 

Секция рекуперации 1:

= 7,92 м2.

.

При числе каналов в пакете m=6, число пакетов определим по формуле (3.3):

,           (3.3)

3,3.          

Принимаем хр1=3.

 

Секция рекуперации 2:

= 22,96 м2.

.

При числе каналов в пакете m=6, число пакетов определим по формуле (3.4):

,           (3.4)

9,6.          

Принимаем хр2=10.

 

Секция пастеризации:

= 4,3 м2.

.

При числе каналов в пакете m=6, число пакетов определим по формуле (3.5):

,           (3.5)

1,8          

Принимаем хп=2.

Определение общего числа пластин в теплообменнике.

Общее число пластин в пастеризаторе найдем по формуле (3.6):

n= np1+np2+nп.          (3.6)

n= 40+115+22=177.         

Зная для всех секций числа m и х, примем следующую компоновку секций установки:

Секция рекуперации 1: ;

Секция рекуперации 2: ;

Секция пастеризации: .

Цифра в числителе соответствует числу последовательно включенных пакетов, а цифра в знаменателе - число параллельных каналов для движения молока или воды.

 

2. Гидравлический расчет аппарата и подбор насоса

Секция рекуперации 1:

Для потока нагреваемого молока при Reр=2257.

ξр= 11,2·Re-0,25,            (4.1)

ξр= 11,2·2257-0,25=1,62.         

Определение гидравлического сопротивления секции на стороне нагреваемого молока по формуле (3.2):

,        (3.2)

,           (3.3)

где Lп- приведенная длина потока, м;

      F- поверхность теплообмена, м2 (0,2 м2);

      b- рабочая ширина,м (0,27 м).

 м.

118716 Па.

Для потока пастеризованного охлаждаемого молока при Reр=2874.

ξр= 11,2·2874-0,25=1,52.

Определение гидравлического сопротивления секции на стороне горячего молока по формуле (3.2):

77336,8 Па.

 

Секция рекуперации 2:

Для потока нагреваемого молока при Reр=4003,5.

ξр= 11,2·4003,5-0,25=1,4.

Определение гидравлического сопротивления секции на стороне нагреваемого молока:

338184 Па.

Для потока пастеризованного охлаждаемого молока при Reр=4814,8.

ξр= 11,2·4814,8-0,25=1,34.

Определение гидравлического сопротивления секции на стороне горячего охлаждаемого молока по формуле (3.2):

322162 Па.

 

Секция пастеризации:

Для потока пастеризуемого молока при Reр=5731,4.

ξр= 11,2·5731,4-0,25=1,28.

Определение гидравлического сопротивления секции по формуле (3.2):

42324,2 Па.

Определение общего гидравлического сопротивления теплообменника на линии движения молока по формуле (3.4):

Δр=++++.       (3.4)

Δр= 118716+110943+338184+322162+42324,2= 932329,2 Па = 932,3 кПа.

По производительности теплообменного аппарата подбираем насос    Г2-ОПБ производительностью 10 м3/ч.

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3 Определение расхода теплоносителя

Расход воды или другого теплоносителя на нагревание определяют из теплового баланса - формула (4.1):

Gвcвtв.н+Gпcпtп.н=Gвcвtв.к+Gпспtп.к  ,                                                           (4.1)   

 где  Gв, Gп – количество соответственно воды и продукта, кг/ч;

          св, сп – теплоемкости соответственно воды и продукта, Дж/кг К;

          tв.н, tп.н – начальные температуры соответственно воды и продукта, 0С;

          tв.к, tп.к –  конечные температуры соответственно воды и продукта, 0С.

Gв=Gпcп(tп.к-tп.н)/cв(tв.н-tв.к);                                                                       (4.2)

Gп=10000 кг/ч.

Найдем расход горячей воды.

Горячая вода идет на нагревание молока в секции пастеризации.

          Тср. мол.=72,7 0С, сп=3850 Дж/кг К;  tп.н=66,52 0С, tп.к=79 0С.

           Тср.воды=75,3 0С, св=4190 Дж/кг К, tп.н=81 0С, tп.к=77,13 0С.

 Тогда по формуле (4.2):

= 29427,7 л/ч= 2,9 м3/ч.

Расход горячей воды равен: Gв=2,9 м3/ч.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Охрана труда и техника безопасности

Пастеризатор-охладитель устанавливают на полу цеха молочного завода без фундамента строго по уровню, используя регулирующие устройства ножек аппарата. После осмотра всех элементов аппарата, убедившись в их исправности и чистоте, а также в правильном расположении теплообменных пластин в соответствии с их нумерацией, его собирают.

Пластины и промежуточные плиты вручную передвигают по тягам на рабочие места. Для уменьшения усилий во время сдвига пластин и плит необходимо рабочие поверхности тяг и резьб зажимных устройств слегка смазывать. Окончательно прижимают теплообменные пластины и плиты винтовым зажимом с помощью специального ключа.

Необходимую для герметичности степень сжатия тепловых секций определяют стрелкой, нанесенной на верхней и нижней распорках, которая должна совпадать с центром вертикальной распорки обеих тяг. При этом, учитывая наличие двухвинтового зажима, необходимо производить равномерную затяжку каждым винтовым устройством во избежание перекоса.

Перед пуском установки в работу ее обязательно чистят, моют и стерилизуют горячей водой, а при безразборной мойке — моющими средствами с помощью специальных для этих целей установок.

 Безразборная мойка, при  которой моющие растворы циркулируют  в замкнутой системе с отключенным  молокоочистителем, допустима лишь  в том случае, если отсутствуют  детали, изготовленные из бронзы  и алюминия.

Для прекращения работы установки выключают подачу молока и вместо него подают воду. После вытеснения молока из аппарата выключают пар, горячую воду и рассол, выключают молокоочистители, обесточивают щит управления и выпускают весь рассол. После этого всю установку подвергают санитарной обработке. Во время чистки и мойки нельзя пользоваться металлическими щетками и другими абразивными материалами.