5. Расчет охладительно-пастеризационных установок.

Пастеризация, выдержка и охлаждение молока в охладительно-пастеризационных установках осуществляются в непрерывном потоке при использовании теплоты регенерации. Теплообменный аппарат пластинчатый и имеет пять секций (рис. 4.25): пастеризации – III, регенерации – I и II, охлаждения холодной водой – IV и охлаждения рассолом – V. Количество пластин в каждой секции зависит от температур молока на входе в теплообменный аппарат t_н и др. Для определения начальной и конечной температур каждой секции необходимо сделать тепловой расчет для одного из вариантов задания на проектирование (табл. 4.30). На основании расчета построить температурный график охладительно-пастеризационной установки (рис. 4.26).

Температуры нормализованного молока на входе в теплообменный аппарат t₁ и охлажденного молока на выходе t₇ задаются.

Температура t₂ в конце первого регенератора (первой секции) принимается по табл. 4.30 для заданного варианта.

Таблица 4.30

Исходные данные для расчетов

Показатели	Варианты
	1	2	3	4	5	6
Температура, С:
молока на входе t1	5	10	6	8	5	6
охлажденного молока t7	2	4	2	5	6	4
холодной воды tв	8	10	9	8	7	10
в рассола tр	5	4	6	5	2	5
пастеризации t4	76	78	80	76	82	77
молока в конце первого регенератора t2	45	47	46	40	50	48
Коэффициент регенерации тепла E	0,8	0,82	0,8	0,81	0,82	0,8
Кратность расхода холодной воды	3	2,5	3,5	4	3	3,5
Кратность расхода рассола	1,5	2	2,5	1,5	2	1,5
Коэффициент k теплопередачи, кДж/кг·ч·град:
секции пастеризации	7800	8000	9000	10000	8500	7800
секции генерации	5500	6000	6500	7000	5500	6500
секции охлаждения водой	4500	5000	5500	4500	5000	5500
секции охлаждения рассолом	4000	3500	4000	4500	4500	3500
Удельная теплоемкость, кДж/кг·град:
молока	3,9	3,93	4,0	3,95	3,9	4,0
воды	4,2	4,19	4,2	4,2	4,19	4,2
рассола	3,7	3,7	3,68	3,7	3,69	3,68

Температурная разность между молоком, выходящим из секции пастеризации , и молоком, поступающим в секцию пастеризации, определяется по формуле

(4.201)

где Е – коэффициент регенерации (см. табл. 4.30);

t₄ – температура пастеризации, С.

Температуру молока в конце второго регенератора t_з получаем из уравнения

t₃ = t₄ – . (4.202)

Пастеризация молока осуществляется за счет горячей воды, подаваемой насосом из бойлера. Температура воды принимается на 2С выше температуры пастеризации t_гор.в при выходе из секции пастеризации. Она определяется из уравнения теплового баланса

М_мn·С_в(t_гор.в – t_гор.в) = М_м·С_м·(t₄ – t₃), (4.203)

где М_м – производительность установки, кг/ч;

n – кратность расхода горячей воды. Принять n = 3…4;

С_в – теплоемкость воды, кДж/кг·град;

С_м – теплоемкость молока, 3,9·10³ Дж/кг·С;

t_гор.в – температура горячей воды, С.

Температура молока при поступлении во вторую секцию регенератора t₂ после очистки на центробежном очистителе принимается равной температуре молока t₂ при выходе из первой секции регенерации.

Температуру пастеризованного молока в конце первой секции регенерации

t₅= t₁ + . (4.204)

Температуру молока t₆ в конце водяной секции охлаждения можно определить, исходя из условия, что общая степень охлаждения молока приходится поровну как на водяную, так и на рассольную секции:

(4.205)

где t₇ – температура охлажденного молока, С.

Конечную температуру воды водяной секции t_в определяют из уравнения теплового баланса

М_м·С_п·(t₆ – t₇) = М_м·n_в·C_р·(t_р – t_р), (4.206)

где n_в – кратность расхода холодной воды (см. табл. 4.30);

t – температура холодной воды, С.

Аналогично, из уравнения теплового баланса определяется конечная температура рассола

М_м·С_п (t₆ – t₇) = М_м·n_р·C_р·(t_р – t_р), (4.207)

где n_р – кратность расхода рассола (см. табл. 4.30);

С_р – теплоемкость рассола, кДж/кг·С;

t_р – начальная температура рассола, С.

На основании проведенных расчетов строится температурный график охладительно-пастеризационной установки (рис. 4.26).

Технологический расчет комбинированного пластинчатого теплообменного аппарата установки ОПФ1 (ОПУ3М и др.) проводится раздельно каждой секции на основе разработанного выше температурного графика (рис. 4.26). Методика расчета для каждой секции одинакова и отличается только лишь температурными параметрами.

Площадь рабочей поверхности каждой секции охладительно-пастериза-ционной установки определяется на основании формул по определению количества тепла, прошедшего через поверхность секции аппарата в единицу времени,

Q = М_м·С_м·(t_м – t_м) = F·k·t_ср, (4.208)

где t_м – температура молока на входе в секцию, С;

t_м – температура молока на выходе из секции, С;

k – коэффициент теплопередачи, кДж/м²чC;

F – рабочая поверхность секции, м².

t_ср – среднелогарифмическая разность температуры, С.

Коэффициент теплопередачи необходимо взять из табл. 4.30, и среднелогарифмическую разность температур определить по формуле Грасгоффа.

(4.209)

где t_max – максимальная разность температур между теплообменивающимися средами, С;

t_min – минимальная разность температур, С.

Например, для секции пастеризации максимальная и минимальная разности температур составят (рис. 4.26) t_max = t_гор.в – t₃; t_min = t_гор.в t.

Площадь рабочей поверхности нагрева этой секции определится при решении уравнения (4.208) относительно F:

(4.210)

где к₁ – общий коэффициент теплопередачи секции пастеризации, кДж/м²·ч·С.

На основании расчетной площади поверхности нагрева секции определяется число пластин

(4.211)

где f – площадь рабочей поверхности пластины, м². Берется из технической характеристики.

Совокупность нескольких каналов, по которым течет жидкость в одном направлении, называется пакетом. Число каналов в пакете

(4.212)

где q – секундная производительность установки, кг/с;

_м – скорость движения молока в канале, м/с. Принять в расчетах _м = 0,37 м/с;

b – ширина канала, м;

h – зазор между пластинами, м. В расчетах принимаем h = 2,5 мм.

Число пакетов

(4.213)

где z – число пластин в секции.

При проектировании надо определить площадь рабочей поверхности и число пластин каждой секции теплообменного аппарата, сравнить их с действительными данными охладительно-пастеризационной установки и при необходимости перекомплектовать секции.