Курс лекций по ТОО молоко.3-4 курсы ИТФ
.pdf
Пластинчатые пастеризаторы. Они представляют собой комбинированные пластинчатые аппараты, состоящие из отдельных, определенным образом скомпонованных секций. В зависимости от компоновки в установках можно выполнять различные процессы тепловой обработки — нагрев, пастеризацию, охлаждение, рекуперацию (использование теплоты нагретого пастеризованного продукта в специальной секции аппарата).
В молочной отрасли большое распространение получили пластинчатые пастеризационно-охладительные установки. Пластинчатая пастеризационноохладительная установка ОКЛ предназначена для быстрого нагрева молока в тонком слое и закрытом потоке и последующего охлаждения его при кратковременной выдержке. Установка состоит из пластинчатого аппарата, уравнительного бака с клапанно-поплавковым устройством, стабилизатора потока, бойлера с инжектором пара сепаратора-молокоочистителя, центробежных насосов для молока и горячей воды, трубопроводов с регулирующими клапанами, пульта управления, автоматических клапанов и выдерживателя.
Основное оборудование — пластинчатый аппарат, в котором осуществляются нагрев, пастеризация и охлаждение молока. Аппараты производительностью до 10 000 л/ч имеют односторонние секции по отношению к стойке, аппараты производительностью свыше 10 000 л/ч — двусторонние.
Теплообменные пластины размещены в секциях аппаратов согласно схеме компоновки и разделены на пакеты — группы ПП.1СТИН с одинаковым направлением потока жидкости. На каждой пластине выбит порядковый номер, что упрощает их сборку в пакеты по схеме компоновки пластин. Теплообменные секции отделены специальными разделительными плитами со штуцерами для ввода и вывода жидкостей. Пластинчатые аппараты имени три секции: регенерации, пастеризации и охлаждения. Применяемая теплообменная пластина имеет сетчато-поточный тип и обладает
331
более высокими теплотехническими показателями по »равнению с ранее используемыми пластинами ленточно-поточного типа.
Пластинчатый аппарат состоит из чугунной литой стойки с скрепленными на ней двумя стальными штангами. К верхней штанге подвешивают теплообменные пластины, разделительные и нажимные плиты, а нижняя служит направляющей. Стойка и нажимные плиты снабжены штуцерами для ввода и вывода молока и рабочих жидкостей. На незакрепленных концах штанг имеется резьба для гаек, которыми с помощью зажимных устройств прижимают пластины теплообменных секций, создавая необходимую герметичность. Требуемая степень сжатия теплообменных секций контролируется по показанию стрелок на табличках, укрепленных на штангах. Аппарат устанавливают на полу производственного помещения на регулируемых по высоте опорах.
Трубчатые пастеризаторы. Основной элемент трубчатых пастеризационных установок — двухцилиндровый теплообменный аппарат, состоящий из верхнего и нижнего цилиндров, которые обогреваются паром.
В установках Т1-ОУН, А1-ОТЛ-5, Т1-ОУТ (рис.10) трубные доски изготовлены из нержавеющей стали. Они имеют выфрезерованные каналы, соединяющие торцы труб попарно. Входная и выходная трубы выведены из цилиндров наружу в виде патрубков со штуцерами. В торцах цилиндров установлены плотно привернутые крышки с резиновыми уплотнениями, создающими герметичность и изолирующими каналы один от другого. Нагнетаемая насосом жидкость попадает в первую трубу, затем в канал, перемешивается, переходит в следующую трубу, снова в канал и т.д., пока последовательно не пройдет по всем трубам. В паровых рубашках цилиндров на входе установлены перфорированные пластины — отражатели пара. Цилиндры смонтированы на подставке из труб. Для регулирования по высоте в нижней части подставки предусмотрены регулирующие винты. Регулирование температуры пастеризации и ее автоматическое поддержание в заданных пределах осуществляются регулятором прямого действия типа РТ. Для того чтобы не пропустить непастеризованный продукт на последующую обработку, на выходе из верхнего цилиндра пастеризатора предусмотрен перепускной клапан. Команда на автоматический перепуск подается с пульта управления от манометрического термометра. На паропроводе перед входом пара в рубашки цилиндров пастеризатора установлены манометры, предохранительные клапаны и паровые вентили. В паропроводе верхнего цилиндра смонтирован регулятор температуры. Вывод конденсата осуществляется конденсатоотводчиками из каждого цилиндра в отдельности.
Молоко нагнетается из накопительной емкости с помощью двух электронасосов, последовательно соединенных молокопроводом с цилиндрами пастеризатора, в нижний цилиндр пастеризатора. Там оно подогревается до 50—60 °С, переходит в верхний цилиндр, где пастеризуется при температуре 80—90 °С. Цилиндры обогреваются паром. При нарушении технологического режима чувствительный элемент дистанционного манометрического термометра, который погружен в поток
332
горячего молока, выходящего из пастеризатора, подает сигналы через пульт на пропускной клапан. Он срабатывает и направляет молоко на вторичную пастеризацию. В процессе пастеризации давление в молокопроводе контролируется манометром с мембранным разделителем. Давление пара на входе в паровые рубашки обоих цилиндров измеряется манометрами для пара. Температура пастеризованного молока на выходе из аппарата регистрируется манометрическим термометром ТКП-160Сг. Подача пара в зависимости от изменения температуры молока автоматически регулируется прибором РТ.
333
Рис.10. Общий вид установки трубчатой пастеризационной Т1-ОУТ (Т1-ОУН):
1- центробежный электронасос; 2- термодинамический конденсатоотводчик; 3, 12, 14,15,19-трубы; 4-угольник; 5,6-трубы конденсата; 7-10,24 – молокопровод; 11-перепскной клапан; 13-регулятор температуры прямого действия типа РТ; 16-кольцеобразный патрубок; 17-трубчатый пастеризатор; 18-паровой вентиль; 20предохранительный клапан; 21,25 – манометры; 22-фланец; 23 – тройник; 26-пульт управления
334
Установка А1-0ТЛ-5 отличается от вышеописанных тем, что на теплопередающих трубах создает шероховатость (накатку). Это снижает гидравлическоесопротивление, увеличиваеттеплопередачу, уменьшаетобразование молочного камня и пригара белка. Кроме того, для удобства обслуживания и повышения надежности работы системы автоматизации установка А1-ОТЛ-5 комплектуется уравнительным приемным баком с поплавковым регулятором уровня. Техническиехарактеристикиустановокприведены в табл. 4.
Таблица 4. Технические характеристики трубчатых пастеризаторов
Особенностью конструкции установки А1-ОТЛ-10 является наличие регенератора, выполненного по типу теплообменника «труба в трубе». Он служит для частичного подогрева исходного молока и вывода конденсата. Нагреваемый продуктподаетсяповнутреннейтрубке, конденсат течетпротивотокомвкольцевом зазоре теплообменника. Кроме того, трубчатый теплообменный аппарат представляет собой три рабочих цилиндра, смонтированные на подставке с уклономотносительноуровняпола.
Основная часть тепловой обработки молочной продукции выполняется в теплообменниках пластинчатого типа (ТПТ). Такой теплообменник состоит из набора пластин из нержавеющей стали, стянутых в одну конструкцию. Такая конструкция может состоять из нескольких пакетов пластин, составляющих отдельные секции, в которых осуществляются различные этапы обработки – например, первичный нагрев, основной нагрев и охлаждение. Функцию обогревающей среды выполняет горячая вода, а охлаждающей среды – холодная вода, ледяная вода или пропилгликоль, в зависимости от требуемой температуры продукта на выходе.
Пластинам придана гофрированная форма для обеспечения оптимальной теплопередачи. Пакет пластин сжат в конструкции. Точки опоры на гофрах не позволяют листам сомкнуться, и, таким образом между ними образуются тонкие каналы. Жидкости проникают в каналы и покидают
335
их через отверстия в углах пластин. Различные сочетания сквозных и глухих отверстий направляют жидкости из одного канала в другой.
Прокладки на стыках пластин и отверстий ограничивают каналы и предотвращают утечку из теплообменника и смешивание жидкостей внутри его.
Рис.11. Принципы движения потоков и теплопередачи в пластинчатом теплообменнике
Продукт поступает внутрь теплообменника через угловое отверстие в первый канал секции и течет по каналу в вертикальном направлении. Пройдя весь канал, продукт покидает его с другого конца через угловое отверстие, снабженное прокладкой. Расположение угловых проходов таково, что продукт попадает в каналы через один в пределах “своего” пакета пластин.
Обогревающая или охлаждающая жидкость поступает с противоположного конца секции и протекает аналогичным образом – через канал. Значит, каждый канал, по которому движется продукт, с обеих сторон соседствует с каналами, наполненными рабочей жидкостью. Для эффективной теплопередачи каналы между пластинами должны быть предельно узкими, но в случае необходимости пропускания больших объемов продукта по этим каналам неизбежно происходит значительное увеличение скорости и давления. Поскольку такие вещи весьма нежелательны, их стараются избежать, разбивая поток продукта в теплообменнике на несколько параллельных потоков.
336
Отмеченный синим цветом на рис. 12 поток продукта делится на два параллельных потока, которые четыре раза меняют направление своего движения в пределах своего отсека. Поток рабочей жидкости, отмеченный красным, делится на четыре параллельных потока, которые дважды меняют направление своего движения.
Рис.12. Система каналов, по которым паралельно двужутся потоки продукта и нагревающей/охлаждающей среды. В данном варианте применяется схема 4х20 / 2х4.
В некоторых случаях для пастеризации, а также для стерилизации молочных продуктов применяются теплообменники трубчатого типа (ТТТ). В отличие от пластинчатых, эти теплообменники не имеют точек соприкосновения в продуктовом канале и поэтому могут быть использованы для работы с продуктами, частицы которого ограничены определенным размером. Максимальный размер частиц зависит от диаметра трубы. При работе в режиме стерилизации трубчатый теплообменник реже приходится останавливать для очистки, чем пластинчатый. С точки зрения теплопередачи трубчатый теплообменник менее эффективен, чем пластинчатый.
Имеются два принципиально различных типа трубчатых теплообменников: много/одноканальный и много/однотрубный.
337
Рис.13. Трубы в теплообменнике трубчатого типа смонтированы в компактный блок
Теплопередающая поверхность многоканального трубчатого теплообменника, показанного на рис. 14, состоит из прямых трубок различного диаметра, концентрически размещенных на общей оси и с обоих концов примыкающих к коллекторам (1). Стыки труб с коллекторами уплотнены двойными уплотнительными кольцами (2),и весь узел фиксируется осевым стяжным болтом (3).
Оба взаимодействующих потока текут во встречных направлениях по кольцевым каналам между концентрическими трубками, через один. Рабочая жидкость всегда поступает в самый крайний канал. Коллекторы на обоих концах собирают и направляют жидкость в одни каналы и выпускают ее из других. Гофрированная структура труб обеспечивает высокую турбулентность обеих жидкостей с целью улучшения теплопередачи. Данный тип теплообменника можно также использовать для прямой регенерации путем воздействия одного продукта на другой.
Одноканальный теплообменник представляет собой вариант с одним продуктопроводящим каналом, заключенным между двумя концентрическими каналами с рабочей жидкостью.
338
Многотрубный теплообменник работает по классической схеме трубы в кожухе, при которой продукт течет по набору параллельных труб, а рабочая жидкость – между ними и вокруг них. Спирально-гофрированная конфигурация труб и кожуха создает турбулентность, которая обеспечивает эффективную теплопередачу. Теплопередающая поверхность состоит их набора прямых гофрированных или гладких труб (1), вваренных в пластины с обоих концов (рис. 15). Пластины, в свою очередь, крепятся к наружному кожуху с использованием двойных уплотнительных колец (2). Такая “плавающая” конструкция позволяет при необходимости извлекать трубы продуктопровода, отвернув торцевые болты. Таким образом, узел можно разбирать для осмотра. “Плавающая” конструкция поглощает тепловое расширение и позволяет заменять наборы труб в кожухе, устанавливая различные их сочетания в зависимости от назначения. Однотрубный вариант представляет собой теплообменник с одной внутренней трубой, способной пропускать частицы диаметром до 50 мм. И многотрубный и однотрубный варианты эффективно используются для процессов, требующих высоких давлений и высоких температур.
339
Шнековый теплообменник (см. рис.16) предназначен для нагрева и охлаждения вязких, клейких и комковатых продуктов и для их кристаллизации. Рабочие давления в среде продукта очень высоки, нередко они достигают 40 бар. Поэтому все продукты, поддающиеся перекачке, могут быть подвергнуты необходимой обработке.
340