Практическая работа № 9. Расчёт оборудования для производства сгущенных молочных продуктов.

Для сгущения жидких мясных и молочных продуктов широко используют вакуум-выпарные установки, состоящие из калоризатора и сепаратора (пароотделителя) В качестве калоризаторов используют трубчатые и пластинчатые теплообменники.

Назначение выпарных установок – удаление влаги из сырья, которое происходит в результате его кипения.

При расчете установок определяют массу испаренной влаги, количество греющего пара, коэффициент испарения влаги, интенсивность процесса выпарки, диаметр сепаратора, количество холодной воды, необходимой для конденсации вторичных паров

Основные производственные расчеты вакуу-аппаратов основаны на материальном балансе при выпаривании:

,

где - масса молока поступающего на сгущение, кг; - масса сгущенного молока, кг; W – количество испаренной влаги, кг.

Массу испаренной влаги (в кг) при выпаривании определяют по формуле:

где: G₁, G₂ - масса исходного и готового продукта, кг; m₁, m₂ - массовая доля сухих веществ в исходном и готовом продукте, %.

Концентрация сухих веществ в готовом продукте (кг):

Расход греющего пара (в кг) определяют по уравнению теплового баланса:

где h₁, h₂ - энтальпия греющего и вторичного пара, Дж/кг; c₁, с₂ - удельная теплоемкость исходного и готового продуктов, Дж/(кг∙К); с_к - удельная теплоемкость конденсата, Дж/(кг∙К); θ_кон - температура конденсата, °С; θ_н, θ_к - начальная и конечная температура продукта, °С.

Коэффициент испарения влаги:

где r_г ,r_в — теплота парообразования греющего и вторичного пара, Дж/кг.

Коэффициент самоиспарения влаги:

Масса вторичных паров (в кг) самоиспарения:

Тепловую нагрузку (Вт/м²) вакуум-выпарной установки определяют по уравнению:

где: S - площадь поверхности нагрева, м²; t - продолжительность нагрева, с; Q - количество теплоты, подводимой с греющим паром, Дж.

Интенсивность процесса выпарки [в кг/c²·ч)] определяют по формуле:

или

где: К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К); Δθ - разность между температурами греющего пара и кипения, °С.

Объем парового пространства сепаратора (в м³) определяют по формуле.

где: W_m - вторичных паров, полученных в течение часа, кг/ч; V_в.п - удельный объем вторичного пара, м³ /кг; t - продолжительность пребывания частиц пара в паровом пространстве сепаратора, с.

Диаметр сепаратора находят по уравнению:

где Н_в, - высота выпарного пространства, м.

Расход холодной воды для конденсации вторичных паров (в кг) определяют по уравнению:

где: h_к - энтальпия конденсата, Дж/кг; с_{вн ,}с_вк - начальная и конечная теплоемкость воды, Дж/(кг · К); θ_вн, θ_вк - начальная и конечная температура воды, °С,К.

В технической характеристике вакуум-выпарной установки приведена часовая производительность по исходному сырью, выпаренной воде и сгущенному продукту. По этому показателю можно подобрать оборудование.

Часовую производительность (кг/ч) вакуум-выпарных установок определяют с учетом времени их непрерывной работы:

,

где Т_Э — время эффективной непрерывной работы установки между мойками, ч. (Т_Э = 12...17,5ч для установок периодического действия).

Полученное значение является основанием для выбора соответствующей вакуум-выпарной установки.

Оборудование для приготовления сахарного сиропа, а также охлаждения сгущенного молока и кристаллизации молочного сахара подбирают по часовой производительности. Пропускную способность (кг/ч) вычисляют по формуле

,

где V — вместимость оборудования, м³; — плотность обрабатываемого продукта, кг/ м³; — продолжительность цикла обработки продукта, ч.

В технологический цикл сироповарочных котлов входят такие операции, как загрузка их сахарным песком и заливка водой, нагревание и перемешивание продукта, выгрузка сиропа. Длительность этих операций можно принять равной 2...2,5 ч.

Технологический процесс в кристаллизаторах-охладителях периодического действия состоит из операций загрузки продукта, его охлаждения с одновременным перемешиванием и выгрузки. Длительность технологического цикла этих аппаратов 10...20 ч.