CC BY
100
УДК 637.142.22.
Уточненный тепловой расчет кристаллизатора для двухступенчатого охлаждения сгущенных молочных консервов с сахаром
ВИНОГРАДОВА Юлия Владимировна, канд. техн. наук, доцент ФГБОУ ВПО Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н. В. Верещагина
e-mail: [email protected]
Аннотация: в статье приведена методика уточненного теплового расчета пластинчатого кристаллизатора скребкового типа.
Ключевые слова: пластинчатый, теплообменный аппарат, скребковый, сгущенное молоко с сахаром, теплоотдача.
В технологических процессах производства продуктов питания особое место, в силу своеобразия условий теплопередачи, занимает охлаждение таких высоковязких пищевых жидкостей, как сгущённое молоко с сахаром, высокожирные сливки, сметана, смеси для приготовления мороженого и маргарина, животные жиры, овощные и фруктовые пюре, кондитерские и косметические кремы, пищевые клеи и др.
Теоретические исследования [1] и практический опыт показали, что охлаждение таких продуктов, особенно меняющих при этом своё агрегатное состояние, наиболее эффективно осуществляется в пластинчатых скребковых теплообменных аппаратах (рисунок 1), который представляет собой набор чередующихся теплообменных и, так называемых, продуктовых пластин, установленных и зажатых на специальных штангах. При этом внутри продук-
товых пластин расположены подвижные диски, закреплённые на валу. С обеих сторон этих дисков подвижно закреплены полиамидные ножи. При вращении дисков эти ножи счищают с поверхности теплообменных пластин пристенный ламинарный слой обрабатываемого продукта, при этом происходит его перемешивание.
Целью настоящих исследований явилось уточнение методики теплового расчета скребкового теплообменного аппарата.
Как известно, тепловой расчёт сводится к определению теплопередающей поверхности:
Q
f=-
Vа!
- +
X а
2
А t
ср
где а1 - коэффициент теплоотдачи, от продукта к стенке, Вт/м2-К;
а - коэффициент теплоотдачи от
Рисунок 1. Скребковый пластинчатый теплообменный аппарат
стенки к хладоносителю, Вт/м2-К;
ЕЯ - термическое сопротивление материала стенки, Вт/К.
Для расчёта теплопередающей поверхности необходимо знать величину коэффициента теплоотдачи, который определяется следующим образом:
- при переносе тепла от продукта к стенке:
а=Ау/я-с■ р-п ( 1 )
- при переносе тепла от стенки к хладоносителю:
Ш -Л
а2 =■
d,.,
= А - Reмт - Ртж" - Re/
, ( 2 )
п ■ D2 ■ р
Ке ж =
м
где V
- критерий Рейнольдса для условий перемешивания; п - частота вращения рабочего ор-
гана, с-1;
D - диаметр рабочего органа, м; р - плотность теплопередающей среды,кг/м3;
т - вязкость теплопередающей среды, Па-с;
ЯЯв$ - критерий Рейнольдса, учитывающий режим поступательного движения продукта в аппарате, ^ ;
$ - скорость поступательного движения, м/с;
dэ - эквивалентный диаметр канала, образованного диском рабочего органа, теплообменной стенкой и скребками;
Р1. =
И
Ргж - критерий Прандтля, а р ; а - коэффициент температуропроводности среды, м2/с.
Раскрывая значения критериев, и введя под корень число скребков z, находим:
а = Ау/ Я С ■ р-п ■ г ( з )
где А - коэффициент перед радикалом, найденный аналитически.
Ранее отмечалось, что величина коэффициента А зависит от конструктивных особенностей рабочих органов
Рисунок 2. Схема пластины
(рисунок 2), точности изготовления и теплофизических свойств жидкости.
Величина коэффициента А определялась следующим образом. Из литературы известно [2], что:
т = 0,023 Яе0’8 Рг0’4 ( 4 )
откуда следует:
аг = 0,023 — Re0’8 Рг0,4
, ( 5 )
где а2 - коэффициент теплоотдачи от стенки к охлаждающей жидкости, Вт/
м2К ;
Арас - средний коэффициент теплопроводности, Вт/м2К;
dэкв - эквивалентный диаметр, м, определяемый как:
а = 4£
экв П
где f - площадь поперечного сечения канала в теплообменной пластине,
м2;
П - часть контура, участвующего в теплообмене, м.
В нашем случае dэкв = 2^ где h - высота канала, м.
Яе - критерий Рейнольдса, определялся как
3- 2Ъ
Яе =
V
где $ - скорость движения рассола в канале теплообменной пластины, определялась как:
G
^_ растеор
f Р ■
А
ерас.теор. - расход рассола, кг/с;
п - среднее значение коэффициента кинематической вязкости, м2/с;
Известно, что коэффициент теплопередачи равен:
К =-
1
а1
К
1
а2
, ( 6 )
где 6 - толщина теплопередающей стенки, м;
Аст - коэффициент теплопроводности стенки, Вт/м2 К
Откуда, К а ( 7 ) Подставляя найденное значение а1 в формулу (1), получим выражение для расчёта коэффициента А для нашего охладителя:
4 ^см ' С см ■ р ■ п ■ 2 ( 8 )
Обработка экспериментальных данных показала, что для теплообменников, изготовленных на основе вновь разработанной пластины по приведённой выше
методике для сгущенного молока с сахаром коэффициент перед радикалом составит А = 0,65.
Таким образом, уточненная нами формула для расчета а1 будет иметь вид:
а1 = 0,65( д )
Список литературы:
1. Виноградов, А. А. Исследование работы пластинчатого охладителя скребкового типа / А. А. Виноградов // Молочная промышленность. - 1971. - № 7.
2. Касаткин, А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А. Г. Касаткин. - М.: Изд-во химической литературы, 1960. - 308 с.
3. Лыков, А. В. Теория теплопроводности / А. В. Лыков. - М.: Государственное издание технико-теоретической литературы, 1952.
Detailed crystallizer heat calculation for two-stage cooling of condensed milk products with sugar
Vinogradova Yulia Vladimirovna, Associate Professor, Cand. of Sc. (Technics)
The Federal State Budget Educational Institution Higher Professional Education the Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy
Abstract: The methodology of detailed heat calculation of tubular scraper type crystallizer has been performed in the article.
Keywords: tubular, heat-exchange unit, scraper, condensed milk with sugar, heat emission.
