Техническая характеристика установки круиф

4.5. Инженерные расчеты

При расчете цистерн и емкостей хранения определяют вместимость и пропускную способность, температуру молока в начале и в конце транспортирования, эффективность перемешивания и мощность, потребляемую при перемешивании.

Вместимость V (м3) цистерн и емкостей хранения молока определяется по формуле

где — внутренний диаметр, м; L — средняя внутренняя длина в горизонтальных или высота в вертикальных емкостях, м.

Для горизонтальных емкостей, имеющих глубину выпуклости днищ

h (м), внутренняя длина (м)

где — длина цилиндрической части емкости, м.

Для вертикальных емкостей с вогнутым дном общую высоту принимают равной высоте цилиндрической части.

Пропускная способность цистерн и емкостей хранения молока зависит от продолжительности технологического цикла (ч), которая складывается из продолжительности резервирования или доставки (устанавливается, исходя из технологических условий или дальности перевозки), продолжительности наполнения и продолжительности опорожнения :

Исходя из технологического цикла и продолжительности смены

(ч), выявляют пропускную способность М(м3/ч) цистерн и емкостей хранения:

Если необходимо устанавливать несколько емкостей хранения молока (блок), общую вместимость блока определяют для каждого часа работы по разности между количеством продукта, поступающего за весь период работы и израсходованного за этот период.

Продолжительность опорожнения (с) емкости:

вертикальной

горизонтальной

где — коэффициент расхода, зависящий от вязкости вытекающей жидкости (для молока = 0.7...0.75); f— площадь поперечного сечения сливного патрубка, м;g — ускорение свободного падения, м/с2 — наибольшая высота уровня жидкости, м.

При опорожнении самотеком автомобильных цистерн, горизонтальных емкостей хранения продолжительность определяется как

где l-длина цистерны (емкости дня хранения), м; г— внутренний радиус, м.

При заполнении с помощью вакуумной системы или вытеснении

жидкости под давлением сжатого воздуха скорость v (м/с) наполнения (вакуумного) или опорожнения (пневматического) определяют по формуле

где — перепад давления, Па; р — плотность жидкости, кг/ .

Производительность П (м3/ч) фильтров для молока определяют при известной рабочей поверхности:

где q — нагрузка на фильтрующую поверхность, м3/м2 F— фильтрующая поверхность, м2; — продолжительность одного рабочего цикла, с.

Продолжительность цикла т включает длительность фильтрации, промывки осадка, разгрузки и подготовки фильтра к следующему циклу.

При выборе насоса, подающего исходный продукт в фильтр, необходимо учитывать сопротивление перегородки R(Па с):

где — коэффициент сопротивления (для плотного холста = (2…3) , для холста средней плотности = (1…2) , для редкого = (0,6...1,0) , для металлического сита густого плетения = (0,7…1,2) , для штампованного сита = 0,5 ]; — коэффициент динамической вязкости фильтруемого продукта, .

Важнейшими показателями, характеризующими работу гомогенизаторов, являются производительность и степень раздробления жировых

частиц при гомогенизации. Поскольку гомогенизаторы потребляют механическую энергию, и притом значительную, расчет энергетических затрат приобретает особую необходимость. Кроме того, при расчете гомогенизатора определяют его мощность и основные размеры пружины, необходимые для ее выбора.

Производительность гомогенизатора П ( ) обусловливается пропускной способностью гомогенизирующего клапана. Исходя из такого сопоставления, производительность гомогенизатора рассчитывают как зависящую от диаметра плунжера d(м), их количества z , длины хода плунжера S(м) и частоты вращения вала n ( ):

где —объемный КПД насоса (при работе на молоке = 0,8).

Степень дробления жировых частиц при гомогенизации характеризуется диаметром жирового шарика. В пределах давления гомогенизации (30...200) Па (температура продукта 60°С) диаметр жирового шарика (мкм) после гомогенизации можно рассчитать по формуле

где — перепад давления в гомогенизаторе, МПа.

По этой формуле можно ориентировочно определить давление гомогенизации, необходимое для получения заданной степени дробления жировых шариков. В пределах давления (300...600) Па при тех же условиях существует зависимость

где К— коэффициент (для одноступенчатого гомогенизатора 0,30, двух- и трехступенчатого — 0,39 и 0,40); — суммарное давление гомогенизации, па.

При гомогенизации в результате перехода механической энергии в

тепловую температура молока повышается. Существует линейная зависимость изменения температуры молока (°С) от давления р (Па):

Высокое давление гомогенизации является причиной того, что гомогенизаторы клапанного типа поглощают много электроэнергии. У большинства гомогенизаторов высокое давление клапана на седло компенсируется пружиной, которая должна быть достаточно жесткой, чтобы обеспечить необходимое давление гомогенизации.

Мощность N (Вт), необходимую для работы гомогенизаторов, определяют по формуле для расчета мощности насоса

где П— производительность гомогенизатора, м3/с; Ро —давление, развиваемое плунжерами гомогенизатора, Па; — механический КПД гомогенизатора ( = 0,75).

В основу расчетов производительности сепараторов и эффекта разделения положено соотношение физических свойств продукта и конструктивно-механических факторов.

В практических расчетах должна быть задана массовая доля жира в обезжиренном молоке. Между массовой долей жира m в обезжиренном молоке и размерами оставшихся в нем жировых шариков d, если размеры жировых шариков менее 2 мкм, установлена следующая зависимость:

или

Определив d и подставив в следующую формулу величину = d/2,

находят производительность (м 3/ч):

где , — плотность жидкости и частиц, кг/м3; — коэффициент динамической вязкости, ; - радиус частиц, которые могут проникнуть через толщу жидкости в межтарелочном пространстве за время пребывания продукта в элементарном объеме, м; — количество межтарелочных

промежутков; n — частота вращения вала, мин; Н— высота тарелки, м; S—расстояние, на которое должна переместиться расчетная частица в потоке плазмы, м; , —больший и меньший диаметры тарелки, м.

В расчетах производительности и эффекта разделения возможны не которые упрощения. Так, при температуре 20...70°С практически достаточная точность обеспечивается при замене

где t—температура сепарирования, °С.

Тогда формулы для расчета производительности сепаратора и эффекта разделения принимают вид:

где В— коэффициент, учитывающий степень использования рабочего сепарирующего устройства

(В = 0,5…0,7); z — количество тарелок; n — частота вращения вала, ; — угол наклона образующей тарелки, град.

Производительность сепараторов высокожирных сливок можно определить по формуле

где — производительность сепаратора по молоку, л/с; —достижимая наибольшая жирность сливок, % 90 %); , — массовая доля жира в исходных сливках и полученных высокожирных сливках, %.

Производительность сепаратора высокожирных сливок можно рас- считать по формуле

- -

где В—коэффициент, учитывающий степень использования рабочего сепарирующего устройства

(В = 0,5…0,7); z — количество тарелок; —угол наклона образующей тарелки, град; — массовая

поля плазмы, г/см3; — массовая доля жира, г/см3.

Расчеты сепараторов-молокоочистителей в принципе повторяют соответствующие расчеты сепараторов-сливкоотделителей.

Для расчета производительности сепаратора или предельного размера частиц, выделяемых при очистке молока, можно воспользоваться соответствующими формулами, полученными для аналогичного расчета сепараторов-сливкоотделителей.

Давление, создаваемое напорными дисками при установке сепараторов в технологическую линию, рассчитывают по формуле

где р — плотность жидкости, выходящей из сепаратора, кг/см3; - максимальный радиус диска,м; —внутренний радиус кольца жидкости, м.

Производительность сепаратора-молокоочистителя можно определить по формуле

где — высота сепарирующего устройства, м; — разность плотностей продукта до и после сепарирования; h— расстояние между тарелками, м;f— нормальная толщина тарелок, м.

Существуют упрощенные формулы для определения производительности сепараторов- молокоочистителей:

при расстоянии между тарелками 1...2 мм

где — число тарелок; — расчетный объем, см3

при расстоянии между тарелками 8...10 мм

Объем периферийного пространства у сепараторов-молокоочистителей без выгрузки осадка на ходу принимают из расчета 1 л на 1000 л/ч производительности. Сепаратор-молокоочиститель может работать непрерывно в течение 3...4 ч, и отложения в периферийном пространстве составляют 0,03 % объема молока.

Сопловая выгрузка белкового осадка (творога) обеспечивается в том случае, когда влажность творога не превышает 70...75 % (осадок должен обладать свойствами текучести).

Объем осадка, выходящего через сопловое устройство из сепарирующего устройства, определяют по формуле истечения