Курсовая работа: Холодильное оборудование при производстве пастеризованного молока

2.2 Пастеризационно - охладительные установки для кисло-молочных продуктов

Пластинчатая пастеризационно - охладительная установка для кисломолочных продуктов предназначена для пастеризации и охлаждения молочных продуктов в непрерывном тонкослойном закрытом потоке при автоматическом контроле и регулировании технологического процесса при производстве кисломолочных продуктов.

Пластинчатая пастеризационно - охладительная установка для кисломолочных продуктов состоит из пластинчатого теплообменника, систем подготовки горячей воды (конвекционный бак, насос для горячей воды, инжектор) для пастеризации продукта и подогрева продукта до температуры сквашивания, насоса для продукта, пульта управления, выдерживателя, системы контроля и автоматического регулирования технологическим процессом обработки продукта, трубопроводов, клапанов, смонтированных на раме. Установка компактна и представляет собой модульную конструкцию, имеющую высокую монтажную готовность. Выдерживатель установки представляет собой отдельно стоящий модуль, который при монтаже установки может монтироваться в любом относительно установки месте.

Выполняемые операции:

- подогрев молока до температуры сепарирования 55-60 °С;

- подогрев молока до температуры гомогенизации 75-80 °С;

- подогрев молока до температуры пастеризации 90-95 °С;

- выдержка продукта при температуре пастеризации 300 сек;

- охлаждение продукта до температуры сквашивания 20-50 °С.

Пастеризация и охлаждение нормализированной смеси при подготовке к дальнейшей переработке. Учитывая 6-часовую работу оборудования, пастеризационно-охладительная установка должна иметь мощность не менее 3 т/ч.

Установки пастеризационно-охладительные (комбинированные) пластинчатые автоматизированные для молока ОКЛ-3 предназначены для очистки, пастеризации и охлаждения молока в непрерывном тонкослойном закрытом потоке при автоматическом контроле и регулировании технологического процесса. Используется установка на молочных предприятиях и других предприятиях пищевой промышленности (таблица 2).

Таблица 2 - Технические характеристики А1-ОКЛ-3

Процессы теплообмена происходят в пластинчатом аппарате, который состоит из станины с направляющими штангами, на которые навешен набор теплообменных пластин. Пластины разбиты на секции, которые отделяются друг от друга специальным промежуточными плитами, имеющими по углам штуцера, служащие для подвода и отвода жидкостей.

В зависимости от наличия и расположения сквозных отверстий на углах пластин в секциях создают пакеты.

Пакетом называется группа пластин с одинаковым направлением потока жидкостей.

Между пластинами имеются каналы для движения жидкостей и их теплообмена. Герметичность каналов, подводящих и отводящих штуцеров осуществляется резиновыми прокладками.

Уплотняющее усилие создается винтовыми муфтами и передается всем пакетам пластин через нажимную плиту. Требуемая степень сжатия определяется по табличке со шкалой, установленной на верхней и нижней распорках.

Выдерживатель представляет собой систему трубопроводов, обеспечивающую определенное время выдержки молока при температуре пастеризации.

Технологический процесс на установке осуществляется следующим образом. Молоко из резервуара поступает в приемный бак, в котором с помощью регулирующего устройства производится его заполнение до определенного уровня. Из приемного бака молоконасосом подается в секцию регенерации пластинчатого аппарата для предварительного нагрева и далее - в сепаратор-молокоочиститель для очистки от механических и других загрязнений.

После очистки молоко возвращается в аппарат, проходит через секцию пастеризации, где нагревается до температуры 76-90°С, и направляется через переключающий клапан в выдерживатель, откуда поступает в секции регенерации и охлаждения, и далее направляется в молокохранилище. Нагрев молока в секции пастеризации до температуры 76-95°С осуществляется горячей водой, которая циркулирует в замкнутом контуре.

Охлаждение молока до температуры 15-20°С осуществляется в секции регенерации поступающим молоком и в секции охлаждения - ледяной водой.

Технические характеристики А1-ООЛ-3 и А1-ОКЛ-3 объединены в таблице 3.

Таблица 3 - Технические характеристики оборудования для тепловой и холодильной обработки

Составим почасовой график нагрузок в течение смены, определим максимальный расход холода и тепла (рисунок 3), который используем в дальнейших расчетах при подборе компрессорно-конденсаторного агрегата и котельной установки.

Рисунок 3 - Почасовой расход холода на технологические нужды.

Из графика видно, что максимальный расход холода приходится со 2-го по 5-й час работы оборудования при одновременной работе установок и составляет 255 кВт/ч.

3 Расчёт и подбор холодильного оборудования для хранения готовой продукции

Хранение осуществляется при температуре от 0 до 6оС не более 36 часов, в том числе не более 12 часов на предприятии-изготовителе. Новые виды продуктов имеют увеличенные сроки до 3-5 суток. Хранение пастеризованного молока дольше установленных сроков, может привести к появлению пороков запаха и вкуса микробного происхождения, изменению физических показателей.

Расчет хладоснабжения можно разделить на несколько этапов:

1. Определение расчетных параметров холодильных камер, выбор способа их охлаждения.

2. Расчет изоляции холодильных камер.

3. Расчет теплопритоков в холодильную камеру.

4. Расчет и подбор холодильной установки.

3.1 Определение расчетных параметров холодильных камер

Для расчета параметров холодильных установок определим температурные режимы обработки продукта и их свойства.

Основными расчетными параметрами являются:

- температура и относительная влажность воздуха в холодильных камерах;

- температура воздуха в смежных неохлаждаемых помещениях;

- температура и влажность наружного воздуха в самый жаркий период;

- температура грунта;

- среднегодовая температура географических пунктов.

Продолжительность и режимы хранения готовой пастеризованной молочной продукции составляют:

- температура хранения - 0оС;

- продолжительность хранения - 12 ч.

Среднегодовая температура для нашего региона составляет +3, 5оС, летняя расчетная +31оС, относительная влажность 48%.

Камеры хранения готовой продукции охлаждают батарейным, воздушным и смешанным способами. Наиболее широко применяется батарейное охлаждение. Батареи бывают из гладких, оребренных труб и панельные. При смешанном способе охлаждения камеры оборудуют и батареями и воздухоохладителями. Этот способ используется в основном в камерах с универсальным температурным режимом.

Применяют две системы батарейного охлаждения: непосредственное охлаждение за счет кипящего холодильного агента и охлаждение теплоносителем - водой и водными растворами СаС12 и NaCl. Непосредственное испарение холодильного агента используют в камерах, где необходимо обеспечить низкие температуры - камеры замораживания, скороморозильные аппараты.

Охлаждение камер за счет теплоносителя нашло широкое распространение в молочной промышленности, поскольку при этом упрощается система регулирования температуры и обеспечивается возможность аккумуляции холода в период непродолжительной остановки работы компрессора.

Расчет вместимости холодильных агрегатов производят исходя из нормы загрузки холодильных камер.

Произведем расчет холодильной камеры для хранения 32 тонн готовой продукции - пастеризованного молока жирностью 3, 4%.

Грузовой объем холодильной камеры, м3 (1) :

Vгр = G/gv, (1)

где G - вместимость холодильника, кг; gv - плотность укладки продуктов, находящихся в камере, кг/м3.

Плотность укладки пастеризованного молока в холодильной камере составляет:

gv = 800 кг/м3. Упаковка - ящики.

Vгр = 32000 / 800 = 40 м3

Готовая продукция занимает объем 40 м3:

- высота - 2, 5 м;

- ширина - 4 м;

- длина - 4 м.

Грузовая площадь (площадь занимаемая штабелем) (2) :

Fгр = Vгр / hгр (2)

где hгр - грузовая высота (высота штабеля), м.

Fгр = 40 / 2, 5 = 16 м2 - площадь непосредственно занятая грузом.

Вся площадь холодильной камеры не может быть занята грузом, так как отступы от стен, колон, охлаждающих приборов должны составлять не менее 0, 3 м.

Для движения грузовых тележек и подъемно-транспортных средств при хранении продуктов партиями между штабелями оставляют проезды шириной 1, 2 м.

В ряде случаев высота ограничена прочностью используемой тары. В этом случае применяют стоечные поддоны с разгрузочными стойками или размещают поддоны на стеллажах.

Определяем строительную площадь камеры (3) :

Fстр = Fгр / вF (3)

где вF - зависит от размеров помещения - для малых помещений (20-100 м2) - 0, 65.

Fстр = 16 / 0, 65 = 24, 62 м2

Пересчитываем реальную емкость камеры - общий объем холодильной камеры будет составлять:

Vгр об = 24, 62 * 2, 8 = 68, 94 м3

3.2 Расчет изоляции холодильных камер

Эффективная работа холодильной установки и срок службы холодильной камеры определяются правильно спроектированной и хорошо выполненной изоляцией. Правильно выбранный изоляционный материал и хорошо выполненная изоляция сохраняют свои качества в течение длительного периода. Расположение изоляционных слоев показаны на рисунке 4.

Рисунок 4 - Расположение изоляционных слоев 1, 5 - отделочный слой; 2 - кирпич (бетон) ; 3 - гидроизоляция; 4 - теплоизоляция

Толщину изоляционного слоя определяют по формуле (4) :

диз = лиз

где - коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/м2°С;

- коэффициент теплопередачи от воздуха к наружной стене, Вт/м2К;

- коэффициент теплопередачи от внутренней стены к воздуху, Вт/м2К;

лi - коэффициент теплопроводности строительных материалов, Вт/мК;

- толщина слоев конструкции ограждения, м.

На нашем предприятии используется искусственный холод. Потребность предприятия в холоде обеспечивается отдельностоящим компрессорным цехом. Для примера приводится расчет камеры хранения готовой продукции, где поддерживется температура 0оС.

Среднегодовая температура 3, 5оС;

Летняя расчетная 31оС;

t холодильной камеры 0оС;

t цеха +18оС

лиз - коэффициент теплопроводности 0, 04 Вт/мК;

бн = 9Вт/м2К

Толщина слоев конструкции:

- штукатурка внешняя - 0, 02 м (коэффициент теплопроводности 0, 9 Вт/мК) ;

- железобетон - 0, 2 м (1, 4 Вт/мК) ;

- рубероид - 0, 0015 м (0, 14 Вт/мК)

- пенополистирол ПСБ-С - 0, 025 м (0, 04 Вт/мК) ;

- штукатурка внутренняя - 0, 02 м (0, 9 Вт/мК).

k - коэффициент теплопередачи ограждения наружные стены 0, 47, покрытия 0, 35

Толщина изоляционного слоя:

диз = 0, 04* = 0, 1019 м.

Стандартная толщина листа изоляции 25 мм. Тогда понадобится 0, 1019/0, 025 = 4 слоя.

kдейств = 1/ (1/9+0, 02/0, 9+0, 2/1, 4+0, 0015/0, 14+4*0, 025/0, 04+0, 02/0, 9+1/9) = 0, 355

3.3 Расчет теплопритоков в холодильную камеру

Теплопритоки в холодильную камеру УQ проходят от следующих источников:

- от ограждающих поверхностей (наружные стены и внутренние перегородки, пол и потолочные перекрытия холодильной камеры) Q1;

- от продуктов и тары при охлаждении их в холодильной камере Q2;

- от наружного воздуха при вентиляции Q3;

- эксплуатационные (освещение, пребывание людей, работа электродвигателей, при открывании дверей) Q4.

Теплопритоки от ограждающих поверхностей

Теплопритоки поступают в холодильную камеру через поверхности ограждения, не теплоизолированные полы и за счет поглощения солнечной радиации, Вт (6) :

Q1 = Q1Т + Q1П+ Q1С (6)

где Q1T - теплоприток через ограждающие поверхности от наружного воздуха;

Q1П - теплоприток через неизолированные полы;

QlС - теплоприток от солнечной радиации.

Теплопритоки от каждой поверхности ограждения определяются следующим образом, Вт (7) :

QlT = kдейств * F * (tн - tв) (7)

где F - площадь поверхности ограждения;

tн - расчетная температура наружного воздуха, °С;

tв - расчетная температура воздуха в холодильной камере, °С.

План охлаждаемого помещения показан на рисунке 5.

Рисунок 5 - План охлаждаемого помещения

Холодильная камера находится в цехе с температурой воздуха 18оС