5.4.2 Теплотехнический расчет.
Трехцилиндровый маслообразователь входит в комплект автоматизированная поточной линии производства сливочного масла и предназначен для переработки высокожирных сливок в сливочное масло
Высокожирные сливки из нормалезационных ванн охлаждаются в трех цилиндрах маслообразователя, и превращается в масло
В процессе охлаждения сливки перемешивают мешалками вытеснительных барабанов
Барабаны приводятся во вращение приводом ,состоящим из двигателя и двухступенчатого цилиндрического редуктора . Мощность двигателя Ν=2,2 кВт, частота вращения n=1430oб/мин
Выполнить проективный расчет трехцилиндрового маслообразователя
Выбрать и обосновать параметры процесса в маслообразователе, его размеры.
Количество
цилиндров 3 , внутренний диаметр
охлаждающих цилиндров всех трех секций
D=0,315м;цилиндры изготовлены из нержавеющей
стали ;поверхность охлаждения каждого
цилиндра 0,7
,
наружный диаметр барабана 0,265м,длина
каждой мешалки 0,69м, плотность высокожирных
сливок и сливочного масла 930 кг/
коэффициент теплопередачи в первой
секции 500Вт/(
*K)тепловой
КПД общий для всех секций 0,9,мощность
перешедшая в тепловую в результате
вращения мешалок в вязкой среде , в
первом цилиндре N=200 Вт, во втором
цилиндре N2=400Вт , в третьем цилиндре
N3=700Вт
Средняя
теплоемкость высокожирных сливок
2500Дж/(кг*К) масла 2000Дж (кг*К) Теплота
фазового превращения
r=2500Дж/кг.
Для расчетной средней скорости потока принимают продолжительность обработки продукта в маслообразователе за 300 с Т общ = 300с
Порядок расчета
Определяем частоту вращения вытеснительного барабана
=
=148,8
об/м
(48)
Где n- частота вращения вала двигателя
передаточное
число первой зубчатой передачи
редуктора.
=
=3,1
(49)
-передаточное
число второй зубчатой передачи .
-
=
=3,1
(50)
Где
-
число зубьев шестерни (
=19)
-
число зубьев колеса (
=59),Zs=19,
=59
Производительность маслообразователя каждой из его секций определяют из упражнения неразрывности потока и равна производительности .
M=
*Vср*Рср=
*0,0023*930=0,059м
(51)
Где D- внутренний диаметр охладительного цилиндра
d- наружный диаметр вытеснительного барабана
h общ- объемный к.п.д . учитывающий увеличения пальцевого сечения ( дополненные лопасти) и одновременно чего уменьшение в результате установки ножей и их креплений (hоб=0,8)
Среднюю скорость потока продукта в секции
Vср=
=
=0,023м/с
(52)
где1n длина пути движения потока в секции ровна длине цилиндра м(1 n= 0,690м)
Tср- продолжительность обработки в данной секции с
Tср=
=
=100C
(53)
Количество одновременно обрабатываемого продукта в секции
M=
=
*0,690*930=17,9676м
(54)
Для расширения масла хорошего качества решающее значение имеет правильный выбор общей продолжительности обработки продукта, которая зависит от многочисленных факторов : физико-химических свойств молока, природных зон и времени года , качества высокожирных сливок, способов и температурного режима при их положении ,диаметра барабанной мешалки, температурного режима работы маслоообразователя
При охлаждении сливок в цилиндрах маслообразователя хладагент ( ледяная вода, рассол ) движется по спиралям винтообразно вкруг цилиндра по направлению от передней части аппарата к задней ; в нижнем и в верхнем цилиндрах – противотоком по отношению к движению продукта, а в среднем цилиндре - прямотоком . Такое направление движения улучшает теплообмен . Возможные схемы охлаждения цилиндров охлаждать нижний цилиндр ледяной водой;
Охлаждать все три цилиндра рассолом
Изображают температурный график трехцилиндрового маслообразователя для случая , когда нижний цилиндр охлаждается ледяной водой , а средний и верхние цилиндры- рассолом .
При заданном температурном режиме можно приближенно определить общую продолжительность обработки в трехцилиндровом маслообразователе.
Тобщ=
=
=
787,44
(55)
Где m- количество одновременно обрабатываемого продукта в секции.
Z – количество секции (z=s)
С сл- средняя теплоемкость высокожирных сливок
-начальная
температура высокожирных сливок, перед
выходом в первую секцию
маслообразователя
(
=7
С)
-температура
высокожирных сливок на выходе из I
секции
-
температура высокожирных сливок на
выходе из
II
секции
-
температура сливочного масла на выходе
из маслообразователя
См – средняя теплоемкость сливочного масла
r –теплота фазового превращения в масло при кристаллизации
-
внутренняя поверхность охлаждающих
цилиндров
К- коэффициент теплопередачи в соответствующих цилиндрах маслообазователя .
-
- средняя логарифмическая разность
температур
hт- коэффициент, учитывающий потери холода в секциях через крышки и мешочки .
-
мощность пришедшая в тепловую в
результат вращения мешалок в вязкой
среде в соответствующих цилиндрах
Производительность мaслобразователя
М=
=
=0,06
кг
(56)
Где Z- число цилиндров
m- количество одновременно обрабатываемого продукта в цилиндре
т общ – общая продолжительность обработки сливок в маслообрзователе
продолжительность обработки высокожирных сливок в I секции
=
=
=206,3
С (57)
После этого на основании графика температур по цилиндрам из уравнения полового баланса определяют количество ледяной воды и рассола для охлаждения масла , подбирают испаритель для рассола , насос . Приводят техническую характеристику подобного комплектующего оборудования .
7
0
23
м=23-10=13
4
10
ср=
=
=33,1
(58)
Рис 5.4.2.1.
2
3
13
=23-4=19
м=13-8=5
4
8
=
=3,07 (59)
Рис5.4.2.2
=13-4=9
1
3
15
м=15-5=10
8
=
=10
(60)
4
Рис 5.4.2.3