Расчет технологического оборудования молочной отрасли с помощью ЭВМ. Методическое пособие для студентов специальности 260303 – «Технология молока и мо

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова»

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

Е.П. Решетняк, Т.А. Дидык

РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ МОЛОЧНОЙ ОТРАСЛИ

СПОМОЩЬЮ ЭВМ

Ме т о д и ч е с к о е п о с о б и е для студентов специальности

260303 – «Технология молока и молочных продуктов»

Саратов 2011

Рецензент профессор кафедры автоматизации и оборудовния

пишевых производств Свириденко А.К.

Расчет технологического оборудования молочной отрасли с помощью ЭВМ. М е т о д и ч е с к о е п о с о б и е для студентов специальности 260303 – «Технология молока и молочных продуктов» / Е.П. Решетняк, Т.А.Дидык. – Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский СГАУ», 2011. – 44 с. — опубл. 15.06.2012. — Электрон. версия печ. публ. — Доступ с сайта ЭБС IPRbooks.

Настоящее учебное пособие предназначено для студентов Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова в качестве руководства при выполнении курсовых и дипломных проектов и работ.

2

Содержание

Введение…………………………………………….. 4

1Методика расчета пластинчатых пастеризационно - охладительных установок………………………. 5

3

Вв е д е н и е

Внастоящее время инженер, не владеющий основами работы с ЭВМ, не может считаться хорошо подготовленным специалистом. Новые компьютерные технологии позволяют существенно усиливать интеллектуальные возможности студентов, воздействуя на их память и интересы, и являются важнейшим резервом интенсификации процесса обучения. В настоящем пособии студентам предлагается методика разработки Maple – программ расчета технологического оборудования молочной отрасли. Она включает следующие этапы: разработку Maple – программы расчета заданного элемента оборудования, расчет этого оборудования с помощью разработанной программы и расчет вручную без использования ЭВМ. При совпадении результатов расчетов программу можно считать отлаженной. Пример рачета заимствован авторами из работы [2]. Результаты расчета, полученные с помощью Maple – программы совпадают с результатами, приведенными в [2].

Почему именно Maple? Во-первых, эта компьютерная система разработана как система аналитических вычислений, позволяющая качественно и быстро решить практически любую математическую задачу не только численно, но и в аналитическом виде. Во-вторых, интуитивно-ясный и простой язык Maple позволяет программировать решение сложных математических задач даже людям не являющимися специалистами в области программирования и информатики. В-третьих, Mapleпрограммы и результаты вычислений без труда преобразуются

вдокументы Word. В-четвертых, элементы Maple используются студентами при изучении дисциплины «Автоматизированные системы управления технологическими процессами».

Основные элементы компьютерной системы Maple приведены в приложении, а также в работе [3].

4

1. Методика расчета пластинчатых

пастеризационно - охладительных установок

В молочной промышленности для пастеризации молочных продуктов широкое применение нашли пластинчатые пастеризационно – охладительные установки (ППОУ). Одним из преимуществ ППОУ является то, что они работают как рекуператоры, применяемые для экономии тепла и холода. Методику расчета рассмотрим на примере трех секционной пастеризационно – охладительной установки, представленной на рисунке.

Пастеризованное и охлажденное молоко

Рисунок. Температурный график трех секционного пастеризационно – охладительного аппарата:

I – секция рекуперации;

II – секция пастеризации;

III– секция охлаждения

1)На первом этапе определяются температурные пара-

метры аппарата, представленного на рисунке:

t1 – начальная температура сырого молока, оС (задается);

t2 – температура сырого молока в конце секции рекуперации, оС:

где t3 – температура пастеризации (на выходе секции пастери зации, задается), оС; Е – коэффициент рекуперации (задается

5

в пределах 0,7 0,9);

t4 – температура пастеризованного молока на выходе из секции рекуперации, оС:

t4= t1 + (t3 – t2); (2) t5 – температура пастеризованного молока на выходе из

из аппарата, оС:

t5 = t61 +2, (3)

где t61 – температура холодной воды на входе в аппарат, оС (задается);

t31 – начальная температура горячей воды на входе в сек-

где см – удельная теплоемкость молока, Дж/(кг К); сгв – удельная теплоемкость горячей воды, Дж/(кг К); nгв - кратность подачи горячей воды (nгв = 4 - 6).

t62 – конечная температура холодной воды, оС:

где cхв - удельная теплоемкость холодной воды, Дж/(кг К); nхв - кратность подачи холодной воды.

К температурным параметрам в секциях определяются также следующими параметрами:

- средний температурный напор, oC:

где tб, tм – большая и меньшая разности температур на концах секции, оС; tб , tм – большая и меньшая температура молока в секции.

6

Так, для секции пастеризации:

tох.б =t4; tох.м = t5; по формулам (7), (8) вычисляем tох.ср ;

Sох .

для секции рекуперации характерны равные разности температур на концах секции, поэтому в расчетах применяют следующие формулы (здесь учитывается, что молоко дважды проходит через секцию рекуперации):

2) Так как скорость молока и гидравлическое сопротивление аппарата его движению взаимосвязаны, поэтому вначале приближенно оцениваются гидравлические сопротивления секций.

Для величин допустимых гидравлических сопротивлений секций справедливо равенство:

Sрек , Sпас , Sох – симплексы температурных режимов в секциях

рекуперации, пастеризации и охлаждения; Kрек , Kпас , Kох – коэффициенты теплопередачи в соответствующих секциях. На

этом этапе расчета коэффициентов SK рекомендуется принимать:

Kрек = 2900 Вт/(м2 К);

Kпас = 2900 Вт/(м2 К);

Kох = 2320 Вт/(м2 К).

7

Далее гидравлические сопротивления секций выражают через одно из них:

Общее гидравлическое сопротивление аппарата определяется по формуле:

Здесь Pтр - гидравлическое сопротивление в трубопро-

водах. Принимается, что Pобщ=5 105 Па , Pтр=104 Па. С учетом уравнений (12) формула (13) принимает вид:

Определив из этого уравнения Pпас , из уравнений (12) определяем гидравлические сопротивления 2 Pрек и Pох .

3) Определяются максимально допустимые скорости молока по секциям и межпластинных каналах. Предварительно задается ожидаемый коэффициент теплоотдачи

м = 5000 Вт/(м2 К);

и вычисляются средние температуры стенок в секциях, оС:

Скорость движения молока определяется по формуле:

где м – коэффициент теплопередачи от стенки к молоку,

Вт/(м2 К), в работе ориентировочно м = 5000 Вт/(м2 К); tср.ст- средняя температура стенки секции, определяемая как средне-

арифметическая величина от значений температур обрабатываемой и рабочей жидкостей в секции; Pсек – гидравлическое сопротивление в секции, Па; м – плотность молока, кг/м3; сек- коэффициент гидравлического сопротивления секции; t2м , t1м - большая и меньшая температуры молока в секции, оС. Для молочных продуктов величина Vм = (0,17 0,35).

Коэффициент гидравлического сопротивления сек зависит от числа Рейнольдса и определяется для ленточно – поточных пластин по формуле:

Для расчета скорости по формуле (16) на этом этапе рекомендуется использовать следующие значения коэффициентов гидравлического сопротивления:

всекции рекуперации: рек = 1,6;

всекции пастеризации: пас = 1,4;

всекции водяного охлаждения: ох = 1,95.

(все значения приведены для аппаратов, собранных на основе ленточно – поточных пластин).

По формуле (16) вычисляются скорости молока в каждой секции. Из трех получаемых скоростей выбирается наименьшая Vмин или вычисляется среднее арифметическое , м/с. На ее основе определяется число каналов в пакете для молока по формуле:

где M – производительность аппарата, м3/с; Bp –площадь поперечного сечения канала, м2; h – зазор между пластинами, м. Результат округляется до целого числа: mм ц и уточняется скорость движения молока:

9