Учебно-методический комплекс дисциплины «Технологическое оборудование для тепловой и холодильной обработки пищевых продуктов» (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ШАКАРИМА города Семей
Документ СМК 3 уровня	УМК	УМК 042-14-1-01.1.20.54/03 -2015
УМКД «Технологическое оборудование для тепловой и холодильной обработки пищевых продуктов»	Редакция №___

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

ДИСЦИПЛИНЫ

«ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ И ХОЛОДИЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ»

для специальности  5В072400 –

«Технологические машины и оборудование»

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Семей

2015

Содержание

1	Лекции
2	Лабораторные занятия
3	Самостоятельная работа обучающихся

Лекция 1. ОТХО. Оборудование для тепловой и холодильной обработки

Роль теплообмена и массообмена в техпроцессах

При обработке пищевых продуктов значительную роль играют процессы тепло - и массообмена. Их можно классифицировать так:

Чистый теплообмен, при котором массообмен играет подчиненную роль. (Например, нагревание, охлаждение, замораживание, конденсация, выпаривание) Совмещенный тепло - и массообмен (сушка, дистилляция, ректификация, выпечка, обжарка, абсорбция и адсорбция) Чистый массообмен, при котором теплообмен играет подчиненную, вспомогательную роль (экстракция, мембранные процессы, кристаллизация)

К оборудованию для осуществления чистого теплообмена относят

Теплообменники – подогреватели, охладители, выпарные установки, конденсаторы, электронагреватели в поле токов промышленной и высокой частоты и др.

В общем и целом в понятие пищевой промышленности входят:

зерновая  (элеваторная); мукомольная;  крупяная; хлебопекарная; макаронная (отрасль); консервная  (плодоовощная); пищеконцентратная; пивоваренная; винодельческая; спиртово-водочная; промышленность безалкогольных напитков; комбикормовая; масложировая; сахарная; дрожжевая; (микробилогическая); крахмалопаточная; рыбоперерабатывающая  промышленность; промышленность общественного питания;

и, наконец, мясная – одна из самых емких промышленностей; и молочная (она в свою очередь состоит из отраслей – маслоделие, сыроделие, молочно-консервная и цельномолочная).

Во всех этих отраслях используется  тепловое оборудование

Факторы, влияющие на интенсивность и эффективность теплообмена

Интенсивность теплообмена характеризуется коэффициентом теплопередачи. Чем выше значение коэффициента, тем интенсивнее и эффективнее осуществляется тепловой процесс.  На интенсивность и эффективность влияют конструктивные параметры:

форма поверхности теплообмена, эквивалентный диаметр,  и компоновка каналов обеспечивающих оптимальные скорости движения сред; средний температурный напор; наличие турбулизирующих элементов в каналах, оребрение труб и т. д.

Кроме конструктивных параметров на интенсивность влияют также  гидродинамические и режимные параметры:

подвод колебаний к поверхности теплообмена и создание пульсаций потоков; вдувание газа (воздуха) в поток, либо отсос среды через пористую стенку; наложение электрических и магнитных полей и др.

Классификация способов теплообмена. Общая характеристика теплообменников пищевой промышленности

В зависимости от способов передачи тепла теплообменники можно разделить на две основные группы:

Поверхностные (рекуперативные)  теплообменники Теплообменник смешения (контактные) теплообменники

Наиболее широко применяются в промышленности поверхностные теплообменники.

По конфигурации поверхности теплообмена  теплообменники бывают:

кожухотрубные, спиральные, ребристые, пластинчатые, змеевиковые, комбинированные.

По характеру рабочих сред:

парожидкостные, жидкостно-жидкостные, газожидкостные, газо-газовые и парогазовые.

По компоновке:

однокорпусные, многокорпусные, рубашечные, оросительные погружные.

По направлению потока рабочих сред:

прямого тока, противотока, перекрестного тока, смешанного тока.

По назначению:

нагреватели, охладители, пастеризаторы, стерилизаторы, сушилки, выпарные аппараты, котлы и пр.

По числу ходов:

одноходовые, многоходовые.

Кожухотрубный одноходовой теплообменник. Такие теплообменники являются наиболее распространенными и используются во многих отраслях пищевой промышленности.

Для данного типа теплообменников характерны следующие свойства:

Теплообменник  имеет большую поверхность нагрева и большое поперечное сечение всех трубок. В связи с этим скорость движения подогреваемой жидкости в трубках мала, что снижает коэффициент теплопередачи. Малая скорость движения жидкости в одноходовых теплообменниках приводит к снижению расхода энергии, однако габаритные размеры аппарата велики.

Для увеличения скорости движения жидкости были разработаны многоходовые теплообменники.

В этих теплообменниках в распределительных камерах или крышках т. е.  вверху и внизу, либо с боков  установлены перегородки.

Поэтому жидкость направляется в часть трубок,  а затем возвращается, проходя через теплообменник несколько раз.

В результате в этих теплообменниках скорость жидкости гораздо больше, чем в одноходовых аппаратах.

Это позволяет уменьшить их габаритные размеры.  Однако расход энергии достаточно велик.

Кожухотрубные теплообменники могут располагаться как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости.

Теплообменники типа «труба в трубе» получили также широкое применение в пищевой промышленности В них достигаются высокие скорости движения жидкости (1…1,5 м/с).

Пластинчатые теплообменники, преимущественно применяются в молочной промышленности. В них пластины обеспечивают высокий коэффициент теплопередачи и компактную поверхность нагрева, а также небольшие габариты.

Теплообменники смешения отличаются наибольшей интенсивностью теплообмена. В них непосредственно происходит смешивание теплоносителя с нагреваемой средой. Они все большее распространение получают в промышленности.

Примером таких теплообменников служат конденсаторы смешения, в которых вторичный пар, поступивший  из вакуум-выпарных аппаратов, смешивается с водой 

В молочной промышленности используются пароконтактные  стерилизаторы инжекционные и инфузионные. В этих аппаратах пар смешивается с молоком, либо молоко распыляется в среде пара. В результате молоко мгновенно нагревается до высокой температуры.

Относительным недостатком этих аппаратов является то, что молоко затем необходимо подвергнуть выпарке в среде вакуума.

Это позволяет удалить ту воду, что попадает в молоко при конденсации пара. Кроме того высокие требования предъявляются к чистоте пара, который необходимо фильтровать перед подачей в молоко.

Выпарные аппараты. Их характеристики и классификация

Основное назначение выпарных аппаратов – концентрирование (или сгущение) растворов. На пищевых предприятиях выпаривают обычно водные растворы:

молоко, свекловичные соки и сиропы, барду, пектиновый клей и пр.

Наряду с этим выпарные аппараты снабжают заводы греющим паром, за счет отбираемых вторичных паров. Кроме того они могут обеспечивать котельные установки и другие технологические производства горячими водами за счет конденсации вторичного пара.

Существуют выпарные аппараты периодического и непрерывного действия. Их классифицируют по следующим признакам.

По расположению поверхности нагрева

вертикальные, горизонтальные и наклонные

По конфигурации поверхности нагрева:

трубчатые, пластинчатые, рубашечные, змеевиковые, ребристые.

По режиму и кратности циркуляции

с однократной циркуляцией и многократной циркуляцией

По роду обогрева или роду переносчика тепла:

обогреваемые водяным паром, обогреваемые другими источниками тепла (фреон, аммиак, электроподогрев).

Паровые трубчатые вертикальные выпарные аппараты с внутренней паровой  камерой и многократной циркуляцией жидкости получили широкое распространение в различных отраслях пищевой промышленности

На рис. показан  аппарат ВА-ЦИНС с многократной естественной циркуляцией.  Такой аппарат используется в сахарной промышленности.

Этот аппарат состоит из греющей камеры 1 (корпуса - калоризатора),  надсокового пространства 4, сепарирующего устройства 5 (пароотделителя) трубных решеток 7 и 10.

Длина кипятильных трубок  в зависимости от производительности аппарата составляет  3...6 м.

Греющий пар подводится через штуцер 9 и проходит между кипятильными трубами. Конденсат этого пара отводится через штуцер 13.

Первичный раствор (молоко, сироп и пр.) подводится через штуцер 12.  Раствор  находящийся внутри труб кипит. В результате образуется парожидкостная смесь. Плотность этой смеси ниже плотности самого раствора.

Вес столба жидкости в циркуляционной трубе 8 больше, чем вес жидкости  в кипятильных трубах.

Это связано с тем, что  циркуляционная труба 8 имеет гораздо больший диаметр, чем диаметр кипятильных трубок.