2.4 Определение поверхности теплообмена

Площадь поверхности теплообмена определяется из уравнения:

, (9)

где – коэффициент теплопередачи от стенки к продукту, Вт/(м²*К)

τ – время теплового процесса (принимается 1 ч)

, (10)

где – коэффициент, учитывающий влияние накипи на поверхности трубок при нагревании продукта (принимается )

– коэффициент теплопередачи от пара к горизонтальной стенке аппарата:

, (11)

где – ускорение свободного падения,м²/с

– коэффициент теплопередачи от стенки к продукту:

, (12)

где – критерий Нуссельта, ( =212)

– стандартный внутренний диаметр, м:

, (13)

где – толщина одной стенки, м ( )

Контрольные вопросы

1. Какие технологические процессы относятся к теплообменным?

2. Какое оборудование входит в трубчатую пастеризационную установку?

3. Перечислите марки трубчатых установок?

4. Перечислите основные узлы трубчатого пастеризатора?

5. Достоинства и недостатки трубчатых установок

Лабораторная работа № 3

Тема: Анализ характерных неисправностей фризеров для производства мороженого

Цель: Изучить характерные неисправности фризеров для производства мороженого

Порядок выполнения работы

1. Изучить характерные неисправности в работе фризеров для производства мороженого.

2. Составить таблицу неисправностей.

3. Ответить на контрольные вопросы.

1. Характерные неисправности и фризеров для производства мороженого

Таблица

Признаки неисправностей	Причины неисправностей	Способы устранения неисправностей
1	2	3
На выходе из цилиндра идет легкая смесь мороженого	1. Пружина слабо притягивает клапан к седлу в воздушном клапане 2. Воздушный клапан не плотно прикрывается	1.Увеличить натяжение пружины, вывернув натяжную гайку 2. Тщательно прочистить и, если нужно, пришлифовать гнездо клапана
На выходе из цилиндра выходит тяжелая смесь мороженого	1. Насосы не дают нужной производительности по следующим причинам: - износилась крышка насосов - износились втулки или шестерни - плохо притянуты крышки - затянулись ножи 2. Скопление масла на наружной поверхности охлаждающего цилиндра	Пришабрить крышки и притереть к корпусу Заменить новыми Подтянуть гайки Заточить или поставить новые 2.Своевременно очищать маслоуловители, ежедневно спускать масло из аккумулятора через вентиль маслоспускной вентиль и очищать фризер от масла
Давление смеси в цилиндре недостаточное	Недостаточное давление аммиака Температура смеси выше 6°С Недостаточно жестка пружина клапана противодавления на выходе	1. См. ниже «Недостаточное охлаждение» 2. Охладить смесь до температуры не выше 6, наилучшие результаты получаются при температуре от 1 до 5°С. 3. Поставить новую пружину

Продолжение таблицы

1	2	3
	мороженого из цилиндра 4. Смесь слишком густая и вязкая 5.Фризер работает на максимальной производительности при высокой температуре испарения 6. Пробуксовывается вариаторный ремень	4. Обработать смесь так, чтобы она была менее вязкой 5. Через вариатор снизить скорость насосов (смесь будет подаваться меньше, вязкость увеличится) 6. Отрегулировать вариатор (подвертыванием гайки проходного сечения воздушного клапана)
Недостаточное замораживание	1. Излишнее количество потребителей на линии, снабжающей фризер аммиаком, недостаточное сечение трубопровода аммиачной линии 2. Засорились на линии жидкого аммиака фильтры (фильтр на подводящем трубопроводе, фильтр регулятора давления инжекции и фильтр в инжекторе) 3. Ножи не достаточно откидываются от мешалки	1. Закрыть некоторые клапаны или частично закрыть ряд клапанов, или увеличить диаметр подводящего аммиак трубопровода Лучше всего непосредственно подсоединить линию питания к фризеру. 2.Тщательно промыть в бензине и прочистить фильтры 3. Вынуть мешалку из цилиндра, выявить места, которые мешают откидыванию
Переполнение аккумулятора жидким аммиаком	1. Грязь или осадок в гнезде клапанной иглы 2. Износилось гнездо клапана или на игле клапана образовалось углубление	1. Откачать систему, вынуть клапан и вычистить 2. Заменить гнездо клапана или иглу

Контрольные вопросы

1. Какие фризеры периодического действия применяются в промышленности?

2. Как устроены фризеры непрерывного действия и чес они отличаются от фризеров периодического действия?

3. Перечислите хладоносители применяемые во фризерах для производства мороженого?

Лабораторная работа № 4

Тема: Расчет и подбор оборудования для производства мороженого

Цель: Изучить последовательность основных расчетов оборудования

для производства мороженого

Порядок выполнения работы

1. Провести основные расчеты

2. Рассмотреть примеры решения задач

3. Решить задачи

1. Основные расчеты

При производстве мороженого применяют фризеры и аппараты для замораживания:

- по принципу действия:

а) непрерывного действия (в дальнейшем н/д)

б) периодического действия (в дальнейшем п/д)

- по виду хладагента:

а) рассольные

б) аммиачные

в) фреоновые

- по расположению взбиваемых цилиндров:

а) горизонтальные

б) вертикальные

Большинство фризеров н/д имеют аммиачное и фреоновое охлаждение. Наиболее эффективные аммиачные, горизонтального исполнения.

Во фризере одновременно происходит несколько процессов: охлаждение смеси, интенсивное перемешивание, диспергирование воздуха и насыщение им продукта, замораживание влаги, образование слоя льда и его дробление.

1. Экспериментально установлено, что минимальное число оборотов мешалки и ножей во фризере п/д можно определить по формуле:

nmin= 67,5/

, об / мин (1)

Г

где R–радиус цилиндра фризера, м

2. Тепловой баланс, или расход холода, при работе фризера складывается из трех основных статей

Q = Qмех + Qпр + Qп

, кДж (2)

где Q_пр – расход холода на охлаждение смеси мороженого и замораживание мороженого, кДж

Q_мех – расход холода на компенсацию теплового выделения от работы мешалки и ножей, кДж

Q_п – потери холода, кДж Q_п составляют 20% от Q_пр

2.1. Расход холода на компенсацию теплового выделения от работы мешалки и ножей по формуле:

Qмех ≈ 632 * η * N

, кДж (3)

где η – коэффициент, показывающий, какая часть механической энергии превратилась в тепловую (η = 0,65 – 0,85)

N – рабочая мощность, потребляемая фризером, кВт

2.2. Расход холода на охлаждение смеси мороженого и на замораживание влаги можно определить:

, кДж (4)

где М_м – производительность фризера,

t_см – начальная t^○ смеси, ^○С

t_кр – криоскопическая t^○ смеси, ^○С

t_м - t^○ мороженого при выгрузке из фризера, ^○С

W_в – содержание воды в смеси, %

W_л – содержание замороженной воды, %

С_см – теплоемкость смеси, кДж/кг^○С

С_м – теплоемкость мороженого, кДж/кг^○С

3. Количество замороженной воды определяется по формуле:

где О – содержание в смеси мороженого СОМО, %

с – содержание в смеси мороженого свекловичного сахара, %

t - t^○ замораживания сахара, ^○С

Данную формулу для некоторых видов мороженого можно упростить:

1. для молочного мороженого

2. для сливочного мороженого

3. для пломбира

4. Зная Q можно определить расход хладагентов:

1. Расход рассола:

2. Количество аммиака:

где С_р – теплоемкость рассола, кДж/кг*ºК

t_нр – начальная t^○ рассола, ^○С

t_кр – конечная t^○ рассола, ^○С

r – теплота парообразования аммиака, кДж/кг

5. Производительность фризера определяется:

1. Периодического действия:

где Мр – разовая порция смеси, загружаемая во фризер, кг

Zц – продолжительность цикла фризерования, мин

2. Непрерывного действия:

где m – число ножей

δ_м.ср – толщина срезаемого слоя мороженого, мкм

F_м.ср – поверхность, с которой срезается слой мороженого, м²

n – число оборотов ножей в минуту

γ_ср – средний удельный вес мороженого, кг/м³

Ф_нер – коэффициент, характеризующий неравномерность срезания слоя ( Ф_нер = 1,1 – 1,2)

Ф_раз – коэффициент, характеризующий размораживание среднего слоя (Ф_раз = 1,2 – 1,9)

6. Толщина срезаемого слоя в среднем 15-25 мкм для н/д γ_ср ≈ γ_мк (удельный вес мороженого при выгрузке) кг/м³

6. Количество смеси мороженого, единовременно находящихся во фризерах н/д:

где V – объем кольцевого пространства для мороженого, м³

γ_см – удельный вес смеси, кг/м³

S – взбитость мороженого, %

6. Продолжительность цикла взбивания и фризерования определяется по формуле:

,мин (14)

где k_усл – условный коэффициент теплопередачи

ОФН k_усл = 581,5 – 696,8 Вт/(м²*К)

ОФА k_усл = 697,8 -814,1 Вт/(м²*К)

t_ср.м – средняя t^○ мороженого (t_ср.м = (t_кр + t_м)/2), ^○С

Q_п.вп – внутренние потери холода в результате теплопритока внутрь фризера через

торцовые крышки и вал Q = М*с*(t₁-t₂)*W₃) , кДж (15)

9.Количество холода, необходимого для замораживания смеси мороженого:

Q = М*с*(t1-t2)*W3

, кДж (16)

где М – количество смеси, кг

с – теплоемкость смеси, кДж/кг^○С

t₁ – начальная t^○ смеси, ^○С

t₂ – конечная t^○ смеси, ^○С

W₃ – количество влаги, превращенной в лед, кг

Q = М*с*(t1-t2)+80*W3

, кДж (17)

10. Количество влаги, замороженной в процессе закалки, определяется:

где М – количество мороженого, поступившего на закалку, кг

W_в – содержание влаги в исходной смеси, %

W_зак – количество влаги, замороженной в результате процесса фризерования и закаливания, % (W_зак = 85 – 90 %)

W_л – количество влаги, превращенной в лед в процессе фризерования, % ( W_л определяется по формуле 5,6,7,8)

11. Взбитость определяется по формуле:

где V_м – удельный вес мороженого, л/кг

V_см – удельный вес исходной смеси, л/кг