11.6. РАСЧЁТЫ

Вакуум-выпарные установки. Количество выпаренной влаги W (кг) из молока определяют по формуле материального баланса:

где /яж пр — количество жидкого продукта, кг; а, — начальная концентрация молока, %; а2 — концентрация сухих веществ в готовом продукте, %.

Расход греющего пара, кг/ч,

где г — скрытая теплота парообразования, Дж/кг; t — начальная температура продукта, “С; ^ — температура кипения продукта, "С; /) — теплосодержание греющего пара, кДж/кг; /конл — теплосодержание конденсата, кДж/кг; пп — коэффициент, учитывающий теплопотери; г|п =0,97...0,98.

Площадь поверхности нагрева вакуумного аппарата выпарной установки, м2,

где с — теплоемкость продукта, кДж/(кг ? К); /с,— коэффициент теплопередачи в период нагрева продукта, Вт/(м2 • К); Д/Ср — среднелогарифмическая разность температур при нагреве продукта, °С; Т] — продолжительность нагрева, с; к — коэффициент теплопередачи в период кипения продукта, Вт/(м2 • К); Дг,, — разность температур в период кипения между продуктом и греющим паром, 'С; t) — продолжительность выпаривания влаги, с.

Производительность вакуум-выпарной установки определяют по количеству испаренной влаги W(кг/с) в зависимости от температуры молока, поступающего на выпаривание, по следующей формуле (при поступлении в аппарат молока, нагретого до температуры кипения):

При поступлении в аппарат молока, перегретого в подогревателе, производительность увеличится на величину

где incv — температура перегрева продукта в подогревателе, °С.

При поступлении в аппарат холодного молока производительность снижается на величину Wy, кг/с,

Автошавы и стерилизаторы. При расчете автоклавов и стерилизаторов выполняют технологический, тепловой и конструктивный расчеты.

Технологический расчет. Вместимость сетки для банок определяют по формуле М. Я. Дикиса:

Вместимость автоклава

Продолжительность одного цикла работы автоклава, мин,

Часовая производительность автоклава, банок в час,

Потребное число автоклавов

гле а — отношение высоты сетки к высоте банки; dc, cl6 — соответственно диаметр сетки и диаметр банки, м; г —количество сеток, вмещающихся в один автоклав; Т|, т2, т3, т4, т5 — соответственно продолжительность загрузки, нагрева, стерилизации, охлаждения и выгрузки, мин; (7Ц — производительность цеха, банок в минуту.

Тепловой расчет. Расход теплоты, Дж: на нагрев автоклава

на нагрев сеток

на нагрев банок

на нагрев продукта

Потери теплоты в окружающую среду в результате конвекции и лучеиспускания, Дж,

где /мав, тс, т6, т„р — соответственно масса автоклава, сеток, банок и продукта, кг; сав, сс, Со, спр — соответственно удельная теплоемкость материала автоклава, сеток, банок и продукта, Дж/(кг • К); Гн, /к — начальная и конечная температуры, "С; а — суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и лучеиспусканием, Вт/(м2 • К); Fan площадь поверхности аппарата, м2; т — продолжительность теплопередачи, с.

Общий расход теплоты за первый период (нагрева), Дж,

Расход пара за первый период (нагрева), кг,

Часовой расход пара в первом периоде (нагрева), кг,

где /„ и /'к — энтальпия соответственно пара и конденсата, Дж/кг.

Расход теплоты во втором периоде собственно стерилизации, Дж,

Расход пара во втором периоде (стерилизации), кг,

Часовой расход пара во втором периоде (стерилизации), кг,

Общий расход пара, кг,

Расход воды на охлаждение консервов, кг,

где т — масса автоклава, банок и сеток, кг; с —удельная теплоемкость стали, Дж/(кг • К); /0, 1К — соответственно начальная и конечная температуры воды, ‘С; /с — температура стерилизации, °С; 1К — конечная температура автоклава и воды, °С.

Конструктивный расчет. Толщина стенки корпуса автоклава, см,

где р — расчетное избыточное давление в автоклаве; р = 0,3 МПа; /^ — внутренний диаметр автоклава, см; / — коэффициент прочности сварного шва; /=0,7...0,8; С—коэффициент, учитывающий запас на коррозию, овальность, мм; С= 1...3 мм; Л. — допускаемое напряжение на растяжение, Па; R. =а,фпр [здесь °пр —предел прочности стали на растяжение; опр- 120МПа; г|пр — коэффициент запаса прочности; г|Пр = 4...4,5].

Толщина сферического днища и крышки для внутреннего давления, мм,

где г— внутренний радиус сферы, мм.

При действии внешнего давления толщина стенки и крышки, мм,

где Ц, — наружный диаметр сферы, мм; У— коэффициент, зависящий от отношения высоты днища И к его диаметру Д,:

Диаметр патрубка для пара, м,

где D — расход пара, кг/с; vn — скорость пара; vn = 30 м/с; рп — плотность пара, кг/м3.

Диаметр патрубка для воды, м,

где IT1—расход воды, кг/с; v, — скорость воды; v„= 1,5 м/с; ра —плотность воды; рв = 1000 кг/м3.

Производительность стерилизатора с гидростатическим затвором, шт/с,

где V —скорость цепного конвейера, м/с; а —расстояние между носителями, м; Z — количество банок (бутылок) в одном носителе.

Производительность стерилизаторов непрерывного действия, шт/с,

где z — количество банок (бутылок), находящихся в стерилизаторе; т — продолжительность стерилизации, с.

Оборудование для сушки. Вальцовая сушилка. Производительность по высушиваемому продукту, кг/с,

где п — частота вращения вальца, c_I; Ь — толщина слоя продукта, нанесенного на валец, м; р —плотность продукта, кг/м3; О —внешний диаметр вальца, м; Lmвнутренняя длина вальца, м.

Частота вращения вальца, с-1,

где у — угол охвата вальца слоем продукта, град; т — продолжительность сушки, с.

Площадь поверхности нагрева вальцовой сушилки, м2,

где Q— количество теплоты, необходимое для нагревания молока и испарения влаги, кДж; к — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2-К); М— разность между температурами греющего пара и воздуха, °С.

У сушилок без распылителей молока площадь поверхности F используется на 0,65 %, а при наличии распылителей — на 0,87 %. Расход греющего пара, кг,

где т — количество высушиваемого молока, кг; с, ссм — теплоемкость сырого и сухого молока, кДж(кг • К); /ис„ — температура сушки, °С; /„ — начальная температура молока, °С; W — количество испаренной маги, кг; г —теплота парообразования при температуре сушки, кДж/кг; Qnr потери теплоты через торцевые поверхности вальцов, кДж; шсм — количество сухого молока, кг; /см — температура сухого молока, “С; Q„ ц — потери теплоты с цилиндрической поверхности вальцов, кДж; i„ — теплосодержание греющего пара, кДж/кг; 1Кот — температура конденсата греющего пара, °С.

Мощность, затрачиваемую на вращение вальцов и снятие сухой пленки, определяют по формуле Максимова:

где я —частота вращения вальца, мин-1; D— наружный диаметр вальца, м; Р — сила, необходимая для снятия пленки, Н (для цельного молока Р = 30...40 Н, для обезжиренного Р= 35...45 Н); / — длина ножа, см; г —число вальцов; ц — коэффициент трения между ножами и рабочей поверхностью вальцов; г|м — КПД привода; т)м =0,8...0,85.

В расчетах процесса сушки сложную зависимость скорости сушки от влагосодержания заменяют более простой, принимая ее постоянной для первого периода в интервале w„ > w > wKp, а во втором периоде она уменьшается прямо пропорционально в интервале wKp > w > wK (здесь wH, wK, wKp — начальная, конечная и критическая относительная влажность продукта, %).

Для тонкого слоя материала на вальце сушилки принимают критическую относительную влажность wKp равной максимальной гигроскопической му, которую измеряют экспериментально. В первом периоде сушки температуру продукта принимают постоянной (Г] = const). Средняя температура продукта во втором периоде сушки, °С,

где in — температура пара, °С; /л — допустимая температура нагрева продукта при его максимальной термолабильности, 'С; I] = (2/л - /„) < 100 'С.

Скорость испарения влаги, отнесенная к единице площади поверхности продукта в первом периоде сушки, кг/(м2 • с),

где v — скорость воздуха относительно поверхности слоя продукта на вальце, м/с; Рп, Р„ — парциальное давление пара соответственно на поверхности продукта в первом периоде сушки и в окружающем воздухе, кПа.

где /в —температура воздуха, °С; (р — относительная влажность воздуха, %.

Удельная мощность теплового потока через стенку вальца, Вт/м2,

где г —удельная теплота парообразования при /, Дж/кг.

Масса продукта, наносимого на 1 м2 поверхности вальца, кг,

где Ь — длина участка вальца с продуктом, м.

Масса сухого продукта в слое, нанесенном на 1 м2 поверхности вальца, кг/м2,

Масса влаги, удаляемой из продукта в течение первого периода сушки, кг/м2,

Продолжительность сушки, с,

где Т|, х2 продолжительность первого и второго периодов сушки. Продолжительность первого периода, с,

Продолжительность второго периода, с,

Распылительная сушилка. Объем сушильной башни, м3,

где И/ —количество испаренной влаги, кг/ч; Я —напряжение единицы объема сушилки по испаренной влаге, кг/(м3 • ч).

Количество испаренной влаги, кг,

где G — производительность сушилки по исходному продукту, кг/ч; Gi — производительность сушилки по высушенному продукту, кг/ч; W — начальная влажность исходного продукта, %; W2 — конечная влажность высушенного продукта, %.

Напряжение единицы объема сушилки по испаренной влаге А зависит от температуры горячего воздуха и

t;c 100 120 130 140 150 200

А 2 2,4 2,8 3,2 3,6 5

Рассчитав объем сушильной башни, определяют ее диаметр D и высоту Н. При этом соотношение высоты башни и ее диаметра принимают: для сушилок с форсуночным распылением Н: D - 2,5 : 1; для сушилок с дисковым распылением Н: D = 1:1; 1,2:1.

Внутренний диаметр башни, м,

Производительность распылительной сушильной установки по испаренной влаге

где Л —напряжение объема сушилки по испаренной влаге, кгм3/ч; К—объем сушильной камеры, м3.

При распылении жидкости средний размер капель можно определить по эмпирическим формулам М. Е. Лурье: при дисковом распылении

где ?/ср —средний диаметр капель, м; л —частота вращения диска, мин-1; а —поверхностное натяжение продукта, Н/м; R— радиус диска, м; р —плотность продукта, кг/м3;

при форсуночном распылении

где к — коэффициент, зависящий от свойств жидкости (для молока ориентировочно к = 3); р„ — плотность воздуха, кг/м3; v — скорость струи продукта, входящего в сопло, м/с.

Частота вращения диска и скорость продукта, входящего в сопло форсунки и выходящего из него, определяют мощность, потребляемую распылителями, кВт: при форсуночном распылении

при дисковом распылении по формуле Г. А. Кука

где Спр—производительность сушилки по исходному продукту, кг/ч; р — напор, создаваемый насосом подачи продукта, м; р — КПД насоса; р = 0,6...0,85; со — окружная скорость вращения диска, м/с; d — диаметр диска, м.

Ниже приведены формулы, используемые при тепловом расчете.

1. Количество распыляемого раствора продукта, кг/ч,

2. Общее количество испаряемой влаги, кг/ч,

3. Расход воздуха для высушивания, кг/ч,

4. Количество теплоты, передаваемое в единицу времени от сушильного агента к частицам продукта и расходуемое на испарение влаги и нагрев частиц, Дж,

5. Расход теплоты, затраченной на сушку, можно определить по количеству теплоты, затрачиваемой на нагревание воздуха в калорифере, кДж/ч,

6. Расход пара для нагревания воздуха, кг/ч,

где С2 — производительность сушилки по сухому продукту, кг/ч; W— количество испаряемой влаги, кг/ч; Wb iV2 — массовая доля влаги соответственно в исходном и конечном продукте, %; d, d2 — влагосодержание соответственно поступаюшего и отходящего воздуха, г на 1 кг сухого воздуха; /„ — температура сушильного агента в конце процесса, °С; /п?, г" — соответственно начальная и конечная температуры продукта, °С; с* — удельная теплоемкость сухого продукта, Дж/(кг • К); /о, /1 — соответственно теплосодержание воздуха до и после калорифера, Дж/кг; /„—теплосодержание греющего пара, Дж/кг; /к — температура пара или конденсата (принимают на 10... 15 "С выше температуры нагрева воздуха); riK — КПД калорифера; Пк = 0,9...0,97.

Контрольные вопросы

1 Какое оборудование входит в состав линии выработки сгущенных молочных продуктов? 2. Какое оборудование входит в состав линии выработки сухих молочных продуктов? 3. Как классифицируют выпарные аппараты? 4. Что такое температурная депрессия в выпарных аппаратах? 5. Как классифицируют оборудование для сушки молока и молочных продуктов? 6. Как определить производительность вакуум-вы парной установки по количеству испаренной влаги? 7. Как определить производительность автоклава и стерилизатора непрерывного действия? 8. Как определить производительность вальцовой сушилки по высушиваемому продукту? 9. Как определить мощность, потребляемую распылителями при форсуночном и дисковом распылении продукта?

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >