Охлаждение и фасовка стерилизованного молока (Часть 2)

Решая совместно уравнение представленные выше, получим

Полученная функция графически представлена на рис. 2 для условия G = 5000 кг/ч; K=2900 Вт/(м²*К).

Согласно формуле поверхность теплопередачи увеличивается при росте коэффициента регенерации. График (см. рис. 2) наглядно показывает, что при некотором значении коэффициента регенерации начинается резкий рост функции, который значительно опережает рост аргумента, т. е. при незначительном увеличении коэффициента регенерации очень сильно увеличиваются размеры регенератора.

Это значение аргумента или коэффициента регенерации в современных промышленных установках не превышает 85%.

На выбор величины коэффициента регенерации влияют многочисленные факторы.

Н. В. Барановский предложил определять оптимальное значение коэффициента регенерации по формуле

Определение действительного коэффициента регенерации установок с теплообменниками поверхностного типа для стерилизации молока не представляет больших трудностей. Зная температурный режим работы установки, коэффициент вычисляется по формуле (**) .

При определении коэффициента регенерации для установок с пароконтактным нагревателем вакуумное охлаждение нагретого молока, применяемое с целью сохранения равенства концентраций сухих веществ в молоке до стерилизации и после, существенно влияет на величину коэффициента.

Молоко, подвергаемое стерилизации в пароконтактных нагревателях, получает не только определенную дозу тепла, но и разжижается определенным количеством конденсата, который образуется из греющего пара. Смесь молока и конденсата, несущая суммарное тепло, вводится- в вакуум-камеру, где она вскипает. Процесс парообразования в вакууме сопровождается резким падением температуры, величина которой зависит от величины вакуума. Выводимые из вакуум-камеры вторичный пар и охлажденное стерилизованное молоко уносят такое количество тепла, которое было внесено в камеру нагретой смесью.

Не учитывая потери тепла в окружающую среду, тепловой баланс жидких систем при работе нагревателя и охладителя можно представить в виде

Вторичный пар, уносящий из камеры тепло Q₃=W*i”₂

Температура молока после подогревателя должна быть, меньше температуры пара или в идеальном случае равна ей.

Соотношение между этими температурами складывается на основе строго определенного правила сохранения равенства концентраций сухих веществ в молоке до нагревания в паро-< контактном нагревателе и после охлаждения в вакуумном охладителе. Данное условие можно записать следующим образом: D = W и G₁ = G₂.

Удельную теплоемкость молока перед нагревателем и после охладителя можно считать одинаковой, т. е. c₁ = c₂.

Расход острого пара на стерилизацию без учета потерь тепла в окружающую среду определяют из равенства

График функции t₂=f(t₄) представлен на рис. 3 (прямая 1) для условий: температура стерилизация t_з=140°С; температура вторичного пара, численно приравниваемая к температуре кипения в вакуум-камере; начальная температура нагреваемой жидкости t₁ = 5° С.

График показывает, что между температурой кипения и зависящей от нее температурой перед пароконтактным нагревателем существует разность (?t = t₄-t₂), которая может иметь положительное и отрицательное значение. Температурная разность на рисунке определяется как ордината между точками прямых 2 и 1 (см. рис. 3). Перемена знака для рассмотренных: условий происходит при t₄=t₂= 110° С.

Таким образом, второе условие может быть исполнено только до температуры 110° С. О возможностях исполнения первого условия можно судить по распределению тепла в установке, представленному графически как функция от температуры кипения в вакуум-камере (рис. 4).

Тепло, необходимое для нагревания молока в зависимости от температуры нагревания, определяют из равенства

Рис. 3. Функциональная зависимость между температурой молока перед пароконтактным нагревателем (t₂) и после вакуум-камеры (t₄), соответствующая условию равенства концентраций сухих веществ в исходном и стерилизованном молоке.

Рис. 4. Зависимости количества тепла от температуры:

1- изменение количества тепла, необходимого для нагревания сырого молока в зависимости от температуры нагревания; 2- изменение количества тепла вторичного пара в зависимости от температуры кипения в вакуум-камере; 3 - изменение количества тепла стерилизованного молока -в зависимости от температуры кипения в вакуум-камере.