Продолжительность технологического цикла

При нагреве молочных продуктов до температуры, превышающей 65°С, неизбежно имеет место некоторое загрязнение теплообменника. Это означает, что через определенное время непрерывной эксплуатации пастеризатор приходится останавливать для очистки.

Предсказать, через какой период времени такая остановка потребуется, трудно – все зависит от степени загрязнения.

Скорость оседания загрязнений на рабочих поверхностях зависит от многих факторов, в том числе:

• Разности температур между продуктом и нагревающей средой

• Качества молока

• Содержания воздуха в продукте

• Давления в нагревательной секции теплообменника.

Особенно важно поддерживать на предельно низком уровне содержание воздуха. Избыточный воздух в продукте сильно ускоряет процесс пригорания. При определенных условиях время непрерывной эксплуатации может быть сокращено ростом микроорганизмов в конечной части секции регенерации теплообменника пластинчатого типа. Это, впрочем, случается довольно редко. Обычно такие вещи происходят из-за недостаточно качественной предварительной подготовки молока.

Все это свидетельствует о необходимости включать в планы эксплуатации пастеризаторов мероприятия по их очистке через определенные промежутки времени.

20 000 × 1 020 × 3,95 × 30 3 600 × 20,8 × 5 000

A = 6,5 м²

Регенерация

Использование тепла горячей жидкости – например, пастеризованного молока – для первичного нагрева поступающего в пастеризатор холодного молока называется регенерацией. Холодное же молоко используется для охлаждения горячего. Таким образом, экономится вода и энергия. В современных высокоэффективных пастеризационных установках коэффициент полезного действия систем регенерации может достигать 94–95%.

Возьмем для примера такую простейшую операцию, как нагрев холодного молока. Используя формулу:

R = кпд регенерации, %

tr = температура молока после регенерации (здесь 68°С)

ti = температура поступающего сырого молока (здесь 4°С)

tp = температура пастеризации (здесь 72°С)

получаем:

R = = 94,1%

Выдержка

Правильно выполняемая тепловая обработка молока требует его выдержки при температуре пастеризации в течение определенного времени. Это происходит во внешней выдерживающей секции. Эта камера выполнена в форме спиральной или зигзагообразной трубы, которая часто заключается в металлический кожух, защищающий людей от ожогов, неизбежных при случайном касании. Длина трубы и скорость потока рассчитаны таким образом, чтобы время прохождения молока по трубе оказалось равным времени необходимой выдержки.

Необходимо тщательно контролировать скорость потока, потому что размеры камеры специально рассчитаны на выдержку при строго определенной скорости прохождения продукта. Время выдержки изменяется обратно пропорционально расходу через камеру.

В прежние времена молоко выдерживалось в специальных отсеках, встроенных в теплообменник пластинчатого типа, а в настоящее время для этого применяются почти исключительно выносные выдерживающие секции.

Расчет времени выдержки

Необходимая длина трубы для требуемой выдержки может быть рассчитана, если известны расход (литров в час) и внутренний диаметр трубы. Поскольку скоростной профиль трубы не вполне однороден, скорость движения некоторых молекул молока будет превышать среднюю. Чтобы обеспечить пастеризацию даже самых быстрых молекул, при расчете трубы должен учитываться ее кпд.

Этот коэффициент зависит от конструкции трубы, но обычно он находится в пределах 0,8–0,9.

(68 – 4) × 100 (72 – 4)

R = (tr – ti) x 100 (tp – ti)

Формула:

1. V =

2. L =

V x 4

π x D2 дм³

3 600 x η

Q x HT дм³

Этот тип пастеризатора с турбинным приводом мешалки производился и продавался фирмой AB Separator с 1896 по 1931 год.

Теплообменник пластинчатого типа был запатентован в 1890 году немецкими изобретателями Лангеном (Langen) и Хундхаузеном (Hundhausen).

Принципы движения потоков и теплопередачи в пластинчатом теплообменнике.

10 000 × 15 3 600 × 0,85 49,0 × 4 p × 0,4852

Данные, необходимые для расчета:

Q – расход при пастеризации, л/ч

HT – время выдержки, сек

L – длина трубы, где выдерживается продукт в соответствии с параметрами Q и HT, дм

D – внутр. диаметр трубы, дм, известен или адаптирован к остальным трубопроводам

V – объем молока в литрах или дм³, в соответствии с параметрами Q и HT

η – коэффициент полезного действия

Пример: На пастеризационной установке производительностью (Q) в 10 000 л/час требуется обеспечить выдержку (HT) в 15 с. Внутренний диаметр (D) трубы, предназначенной для этой цели, – 48,5 мм или 0,485 дм. Требуется рассчитать длину (L) трубы при кпд, равном 0,85.

1. V = = 49,0 дм³

2. L = = 265,5 дм или 26,5 м

Длина трубы должна составить около 26,5 м.

Различные типы теплообменников

Наиболее распространенным типом этого оборудования в конце XIX века был нагреватель. Несмотря на ряд недостатков, этот вид теплообменников использовался на некоторых предприятиях еще в 50-е годы ХХ столетия.

В 1878 году немец Альберт Драке (Albert Dracke) получил патент на аппарат, в котором одна жидкость нагревала другую, протекая в виде слоя, прилегающего к противоположной стороне каждой из набора пластин, входящих в это устройство. Нам неизвестно, ушел ли дальше конструкторского кульмана какой-либо из запатентованных в те времена теплообменников. Тем не менее в начале 20-х годов ХХ века старые немецкие разработки были по достоинству оценены, и появился регенеративный теплообменник, созданный на основе этих концепций. С тех пор пластинчатые теплообменники играют основную роль в молочной промышленности, когда речь идет о нагреве и охлаждении.

В настоящее время наиболее широко распространены следующие типы теплообменников:

• Пластинчатый теплообменник

• Трубчатый теплообменник

• Шнековый теплообменник.

Пластинчатые теплообменники

Основная часть тепловой обработки молочной продукции выполняется в теплообменниках пластинчатого типа (ТПТ). Такой теплообменник состоит из набора пластин из нержавеющей стали, стянутых в одну конструкцию.

Такая конструкция может состоять из нескольких пакетов пластин, составляющих отдельные секции, в которых осуществляются различные этапы обработки – например, первичный нагрев, основной нагрев и охлаждение. Функцию обогревающей среды выполняет горячая вода, а охлаждающей среды – холодная вода, ледяная вода или пропилгликоль, в зависимости от требуемой температуры продукта на выходе.

Пластинам придана гофрированная форма для обеспечения оптимальной теплопередачи. Пакет пластин сжат в конструкции. Точки опоры на гофрах не позволяют листам сомкнуться, и, таким образом между ними образуются тонкие каналы.

Жидкости проникают в каналы и покидают их через отверстия в углах пластин. Различные сочетания сквозных и глухих отверстий направляют жидкости из одного канала в другой.

Прокладки на стыках пластин и отверстий ограничивают каналы и предотвращают утечку из теплообменника и смешивание жидкостей внутри его.

Схемы потоков

Продукт поступает внутрь теплообменника через угловое отверстие в первый канал секции и течет по каналу в вертикальном направлении. Пройдя весь канал, продукт покидает его с другого конца через угловое отверстие, снабженное прокладкой. Расположение угловых проходов таково, что продукт попадает в каналы через один в пределах “своего” пакета пластин.

Обогревающая или охлаждающая жидкость поступает с противоположного конца секции и протекает аналогичным образом – через канал. Значит, каждый канал, по которому движется продукт, с обеих сторон соседствует с каналами, наполненными рабочей жидкостью. Для эффективной теплопередачи каналы между пластинами должны быть предельно узкими, но в случае необходимости пропускания больших объемов продукта по этим каналам неизбежно происходит значительное увеличение скорости и давления. Поскольку такие вещи весьма нежелательны, их стараются избежать, разбивая потокпродукта в теплообменнике на несколько параллельных потоков.

Поток продукта делится на два параллельных потока, которые четыре раза меняют направление своего движения в пределах своего отсека.

Поток рабочей жидкости делится на четыре параллельных потока, которые дважды меняют направление своего движения.

Трубчатые теплообменники

В некоторых случаях для пастеризации, а также для стерилизации молочных продуктов применяются теплообменники трубчатого типа (ТТТ). В отличие от пластинчатых, эти теплообменники не имеют точек соприкосновения в продуктовом канале и поэтому могут быть использованы для работы с продуктами, частицы которого ограничены определенным размером.

Максимальный размер частиц зависит от диаметра трубы. При работе в режиме стерилизации трубчатый теплообменник реже приходится останавливать для очистки, чем пластинчатый.

С точки зрения теплопередачи трубчатый теплообменник менее эффективен, чем пластинчатый.

Имеются два принципиально различных типа трубчатых теплообменников: много/одноканальный и много/однотрубный.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: