Практическая работа № 5.

Расчёт оборудования для нагрева и охлаждения молока.

Оборудование этой группы (охладители, подогреватели, пастеризаторы и пастеризационно-охладительные установки) подбирают по часовой производительности с учетом особенностей выполняемого технологического процесса. В связи с тем, что из технической характеристики теплообменных аппаратов обычно известны количество, тип и размеры пластин, а также температурный режим их работы, задачей технологического расчета является адаптация выбранного оборудования к условиям конкретного производственного процесса. С этой целью определяют расход количества теплоты и холода для обработки молока при принятых значениях температуры продукта, горячей и холодной воды, а также рассола.

В некоторых случаях, когда изменение теплового режима работы и производительности пластинчатого аппарата достигается за счет его перекомпоновки, следует провести проверочный расчет оборудования. Он позволяет определить площадь поверхности теплообмена и количество пластин каждой секции, а также получить расчетные данные для построения температурного графика пластинчатого аппарата.

Расход количества теплоты Q_T (Дж/с) при нагревании продукта рассчитывают по формуле

,

где G_П — массовый расход продукта, кг/с; с_П — удельная теплоемкость продукта, Дж/(кг°С); t_H и t_K — соответственно начальная и конечная температура продук­та, С.

Если пластинчатый аппарат имеет регенератор, то расчет расхода количества теплоты проводят с учетом коэффициента регенерации (Е):

Расход пара Р (кг/ч), необходимого для получения горячей воды, определяют по формуле

,

где и — энтальпия соответственно греющего пара и конденсата, Дж/кг; — тепловой КПД аппарата ( = 0,75...0,85).

Расход холода Q_x (Дж/ч), необходимого для охлаждения про­дукта в рассольной секции пластинчатого аппарата, определяют по формуле

,

где и - температура продукта соответственно на входе и выходе рассольной секции, °С.

Полученный расход количества холода является основанием для выбора марки и количества холодильных машин (п_х):

,

где k_х — коэффициент, учитывающий потери холода в окружающую среду (k_х = 1,05...1,1); W_x — производительность холодильной машины, кВт.

Площадь поверхности теплопередачи F(m²) многосекционного аппарата определяют для каждой секции в отдельности:

где G_п — массовый расход продукта, кг/с; k — коэффициент теплопередачи, Вт/(м² • °С); — средний температурный напор, °С.

В конструкторских расчетах общий коэффициент теплопередачи каждой секции рассчитывают по специальной методике.

В технологических расчетах этими величинами задаются, исходя из следующих рекомендаций.

Для пастеризационно-охладительных установок производительностью 1,5...2 кг/с коэффициент теплопередачи секций пастеризации, регенерации, охлаждения водой и рассолом можно принять соответственно 2550...2620; 2100...2300; 1200...1500; 1050...1150 Вт/(м² • °С). Для установок производительностью меньше 1 кг/с эти величины принимаются равными соответственно 1200, 1150, 1100 и 950 Вт/(м2-'С).

Средний температурный напор определяют из температурного графика, для построения которого рассчитывают недостающие значения температуры:

;

;

,

где t₂ — температура регенерации, °С; t₁ — начальная температура молока, °С (6...10°С); t₃ — температура пастеризации, °С (74...76 °С при выработке питьевого молока и 86...88 °С при выработке кефира); Е— коэффициент регенерации (0,8...0,85); t₄ — температура молока между секциями регенерации и водяного охлаждения, °С; t₅ —температура молока между секциями водяного и рассольного охлаждения, °С; t`_в — начальная температура охлаждающей воды, °С (8...10°С).

Температуру горячей воды , холодной воды и рассола при их выходе из секций рассчитывают по формулам:

;

;

,

где t'_Г — начальная температура горячей воды, ; с_М, с_Г, с_В, с_Р —удельная теплоемкость соответственно нагреваемого продукта, горячей воды, холодной воды и рассола, Дж/(кг°С); п_Г, п_В, п_Р — кратность расхода горячей воды (п_Г = 4...8), холодной воды (п_В = 3), рассола (п_Р = 2...2,5); t'_Р — начальная температура рассола, °С (—4...—5°С); t₆ — конечная температура пастеризованного молока, °С (4 °С).

Средний температурный напор А/_ср (°С) определяют по формуле:

,

где и — соответственно разность температуры охлаждаемого продукта и хладоносителя на входе и выходе из секций, °С.

Число пластин в секциях рассчитывают по формуле

где f —площадь поверхности теплообмена одной пластины, м² (принимают, исходя из паспортных данных оборудования).