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
