Производство термизированного творожного продукта

     III – секция охлаждения

Для потока холодной воды (сторона нагревания):

Для потока молока (сторона охлаждения):

     ▪ Определение коэффициентов теплопередачи

     Для определения пользуемся формулой

     

где Re – критерий Рейнольдса;

Pr – критерий Прандтля.

     Отношение может быть принято:

- для  стороны нагревания – 1,05;

- для  стороны охлаждения – 0,95.

     Тогда

     

где - теплопроводность молока или воды при соответствующих температурах, ккал/(м·ч·град);

- эквивалентный диаметр потока, м;

Nu – критерий Нуссельта.

     I – секция регенерации

Для стороны  нагревания сырого молока:

Nu=0,1·2017^0,7·4,3^0,43·1,05=40,4;

α₂=

·40,4=3246,4 ккал/(м²·ч·град).

Для стороны  охлаждения пастеризованного молока:

Nu=0,1·2078^0,7·4,5^0,43·0,95=38,1;

α₁=

·38,1=3082 ккал/(м²·ч·град).

     Коэффициент теплопередачи вычисляем, учитывая термическое сопротивление металлической стенки (δ_ст=0,0012 м, λ_ст=13 ккал/(м²·ч·град)):

     

     

ккал/(м²·ч·град). 

     II – секция пастеризации

Для стороны  нагревания молока:

Nu=0,1·2017^0,7·4,3^0,43·1,05=40,4;

α₂=

·40,4=3246,4 ккал/(м²·ч·град).

Для стороны  охлаждения горячей воды:

Nu=0,1·4651^0,7·3,6^0,43·0,95=60,8;

α₁=

·60,8=4983,4 ккал/(м²·ч·град).

     Вычисляем коэффициент теплопередачи:

     

ккал/(м²·ч·град). 

     С учетом постепенного отложения на стенках  пригара, уменьшающего коэффициент теплопередачи, введем коэффициент использования поверхности аппарата φ=0,8. Тогда для расчета рабочей поверхности секции пастеризации получим:

     К_п=0,8·1663,9=1331,1 ккал/(м²·ч·град).

     III – секция охлаждения

Для стороны  нагревания воды

Nu=0,1·549^0,7·21^0,43·1,05=32,2;

α₂=

·32,2=2242,5 ккал/(м²·ч·град).

Для стороны  охлаждения молока:

Nu=0,1·903^0,7·11,8^0,43·0,95=32,2;

α₁=

·32,2=2472,5 ккал/(м²·ч·град).

     Вычисляем коэффициент теплопередачи:

     

ккал/(м²·ч·град).

     ▪ Определение рабочих поверхностей, числа пластин и пакетов 

     I – секция регенерации

     Рабочая поверхность секции:

     

где - тепловая нагрузка секции регенерации, ккал/ч;

К_рег – коэффициент теплопередачи для секции регенерации, ккал/(м²·ч·град);

- средний температурный напор регенерации, °C.

     Определим число пластин в секции:

     

 

где - рабочая поверхность секции регенерации, м²;

f – рабочая поверхность пластины, м².

     

     Определяем  число пакетов:

     

где z_рег – число пластин в секции регенерации;

m_рег – число каналов в пакете.

     Принимаем, что =6.

     Тогда компоновка секции может быть представлена формулой:

     

.

     II – секции пастеризации

     Рабочая поверхность секции пастеризации:

     

где - тепловая нагрузка секции пастеризации, ккал/ч;

К_паст – коэффициент теплопередачи для секции пастеризации, ккал/(м²·ч·град);

- средний температурный напор пастеризации, °C.

     Число пластин в секции пастеризации

     

- рабочая поверхность секции регенерации, м²;

f – рабочая поверхность пластины, м².

     Число пакетов:

где z_паст – число пластин в секции пастеризации;

m_паст – число каналов в пакете.

     Принимаем, что i_паст=1.

     Тогда компоновка может быть представлена формулой:

     

.

     III – секция охлаждения

     Рабочая поверхность секции охлаждения:

     

где - тепловая нагрузка секции охлаждения, ккал/ч;

К_охл – коэффициент теплопередачи для секции охлаждения, ккал/(м²·ч·град);

- средний температурный напор охлаждения, °C.

     Число пластин в секции охлаждения

     

- рабочая поверхность секции охлаждения, м²;

f – рабочая поверхность пластины, м².

     Число пакетов:

где z_охл – число пластин в секции охлаждения;

m_охл – число каналов в пакете.

     Принимаем, что i_охл=5.

     Тогда компоновка секции может быть представлена формулой:

     

.

     Таким образом, компоновка аппарата в целом (в порядке движения продукта через секции) выглядит так:

     

     

     ▪ Определение потерянного напора в секциях

     Коэффициент сопротивления пакета можно определить по формуле

     ξ=8200·Re^-0,55.

Потерянный напор  в секции при скорости молока u_м=0,245м/с:

где i – число пакетов в секции;

ξ – коэффициент  сопротивления пакета;

u_м – скорость молока, м/с;

g – ускорение свободного падения. 

     I – секция регенерации тепла (прямое направление)

     Коэффициент сопротивления молока при 2017

     ξ=8200·2017^-0,55=124,8.

     Потерянный  напор в секции

     

     II – секция пастеризации

     Коэффициент сопротивления пакета при Re=2017

     ξ=8200·2017^-0,55=124,8.

     Потерянный  напор в секции

     

     III – секция регенерации тепла (обратное направление)

     Коэффициент сопротивления пакета при Re=2078

     ξ=8200·2078^-0,55=122,8.

     Потерянный  напор в секции

     

     IV – секция охлаждения

     Коэффициент сопротивления пакета при Re=549

     ξ=8200·549^-0,55=255,3.

     Потерянный  напор в секции

     

     Общий напор, необходимый для преодоления  гидравлических сопротивлений по всему тракту движения молока в аппарате составит:

     

 [4].

     Проведя необходимые расчеты, выбираем пастеризационно-охладительную  установку  А1-ОКЛ-10 на базе пластин П-2 со следующими техническими характеристиками:

     - производительность – 10000 кг/ч;

     - температура пастеризации – 76-80°С;

     - температура охлажденного молока  – 2-6°С;

     - температура ледяной воды - 1°С;

     - время выдержки молока при  температуре пастеризации – 25с;

     - коэффициент регенерации тепла  – 85%;

     - кратность ледяной воды – не  более 3;

     - рабочее давление в аппарате  – 350 кПа;

     - площадь поверхности теплообменной пластины – 0,2 м²;

     - установленная мощность – 15,2 кВт;

     - площадь занимаемая установкой - 25 м²;

     - масса – 3440 кг [5]. 

     Для разделения сквашенного молока на обезжиренный творог и сыворотку выбираем сепаратор  Ж5-ОТР со следующими техническими характеристиками:

     - производительность – 6000 л/ч;

     - частота вращения барабана –  93 с^-1;

     - температура сепарирования – 28-32°С;

     - кислотность исходного продукта  – 80-110°Т;

     - влажность продукта – 78-85%;

     - установленная мощность – 11 кВт;

     - габаритные размеры – 1270×930×1360 мм;

     - масса – 880 кг [6]. 
 
 

     3 Требования к сырью 

     Для изготовления продукта применяют следующее сырьё:

     -молоко  коровье не ниже второго сорта  по ГОСТ Р 52054-03 [7];

     -молоко  сухое обезжиренное по ГОСТ 10970-87 [8];

     -концентрат бактериальный сухой мезофильных молочнокислых стрептококков КМС сух.(Lactococcus lactis subsb. cremoris, Lactococcus lactis subsb. lactis, Streptococcus thermophilus) по ТУ 10-02-02-789-31-90 Концентрат бактериальный сухой мезофильных молочнокислых стрептококков «КСМ-сух» [9];

     -закваски МСТ, МСТ – «Каунасская», ТС, МТТ (Lactococcus lactis subsp. lactis; Lactococcus lactis subsp.cremoris; Lactococcus lactis subsp.cremoris (biovar diacetylactis) и Streptococcus thermophilus, Leuconostoc mesenteroides subsp. dextranicum в различных соотношениях) по ТУ 10-02-02-789-65-91 Закваски бактериальные, дрожжи и тест-культуры [10];