Учебно-методический комплекс дисциплины «Технологическое оборудование для тепловой и холодильной обработки пищевых продуктов» (стр. 17 )

  ?  = ?2  Rср d2 (?1- ?2) / 18?  , м / с  (4)

? - угловая скорость барабана, рад/с, (?=2? n)

n - частота вращения барабана сепаратора, об/с

?2  Rср - ускорение центробежного поля,  м/с2;

d  - диаметр жирового шарика, м; 

(?1- ?2)  - разность плотностей тяжелой и легкой фаз, кг/м3;

?  - динамическая вязкость продукта,  Па*с;

?  - скорость выделения жировых шариков из молока,  м/с.

Скорость движения жировых шариков между тарелками складываются из двух скоростей:

- скорости всплывания  ?, и -  скорости потока vп.

Скорость потока уменьшается по мере удаления от оси вращения барабана, так как увеличивается сечение потока.

Скорость всплывания  ?  при удалении от  оси вращения возрастает, так как увеличивается радиус вращения, вместе с тем увеличивается и центростремительное ускорение.

Вследствие этого направление скорости движения жирового шарика изменяется в сторону оси вращения. В результате жировые частицы в межтарелочном пространстве перемещаются от нижней поверхности одной тарелки к верхней поверхности другой. Скорость потока определяется:

  vп = М д о / z 2? Rср h  , м / с  (5)

М д. о -  действительная производительность сепаратора, м3/с;

z  -  количество тарелок;

2? Rср - длина окружности кольцевой щели, м

h  -  расстояние между тарелками, м

Движение молока в межтарелочных пространствах должно быть спокойным (ламинарным). При повышенном биении барабана, неровных поверхностях тарелок ламинарный режим потока нарушается.  Кроме того, изменяется процесс всплытия жировых шариков. Мелкие шарики не выделяются и попадают в обезжиренное молоко (обрат).

Характер течения жидкости в межтарелочном пространстве определяется по критерию Рейнольдса

  Re = vп. dэкв./?  =vп.2h/?

Один из значимых показателей в теории сепарирования является фактор разделения.

Фактор разделения или центробежный критерий Фруда есть отношение  центробежного ускорения к ускорению свободного падения.

Он показывает степень интенсивности процесса  разделения происходящего в барабане сепаратора.

  Fr  =  ?2 R  / g  (9)

Другой важный параметр - разделяющий фактор. Это  есть совокупность  конструктивно-механических параметров  сепаратора:

  F= 2 ? ?2 z (R3б - R3м) tg ? / 3 Мд. о  (10)

М д. о. - объемная действительная производительность, м3/с;

- остальные обозначения  раскрыты выше 

Объемная теоретическая производительность  сепараторов может быть определена по формуле  выведенной на основании первой стадии движения жирового шарика в зааоре между тарелками:

  М т о = 2? ?2z? g? (R3б - Rм3) d2 (?1 - ?2) / 54 ?  ,м3/с  (11)

Здесь, и далее в последующих формулах:

? - угловая скорость барабана сепаратора, рад /с;

z-  количество тарелок, шт;

?-  угол наклона тарелки, 500 - 550 (?g500 = 1,192: ?g550 =1,428)

(Rб - Rм) - разность между большим и меньшим радиусами тарелки, м;

d - диаметр жирового шарика, м; (1,0 - 1,5 мкм, т. е. 1.0 - 1,5 * 10-6м)

(?1 - ?2) - разность плотностей фаз, кг/м3 ;

? - динамическая вязкость среды, Па*с.

Либо, если провести некоторые математические преобразования, а именно, 2? / 54 = 0,116; то теоретическую производительность сепаратора можно определить по формуле проф. :

  М т о = 0,116 ?2z? g? (R3б - Rм3) d2  (?1 - ?2) / ?  ,  м3/с  (12)

Однако, расчет по этим зависимостям несколько неудобен тем, что размерность производительности весьма  мала.  Поэтому для расчета можно использовать иные формулы, полученные в результате преобразования  предыдущих.

Так,  весьма широко в технической и научной литературе  (Липатов, Волчков, Лукьянов) встречается формулы:

  М т о = 16540 n2 z? g?  (R3б - Rм3) d2 (?1 - ?2) / ?  , м3 / час  (13)

  М т о = 16,54 n2 z? g?  (R3б - Rм3) d2 (?1 - ?2) / ?  ,  л / час  (14)

Эти формулы отличаются от предыдущих  постоянными коэффициентами, которые получены следующим образом:

- если учесть, что  ?= 2?n,  где  n - число оборотов барабана в секунду, с-1;

и  что  1 час = 3600 с,  в формуле (3)  можно провести следующую замену

  3600·2?·(2?)2  / 54 =  3600·6,28·4·3,1412 / 54 = 16540

Таким путем получен коэффициент формулы (13);

Поскольку, в 1 м3 содержится примерно 1000 л  молока,  разделив  полученный постоянный коэффициент на 1000, получим коэффициент формулы (14)

  16540 /1000 = 16,54

Однако, вопрос о производительности сепаратора рассматривался многими исследователям. В результате в научно-технической литературе  встречаются и другие зависимости для расчета  этого параметра.

Все эти зависимости весьма похожи друг на друга, но имеют отличия, в основном, в виде постоянных коэффициентов и размерностей параметров, входящих в эти формулы.

Поэтому, чтобы внести ясность в происхождение  тех или иных зависимостей, продолжим их анализ.

Лукьянов  (Теория и расчет молочных сепараторов  М. Пищевая промышленность, 1977. )  предлагает следующую зависимость для расчета теоретической производительности сепаратора:

М т о =  48 ·106 n2 z? g?  (?3б - ?м3) d2?,  м3 / час  (15)

Эта зависимость отличается  наличием:

?, - температуры молока в градусах Цельсия; и постоянным коэффициентом 48·106.

Происхождение этих параметров следующее:

-  Лукьянов экспериментально установил, что 

(?1 - ?2) /? = 2900 ?

-  Если  в формуле  (5)  умножить

16540·2900 = 47966000 = 48·106

и др.  в «Примеры и задачи по курсу технологическое оборудование молочной промышленности» М., Машиностроение,1966 приводят следующую формулу 

М т о = 121·104 ?2z? g? (R3б - Rм3) d2 ?  м3 / час  (16)

Эта зависимость получена из формулы  Бремера  (4),  с учетом экспериментальной поправки  проф. Лукьянова:

  0,116·3600·2900 = 1211040 = 121· 104

  Однако, круг известных зависимостей для нахождения теоретической производительности сепаратора этим не ограничивается.  Мы рассмотрели лишь формулы выведенные из, так называемой первой стадии движения жирового шарика в межтарелочном пространстве сепаратора сливкоразделителя, причем не все, а только те из них  где размерности всех параметров включенных в формулу соответствует в основном системе СИ,( ?-рад/с,  ?-Па*с, ?-кг/м3, ?-м, ?-м, )  или широко используются в расчетной практике (?-об/с,  0С) .

Лекция 14. Общая характеристика теплообменников  молочной

промышленности

В молочной промышленности используются следующие виды тепловой обработки молока:

охлаждение (до температуры хранения 4-5 0С); нагревание (до оптимальной температуры сепарирования - примерно 30-40 0С); пастеризация (т. е. нагрев до  63 – 90 0С с последующей выдержкой  при этой температуре); стерилизация (т. е. нагрев до  110 – 140 0С без выдержки).

Основная цель тепловой обработки молока – обезвредить продукт в микробиологическом отношении и в сочетании с охлаждением предохранить его от порчи в процессе хранения.

Главными из этих видов тепловой обработки молока являются пастеризация (П) и стерилизация (С).

Нагревание до оптимальной температуры сепарирования в настоящее время проводится как промежуточная операция при осуществлении (П) или (С).

Охлаждение же является конечной целью любого вида тепловой обработки, т. е. после (П) или (С) молоко в обязательном порядке подвергается охлаждению.

Основой для техники и технологии обработки молока при температурах ниже кипения послужили работы французского ученого Пастера.

По режимам  (П) делится:

на длительную (П), т. е. нагрев до 63 - 650 С при выдержке 30 минут; кратковременную (П), т. е. нагрев до 74 - 780 С при выдержке 20 секунд; моментальную (П), т. е. нагрев до 85 - 870 С без выдержки;

При проведении (П) не происходит полного уничтожения микрофлоры молока: 

вегетативные (болезнетворные) микроорганизмы погибают полностью, а термофильные погибают частично, часть же из них лишь инактивируются, т. е. теряют способность к размножению.

При стерилизации погибают все виды микроорганизмов.

Классификация  аппаратов

для охлаждения, нагрева и пастеризации молока

По производственному назначению. Охладители. 2. Нагреватели.3. Регенераторы. Аппараты комплексной тепловой обработки молока (Пастеризационно-охладительные и стерилизационно-охладительные установки).
По структуре рабочего цикла. Периодически действующие аппараты. Непрерывно действующие аппараты.
По виду тепло и хладоагента. Обогреваемые горячей водой. Обогреваемые паром. Охлаждаемые холодной водой. Охлаждаемые рассолом.
По взаимному направлению движения жидкостей обменивающихся теплом. Противоточные. 2. Прямоточные. 3. Перекрестно-поточные.

4.Смешанного тока.

По конструкции теплопередающей поверхности.

1. Рубашечные емкостные (ванны и т. п.) и рубашечные с мешалками.

2. Змеевиковые.

3. Пластинчатые.

4. Трубчатые.

5. Оросительные – (устаревшие).

По количеству рабочих органов или секций Одноцилиндровые.2 . Двухцилиндровые. 3. Многосекционные.

Лекция 15. Основные требования к теплообменникам молочной промышленности. Особенности пластинчатых и трубчатых теплообменников

Ко всем без исключения теплообменникам можно отнести следующие основные требования:

Разделяющие поверхности должны быть герметичными. Теплоизоляция должна предохранять наружные поверхности от нагрева выше 30 – 35 0С и охлаждения ниже 10 – 15 0С. Теплообменники  должны быть снабжены приборами контроля и автоматического регулирования температур продукта, теплоносителя и охлаждающей среды.

Основные конструктивные особенности пластинчатых