CC BY
49
УДК 637.1.02
В. В. Червецов, канд. техн. наук, соискатель науч. степени, ВНИМИ,
Ю. В. Виноградова, ст. преп.
А. И. Гнездилова, д-р техн. наук, проф., ВГМХА им. Н. В. Верещагина,
Тепловой расчет скребкового кристаллизатора
Аннотация: В статье приведен подробный тепловой расчет скребкового кристаллизатора, который может применяться для осуществления двухступенчатого способа охлаждения сгущенных молочных и молокосодержащих консервов с сахаром.
Ключевые слова: кристаллизатор, охлаждение, консервы
В настоящее время известны различные способы охлаждения сгущенных молочных и молокосодержащих консервов с сахаром. Как показали исследования, наиболее эффективным является температурный режим, согласно которому охлаждение сгущенных молочных и молокосодержащих консервов с сахаром рекомендуется проводить в две ступени [1, 2].
Интенсивное охлаждение продукта предлагается осуществлять в пластинчатом скребковом охладителе, где тепловая обработка проводится в тонком слое. Скорость охлаждения в таких аппаратах составляет 5-15 град/мин.
Для проведения эффективного охлаждения необходимо рассчитать аппарат с учетом заданного режима охлаждения.
Расчет состоит из ряда этапов:
1. Определение тепловой нагрузки:
е — - г2 )+у = 0,0X3 ■ 2430-{60 - ЗХ)+35^ = 7792,25 ВТ.
2. Определение температуры ледяной воды на выходе:
е _, . 7792,25
ІИ . г - Г
тпр ^л.в.
- = 3 + -
0,083-2,5-4215
= П,9 °С.
3. Определение среднего температурного напора:
4. Определение средних значений температур и теплофизических характеристик теплоносителей:
ледяная вода -продукт -
3+11,9
2 2 7,4$+39,5 =46,9Г С
= 7,45 °С.
Для расчета необходимо знать следующие параметры: Производительность, шпр, кг/ч (кг/с) 300 (0,083)
Температура исходного продукта, ^,°С 55-60
Температура внесения затравки, Ь2,°С 31-37
Температура ледяной воды, Ь1лв-, °С 2-4
Кратность циркуляции ледяной воды, х 2-4
Установленная мощность электродвигателей, М, кВт 5,5
Частота вращения ножей, п, мин-1 (с-1) 40 (0,670)
Число скребков, z, шт 4
Толщина стенки пластины, б, м 0,0015
Поверхность пластины, f, м2
5. Значения теплофизических характеристик ледяной воды при Ьлвср : вязкость кинематическая,
V = 1,432-1&6, м2/с; теплоемкость, Спр=4200,2 Дж/кгК; теплопроводность, А пр =0,568 Вт/мК; плотность, Рл в.=1000 кг/м3; критерий Прандтля, Рг=10,58.
6. Значения теплофизических характеристик продукта при Ьпрср : теплоемкость, Спр=2430 Дж/кгК; теплопроводность, Апр=0,25 Вт/мК; плотность, рпр=1300 кг/м3; критерий Прандтля, Рг=10,58.
7. Определение скорости движения ледяной воды в канале охлаждающей пластины:
где і - число каналов, і=1; і - площадь поперечного сечения канала, м2;
р - плотность ледяной воды, кг/м3.
/ 2-(К ? )-Л 2 (0,2 0,04)-0,005 1,6 ¡о '' м2;
тл.е. = жпрх = 0,083-2,5 = 0,2075 м3/с;
_ 0,2075
л в 1,6 10~3 ■ 1-1000
0,129 м/с.
где тпр - массовый расход продукта, кг/с; р - плотность продукта, кг/м3.
„ 0,083
пр 1,6-10 3 1 1300
0,039 М/С.
Рис 1. Схема пластины
9. Определение критерия Рейнольдса для ледяной воды:
£ а
Л2 _ л.в. же
где
^'жв ~ эквивалентный диаметр, азке= П - смоченный периметр,
П = 4 (Я-г) + 2 Н М.
8 (0,2-0,04) 0,005 *"* ' 4 (0,2-0,04)+ 2 0,005
9,8 І0 ’ м.
Яе
0,129 9,8-10
1,432 10
-6
882,82
8. Определение средней скорости движения продукта:
10. Определение критерия Нус-сельта:
для криволинейных каналов, при Рг=7...369, Re=63...21000
справедлива формула [3]:
N11 = 0,05-882,82е-73 ' 0,975 = 13,56 .
11. Определение коэффициента теплоотдачи от стенки к ледяной воде:
14. Определение величины теплопередающей поверхности: е
13,56 0,568 , 2|,
Щ =_________3 = 785,93 Вт/м2К.
К Л t •
ср
7792,25
9,8 10
12. Определение коэффициента теплоотдачи от продукта к стенке [3]:
Щ = 0,65-.\кп!спррпр-иг = 0,65 ■ ¡0,25 ■ 2430■ 1300■ 0,67 ■ 4 =
13. Определение коэффициента теплопередачи:
0,435 м2.
445,54-39,5
15. Определение количества пла-
стин:
р
р
/ 0,435 0,22
= 2.
Таким образом, для обеспечения заданного температурного режима необходимо компоновать секцию охлаждения из двух пластин.
где б - толщина стенки, м;
Лст - теплопроводность материала стенки, Лст=15 Вт/(мК.)
Вт/м2К.
Список литературы:
1. Патент № 2374324. Способ кристаллизации лактозы в сгущенном молоке с сахаром [Текст] / Гнездилова А. И., Виноградова Ю. В., Червецов В. В., Бурыкина И. М. - 2009. - Б.И. № 33.
2. Двухступенчатый режим охлаждения консервированных молочных и молокосодержащих продуктов с сахаром [Текст] / А. И. Гнездилова, Ю. В. Виноградова // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2009. - №5. - С. 70-71.
3. Виноградов А. А. Исследование работы пластинчатого охладителя скребкового типа // Молочная промышленность. - 1971. - №7 - С. 15-18.
V.V. Chervetsov, J.V. Vinogradova, A.I. Gnezdilova
Thermal design of the mold scraper
Abstract: The article gives a detailed thermal design of the mold scraper, which can be used to implement a two-step method of cooling condensed milk and lactiferous canned with sugar.
Key words: mold, cooled, canned
