Расчет и проектирование пастеризатора сливок трубчатого типа (стр. 2 из 4)
Таблица 1.2 Требования к микробиологическим показателям сливок
| Наименование сливок | Общее количество бактерий в 1 мл сливок, не более | Титр кишечной палочки, мл |
| Категория «А» в пакетах | 100000 | 3 |
| Категория «Б» в пакетах | 200000 | 0,3 |
| Во флягах | 300000 | 0,3 |
Сливки из коровьего молока не должны содержать патогенных микроорганизмов.
Установка пастеризационная трубчатая предназначена для быстрой пастеризации сливок в потоке на молочных, сыро- и маслодельных заводах.
1.2 Устройство трубчатого пастеризатора
В состав установки входят центробежный насос 30, трубчатый теплообменный аппарат, сливкопроводы 2, 3, 13 и конденсатоотводчики 27 (лист МППЖ 06.17.02 ВО графического материала).
Трубчатый теплообменный аппарат представляет собой два рабочих цилиндра 6, смонтированных на раме 1. Рабочие цилиндры смонтированы один над другим. В торцы каждого цилиндра вварены трубные решетки 18 и 19. В трубные решетки вварено по 19 трубок 17 наружным диаметром 20 мм. Внутренний диаметр трубок 17 мм. Трубные решетки и трубки пастеризатора изготовлены из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Трубные решетки имеют выфрезерованные каналы, попарно соединяющие концы трубок [1]. Длина цилиндров 611мм, диаметр паровой рубашки 160 мм.
В торцах цилиндров с помощью нажимных полуколец 9 плотно установлены крышки 4 и 5 с резиновыми прокладками 14 и 15, которые служат для герметизации и изоляции друг от друга каналов. Трубные решетки, прокладки и крышки попарно одинаковы, т.е. правые верхние с левыми нижними, а левые верхние с правыми нижними.
Поверх цилиндров наложена термоизоляция 16. Сверху рабочие цилиндры закрыты облицовочным кожухом 10, который приваривается к фланцам 20 [3].
Соединение труб и патрубков осуществляется с помощью накидных гаек 26. Пар в паровую рубашку подводится по паропроводам 11, 12 через запорные вентили 23. Конденсат отводится по трубам 7 и 8 через конденсатоотводчики 27.
1.3 Порядок работы пастеризатора
Исходные сливки температурой 4–6°С центробежным насосом 30 по сливкопроводу 2 подаются в первую трубку 17 нижнего рабочего цилиндра. Пройдя по этой трубке, сливки попадают в соединяющий канал трубной решетки и переходят в следующую трубку, затем опять в канал и так далее. Пройдя все трубки нижнего цилиндра, сливки через переходную трубку 13 попадают в первую трубку верхнего рабочего цилиндра и, пройдя по всем его трубкам, выводятся по выходной трубке 3 [1, 3].
Пар, через запорные вентили 23 по паропроводам 11 и 12 подается в межтрубное пространство рабочих цилиндров. На паропроводах при входе пара в рубашки цилиндров установлены манометры (не показаны) для контроля давления пара.
Сливки во время пастеризации проходят последовательно по 38 трубкам нижнего и верхнего цилиндров и нагреваются паром, который поступает в межтрубное пространство цилиндров, до температуры пастеризации, т. е. до 95°С.
Конденсат из межтрубного пространства цилиндров автоматически удаляется по конденсатоотводным трубам 7 и 8 через термодинамические конденсатоотводчики 27.
На выходе сливок из пастеризатора установлен возвратный клапан (не показан), с помощью которого в случае недогрева сливок до требуемой температуры, они направляются на повторную пастеризацию.
2 МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ПРОЦЕССА ПАСТЕРИЗАЦИИ
Процесс пастеризации сливок заключается в нагреве сливок в рекуперативном кожухотрубном теплообменнике, в котором теплопередача тепла осуществляется от водяного «глухого» пара к нагреваемым сливкам через разделяющую стенку. Сливки движутся по трубному пространству, а греющий пар подается в межтрубное пространство. При контакте пара с холодными трубками теплообменника происходит его конденсация. При фазовом превращении пара в воду выделяется большой поток теплоты, который затрачивается на нагрев сливок. Этот тепловой поток в Вт равен
Qw= D·(iп – iк), (2.1)
где D – массовый расход греющего пара, кг/с;
iп – удельная энтальпия пара, Дж/кг;
iк – удельная энтальпия конденсата, Дж/кг.
Удельная энтальпия перегретого водяного пара равна [2]
, (2.2)а удельная энтальпия конденсата, имеющего температуру пара,
, (2.3)гдеtп – температура пара, °С;
– удельная теплоемкость конденсата, равная 4190 Дж/(кг·°С).Тогда
Qw/D=2493·103+1970·tп– 4190 ·tп=2493000 – 2220·tп= r, (2.4)
гдеr – теплота парообразования, Дж/кг.
Тепловой поток прямо пропорционален площади теплопередачи f, коэффициенту теплопередачи k и средней движущей силы процесса теплопередачи, которой является средний температурный напор ∆tср,
Qw = k·f·∆tср. (2.5)
На рисунке 2.1 представлена схема изменения температур теплоносителей при изменении агрегатного состояния пара.
Рисунок 2.1 График изменения температур пара и сливок
Средний температурный напор определяется по формуле [2]
, (2.6)гдеΔtmax – разность температуры пара и начальной температуры сливок, °С;
Δtmin – разность температуры пара и конечной температуры сливок, °С.
Δtmax = tп – tсл.н; (2.7)
Δtmin = tп – tсл.к,(2.8)
гдеtп – температура пара, °С.
tсл.к– конечная температура сливок, °С;
tсл.н – начальная температура сливок, °С.
Коэффициент теплопередачи зависит от коэффициента теплоотдачи от сливок к стенкам трубок α1, коэффициента теплоотдачи от пара к стенкам трубок α2 и термического сопротивления трубки и определяется по формуле [2]
, (2.9)где δст– толщина стенки трубок, м;
λст – теплопроводность стенки, Вт/(м·°С).
Коэффициент теплоотдачи от сливок к стенке трубки равен