Пластинчатые охладители

В современных конструкциях охладителей и пастеризационноохладительных установок чаще всего используются теплообменные аппараты пластинчатого типа (рис. 2).

Рисунок 2. Технологическая схема очистителя-охладителя молока ОМ-1А

(с доильными установками, имеющими молокопровод):

1 — электродвигатель; 2 - станина с приводным механизмом; 3 — центрифуга;

4, 5, 7 - шланги; 6 — охладитель молока; 8 - тройник доильной установки; 9 — молоко-приемник доильной установки; 10 — корпус фильтра доильной установки

Они могут использоваться и в комбинации с другими агрегатами и машинами, например, с сепараторами. Пропускная способность такого агрегата (ОМ-1А) до 1200 л/ч, мощность электродвигателя - 1,5 кВт, количество очищаемого молока до выгрузки накопленного осадка при загрязненности его 0,06% не менее 2500 кг.

2. Исследование процесса теплообмена на действующей лабораторной установке для охлаждения молока

Рисунок 3. Схема движения теплообменивающихся сред в пластинчатом охладителе:

1,4- патрубки для подвода и отвода молока; 2,3- нижний и верхний продольные каналы движения молока; 5,8- патрубки для подвода и отвода хладоносителя; 6, 7 - нижние продольные каналы движения хладоносителя

При прохождении молока через пластинчатые секции происходит процесс теплообмена между молоком и охлаждающей жидкостью. Габаритные размеры, металлоемкость и производительность охладителей во многом зависит от способности его стенок проводить тепло от молока к охлаждающей жидкости. Молоко, соприкасаясь со стенками пластин охладителя, охлаждается от температуры t_мн до t_мк, а вода нагревается с t_вн до t_вк.

Графически данный процесс теплообмена в виде двух кривых показан на рис. 4.

Рисунок 4. Температурные графики противоточного (а) и параллельного (б)охладителей молока

Интенсивность передачи тепла через плоскую стенку охладителя характеризует общий коэффициент теплопередачи К. Этот коэффициент показывает, сколько теплоты проходит от молока к охлаждающей жидкости через один квадратный метр поверхности секции охладителя за 1 с. (за 1 ч.) при разности температур теплоносителя в 1°С.

Численное значение К определяется по формуле

(4)

где a₁ - коэффициент теплопередачи от молока к стенке;

- коэффициент теплопроводности стенки;

- толщина стенки;

а₂ — коэффициент теплопередачи от стенки к охлаждающей жидкости.

Общий коэффициент может также определяться экспериментально. В системе СИ коэффициент К имеет размерность .

При работе пластинчатых охладителей в результате процесса теплообмена происходит уменьшение энтальпии горячего теплоносителя (молока) и повышение холодного теплоносителя (воды, рассола). В этом случае уравнение теплового баланса имеет вид

Q = М • См • (t_МН - t_МК) = В • Св • (t_ВК - t_ВН) + Qпот, (5)

где Q - количество теплоты, переданные от молока к охлаждающей жидкости за 1 с, Вт;

М - количество молока, прошедшее через охладитель за 1 с, кг/с;

См - теплоемкость молока, Дж/(кг • °С);

Св - теплоемкость воды, Дж/(кг • °С);

t_мн и t_мк - температура молока на входе в охладитель и выходе из охладителя,°С ;

В - количество охлаждающей жидкости, прошедшей через охладитель

за 1 с, кг/с;

t_вн и t_вк - температура молока на входе в охладитель и выходе из охладителя,

Q_пот - потери теплоты в окружающую среду за 1 с, Вт.

Для расчетов можно принять См = 3938 Дж/(кг • °С); Св = 4190 Дж/(кг*°С).

Процесс передачи тепла от молока к охлаждающей жидкости через плоскую стенку охладителя может быть выражен уравнением

М • См • (t_МН - t_МК) = К • F • , (6)

где К - общий коэффициент теплопередачи, Вт/(м² • °С);

F- площадь поверхности охладителя, м²;

- средняя логарифмическая разность температур определяется по уравнению Грасгофа

(7)

где Dt_max, Dt_min - разность температур молока и охлаждающей жидкости на входе в секцию и на выходе из секции (рис.5).

Нагрузку потока молока на 1 м² поверхности охладителя (q, кг/(с • м²)) определяют по формуле

Q=M/F (8)

Экспериментальное определение коэффициента К и коэффициента кратности расхода охлаждающей жидкости проводится на лабораторной установке (рис. 5). На входе в охладительную секцию и на выходе из нее вмонтированы приборы ИТ-5 для регистрации температуры молока и воды.

Рисунок 5.Схема лабораторной установки для изучения процесса теплообмена охладителя молока:

1 — проточный электронагреватель; 2 — пластинчатый теплообменник очистителя-охладителя ОМ-1А; 3 — измеритель температуры ИТ-5; 4 -мерный бак для молока; 5 - мерный бак для воды

Результаты замеров занести в табл. 3.

Таблица 3. Результаты замеров

Показатели	Повторность опыта			Среднее значение
	1	2	3
Количество молока - М1, кг
Количество воды — В1,кг
Продолжительность опыта — Т, с
Температура молока, °С: на входе в секцию - tвн на выходе из секции – tвк
Температура воды, °С: на входе в секцию — tвн на выходе из секции — tвк
Ширина пластины — а, м
Высота пластины — b, м

1. По опытным данным определить и занести в табл. 4 показатели:

а) Расход молока и воды, кг/с:

M=M₁ / T, B=B₁ / T (9)

б) Часовой расход молока и воды, кг/ч:

Q_м =3600*М, Q_в =3600*В (10)

в) Площадь поверхности пластин охладителя, м²:

F=а*b*z (11)

г) Рассчитать численное значение коэффициента теплопередачи – К; среднюю логарифмическую температуру жидкостей на входе в секцию и на выходе из нее.

д.) Определить коэффициент кратности расхода воды:

n=Q_в / Q_м (12)

Таблица 4. Результаты обработки опытных данных

Показатели	Значение показателя
Расход молока - М, кг/с
Расход охлаждающей жидкости - В, кг/с
Часовой расход молока - См, кг/ч
Часовой расход воды - (}в, кг/ч
Площадь поверхности теплообмена - Р, м2
Общий коэффициент теплопередачи - К, Вт/(м2 • °С)
Коэффициент кратности расхода воды - n
Нагрузка потока молока — q, кг/(с • м2))

Содержание отчета:

1. Название, цель, техническая характеристика и схемы работы охладителей молока, схема лабораторной установки;

2. Результаты замеров в процессе проведения опытов, расчета показателей; выводы с оценкой технического состояния опытной установки.

Контрольные вопросы

1. Назовите типы и назначение основных марок охладителей молока, применяемых на животноводческих фермах.

2. Преимущества пластинчатых охладителей по сравнению с другими типами.

3. Порядок и формула для определения площади теплообменника и коэффициента теплопередачи.

4. Назовите основные марки и назначение холодильных установок.

РАБОТА №30: Устройство и технологический расчет пастеризационно-охладительной установки Б6-ОП2-Ф1

Цель работы: Изучить процесс теплообмена, осуществляемый в пластинчатых пастеризаторах и охладителях.

Материальное обеспечение: Пастеризационно-охлади­тельная установка Б6-ОП2-Ф1; секундомер; весы ВЦП25; емкость для воды и молока; линейка.

Содержание работы:

1. Устройство и принцип работы пластинчатой пастеризационно-охладительной установки;

2. Основы тепловых процессов в пластинчатых теплообменниках;

Содержание отчета.

Контрольные вопросы.

Методика выполнения работы

Общие сведения

Пастеризацией называется тепловая обработка молока с целью уничтожения болезнетворных и вызывающих порчу молока мик­роорганизмов. Она обеспечивает молоку необходимые санитарно-гигиенические качества для реализации потребителям, а также по­вышает его стойкость при хранении и транспортировке. В зависи­мости от температуры и продолжительности воздействия на моло­ко пастеризация может быть длительной, кратковременной и мгновенной.

Длительная пастеризация проводится при температуре 63...65°С с выдержкой до 30 мин. Кратковременная - при темпера­туре 72...76°С с выдержкой 15...30 с. Мгновенная – при температу­ре 85...90°С с выдержкой 1,5 с или без выдержки. Продажа непастеризованного молока населению запрещена. Если хозяйство небла­гополучно по заболеванию коров, температуру обработки необхо­димо повышать до 91... 97°С с выдержкой 5...10 мин и более.

По источнику энергии пастеризаторы подразделяют на паро­вые, электрические с омическим или индукционным нагревом, инфракрасной радиации, с ультрафиолетовыми облучателями и с высокочастотными вибраторами.

Для длительной пастеризации молока в хозяйствах применяют ванны длительной пастеризации (ВДП) и универсальные танки, для кратковременной – трубчатые и пластинчатые пастеризаторы. Мгновенная пастеризация в прифермских цехах обработки моло­ка, как правило, не используется, так как требует жестких режимов (высоких давлений и температур энергоносителей).

Существенный недостаток ванн и танков для длительной пас­теризации – контакт молока во время обработки с окружающим воздухом, что может быть причиной загрязнения молока посторон­ними частицами и микробами воздуха. Закрытые трубчатые и плас­тинчатые пастеризаторы лишены этого недостатка и могут успеш­но применяться для кратковременной пастеризации с выдержкой от 15...30 до 300с.

В настоящее время на фермах используют выпускаемые про­мышленностью ранее и созданные в последнее время аппараты, машины и установки:

• ванны длительной пастеризации ВДП-300, В1-ВД2-П ем­костью соответственно 300 и 350 л; ВДП-600, Г6-ОПА-600, Л5-ОВА-0,63 емк. 600 и 630 л: ВДП-1000, Г6-ОПБ-1000 емк. 1000 л, танк универсальный Г2-ОТ2-А емк. 1180л и другие;

• пластинчатые пастеризационно-охладительные установки ОПФ-1-300 и Б6-ОП2-Ф-1 производительностью до 1000 кг/ч; с нагревом молока горячей водой, подогреваемой паром или элект­рическими нагревателями;

• пластинчатые пастеризационно-охладительные установки А1-ООЛ-3, ОКЛ-3, ОКЛ-10, ОКЛ-15 производительностью 3000...15000 кг/ч и расходом пара на пастеризацию от 45 до 185 кг/ч;

• высокотемпературные пастеризаторы с роторным нагревате­лем ПМР-0,2, ПМР-0,2-1 и ПМР-0,2-2 производительностью со­ответственно 500, 1000 и 1600 кг/ч, которые не требуют котельных установок для получения пара или горячей воды;

• пастеризационно-охладительные установки фирмы Альфа-Лаваль и других зарубежных фирм;

• пастеризаторы с использованием инфракрасного нагрева конструкции ВИЭСХ производительностью 700...1000 кг/ч для мгновенной пастеризации;

• пастеризаторы УФО-2 производительностью 160 кг/ч для ультрафиолетовой пастеризации молока, сока, вина и др. жидких продуктов на небольших фермах;

• электропастеризационные установки А-1-ОПЭ-1000.