Совершенствование конструкции кожухотрубных аппаратов. Аппаратурное оформление процесса первичного охлаждения молока
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Процессы и аппараты пищевых производств
Издательство:
Инфра-Инженерия
Автор:
Галкин Павел Александрович
Год издания: 2023
Кол-во страниц: 96
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Специалитет
ISBN: 978-5-9729-1373-2
Артикул: 815519.01.99
Показаны способы повышения эффективности кожухотрубных теплообменников для первичного охлаждения молока, представлена методика, уточняющая число труб для малогабаритных кожухотрубных аппаратов с учетом уменьшения байпасного зазора путем установки дополнительного числа труб в байпасной зоне при сохранении направлений потоков. Для специалистов в области пищевой промышленности и агропромышленного комплекса.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 19.03.03: Продукты питания животного происхождения
- 35.03.04: Агрономия
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
П. А. Галкин СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ КОЖУХОТРУБНЫХ АППАРАТОВ АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ПРОЦЕССА ПЕРВИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ МОЛОКА Монография Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023
УДК 637.1.02 ББК 36.95 Г16 Рекомендовано научно-техническим советом ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный технический университет» Рецензенты: д. т. н., профессор кафедры математического моделирования и информационных технологий ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный университет им. Г. Р. Державина» Ковалев Сергей Владимирович; д. т. н., профессор кафедры компьютерно-интегрированных систем в машиностроении ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный технический университет» Соколов Михаил Владимирович Галкин, П. А. Г16 Совершенствование конструкции кожухотрубных аппаратов. Аппаратурное оформление процесса первичного охлаждения молока : монография / П. А. Галкин. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 96 с. : ил., табл. ISBN 978-5-9729-1373-2 Показаны способы повышения эффективности кожухотрубных теплообменников для первичного охлаждения молока, представлена методика, уточняющая число труб для малогабаритных кожухотрубных аппаратов с учетом уменьшения байпасного зазора путем установки дополнительного числа труб в байпасной зоне при сохранении направлений потоков. Для специалистов в области пищевой промышленности и агропромышленного комплекса. УДК 637.1.02 ББК 36.95 ISBN 978-5-9729-1373-2 © Галкин П. А., 2023 © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023 © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ..........................................................4 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНИКИ ПЕРВИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ МОЛОКА.................................................6 1.1. Первичное охлаждение молока.................................6 1.2. Классификация теплообменных аппаратов, применяемых при первичном охлаждении молока.......................13 1.3. Сравнительный анализ кожухотрубных и пластинчатых теплообменников.......................................26 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ЗАВИСИМОСТИ ДЛЯ РАСЧЕТА КОЖУХОТРУБНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ С УЧЕТОМ ЗАЗОРОВ В МЕЖТРУБНОМ ПРОСТРАНСТВЕ........................................32 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА.......................47 3.1. Описание экспериментальной установки.......................47 3.2. Экспериментальные исследования и их результаты.............52 4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ......................55 4.1. Методика расчета аппарата для первичного охлаждения молока.55 4.2. Алгоритм и описание программы для расчета..................59 ЗАКЛЮЧЕНИЕ.......................................................64 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.................................65 ПРИЛОЖЕНИЯ.......................................................68 Приложение 1. Результаты теоретического исследования влияния зазоров на интенсивность теплообменного процесса........................68 Приложение 2. Результаты экспериментального исследования зависимости температуры теплоносителей от времени проведения эксперимента....................................................74 Приложение 3. Программа проектирования кожухотрубных аппаратов для первичного охлаждения молока................................76 3
ВВЕДЕНИЕ Развитие агропромышленного комплекса обуславливает необходимость использования современного высокоэффективного оборудования, в том числе и в животноводстве. Это термоемкости на базе молоковозов, позволяющие перевозить молоко на дальние расстояния с наименьшими изменениями первоначальной температуры продукта, резервуары-охладители, позволяющие снизить температуру молока с 35 °C до 4 °C, холодильные машины, в которых в качестве хладагента применяется аммиак или фреон. Молоко теряет свои ценные питательные свойства в течение первых двух-трех часов после доения. Наиболее полное сохранение этих свойств обеспечивается охлаждением. Процесс охлаждения должен быть не только своевременным, но и достаточно интенсивным, чтобы понизить температуру молока после доения в среднем до двух градусов по шкале Цельсия. На животноводческих фермах в молочных линиях для охлаждения применяются пластинчатые аппараты, которые позволяют распределить тепло- и хладоносители тонким слоем по поверхностям теплообмена. Однако пластинчатые аппараты имеют целый ряд недостатков, которые связаны с наличием в конструкции большого количества прокладок. Эти прокладки располагаются по периметру соседних пластин и имеют значительные размеры по длине и ширине аппарата. После сжатия пакета пластин и прокладок они образуют герметичные каналы в виде щелей для молока и хладоноси-теля. Отмечаются частые отказы в работе из-за нарушения герметичности. Щели забиваются посторонними частицами, например опилками, шерстью и т. п. Отсюда значительные затраты на разборку и сборку аппарата. Кроме того, конструкция пластинчатого аппарата имеет существенные ограничения для дальнейшей интенсификации теплообменных процессов. Создание оборудования для первичного охлаждения молока как для крупных, так и для мелкотоварных производств более приемлемо при использования 4
кожухотрубных теплообменников, так как они изготавливаются на универсальном оборудовании, которое широко известно, и имеют невысокую стоимость по сравнению с пластинчатыми аппаратами. Кроме того, они имеют следующие достоинства: 1) широкийдиапазониспользования; 2) простота изготовления; 3) легкость чистки и мойки в процессе эксплуатации. Цель работы заключается в установлении способов повышения эффективности кожухотрубных теплообменников для первичного охлаждения молока, уточнении методики их расчета и проектирования. В соответствии с этим нами разработана методика проектирования кожухотрубных теплообменных аппаратов, используемых при первичном охлаждении молока. Данная методика уточняет число труб для малогабаритных кожухотрубных аппаратов с учетом уменьшения байпасного зазора. 5
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНИКИ ПЕРВИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ МОЛОКА 1.1. Первичное охлаждение молока Качество молока и молочных продуктов во многом зависит от своевременности обработки или переработки их. Молоко представляет собой скоропортящийся продукт. Оно является весьма благоприятной средой для развития всевозможных микроорганизмов. В целях сохранения молока в свежем виде в период доставки потребителям или на молочные заводы его подвергают в хозяйствах первичной обработке. Важнейшим условием первичной обработки молока является его охлаждение [19]. Цельное парное молоко имеет оптимальную температуру для размножения микробов, которые повышают кислотность, вероятность скисания молока. Продолжительность действия бактерицидной фазы представлена в табл. 1. Молоко, не охлажденное уже через час после выдаивания, не отвечает требованиям первого сорта, а через 2 ч после него по кислотности соответствует второму сорту, а по бактериальной обсемененности считается уже несортовым. Через 3 ч после выдаивания кислотность молока достигает 23 °Т, и такую продукцию молокозаводы уже не принимают. Поэтому молоко после выдаивания надо охлаждать сразу до температуры не выше +8 °C. Этого можно достигнуть, используя лед или машинный холод. Нельзя смешивать охлажденное молоко с парным. Смешивать молоко вечернего удоя с утренним можно, если оно охлажденное. Доильно-молочное оборудование предназначено для выполнения двух технологических процессов: машинного доения коров и первичной обработки молока, которые, как правило, объединяются в одну поточную линию. Под технологической молочной линией понимают систему, состоящую из источника молока (коров), доильной установки для приема молока (молоковыведение из вымени, сбор молока в емкости, транспортировка и кратковременное хранение 6
молока) и комплекта машин для первичной обработки молока (очистка, охлаждение, длительное хранение, транспортировка к местам реализации) [22]. Таблица 1 Продолжительность действия бактерицидной фазы, ч. Температура Условия получения молока молока, °С хорошие плохие 37 3,0 2,0 30 5,0 2,3 16 12,7 7,6 13 36,0 19,0 В зависимости от способа содержания коров в зимний и летний периоды, а также от принятой системы организации машинного доения применяют доильные установки разных типов. В настоящее время промышленность выпускает доильные установки четырех типов: 1) для доения в стойлах со сбором молока в переносные ведра -АД-100А и ДАС-2Б; 2) для доения в стойлах со сбором молока через молоко-провод в общую емкость - АДМ-8; 3) для доения на пастбищах и площадках со сбором молока в общую емкость - УДС-ЗА; 4) для доения на площадках со сбором молока в общую емкость - УДТ-6 типа «Тандем», УДЕ-8 типа «Елочка» и УДА-100 типа «Карусель» [19]. В доильной установке АДМ-8 с молокопроводом выдоенное молоко учитывается и затем транспортируется по стеклянному молокопроводу в молочное отделение, где охлаждается и собирается в общую емкость для хранения. Доильная установка АДМ-8 (рис. 1.1) состоит из 12 аппаратов ДА-2М, вакуум-провода, двух главных вакуум-регуляторов 2, шести вкауум-подъемни-ков, молокопровода 12 и двух унифицированных вакуумных насосов 13 (уста 7
новок УВУ-60/45). Оборудование молочной линии включает два групповых счетчика 4 надоя молока, шесть устройств зоотехнического учета молока, молоко-сборник 5, насос молочный универсальный 6, фильтр 7 и пластинчатый охладитель 8 молока. Кроме того, доильная установка снабжена устройством 9 для автоматической циркуляционной промывки молокопровода и доильной аппаратуры, источником тепла - электрическим водонагревателем-термосом ВЭТ-400, шкафом управления и шкафом запасных частей. Рисунок 1.1. Принципиальная схема доильного агрегата АДМ-8: 1 - доильный аппарат; 2 - главный вакуум-регулятор; 3 - дифференциальный клапан; 4 - счетчик надоя молока групповой; 5 - молокосборник; 6 - насос молочный универсальный; 7 - фильтр; 8 - пластинчатый охладитель молока; 9 - автомат промывки; 10 - разделитель; 11 - вакуум-провод; 12 - молокопровод; 13 - вакуумный насос Обязательное условие получения доброкачественного молока - ежедневная обработка доильного и молочного оборудования дезинфицирующими веществами (0,1%-ным раствором хлорамина Б, раствором гипохлорита кальция 8
той же концентрации). Ими же ежедневно промывают молокосборники, молочные танки, ванны и другое оборудование [2]. Классификация оборудования, применяемого для охлаждения молока, представленанарис. 1.2 [5]. Рисунок 1.2. Классификация оборудования для охлаждения молока 9
Выделяют несколько схем сбора и охлаждения молока: - охлаждение и хранение в резервуарах-охладителях; - предварительное охлаждение в тонкослойном пластинчатом охладителе, доохлаждение в резервуаре-охладителе, хранение в резервуаре-термосе; - охлаждение в пластинчатом охладителе, хранение в резервуаре-термо-се[1,2]. Охлаждение в резервуарах-охладителях может быть непосредственным и косвенным [15]. При непосредственном охлаждении хладагент холодильной машины отбирает тепло от молока, при косвенном охлаждении - от промежуточного хладоносителя. Преимуществасистемы с непосредственным охлаждением (рис. 1.3): - удобство эксплуатации в условиях фермы; - высокий КПД, так как нет дополнительных затрат энергии на охлаждение хладоносителя; - сравнительно небольшие металлоемкость и габаритные размеры. Рисунок 1.3. Система с непосредственным охлаждением 10
Система с косвенным охлаждением (рис. 1.4) включает в себя установку охлаждения жидкости, в состав которой может входить льдоаккумулятор. Преимущества системы: - возможность использования одной установки охлаждении на несколько резервуаров; - высокая скорость охлаждения молока (температура хладоносителя от8 °Си ниже); - выравнивание суточного графика тепловых нагрузок на холодильную установку за счет снижения «пикового» потребления холода во время доения; - снижение затрат на электроэнергию, так как аккумуляция холода происходит в ночные часы с использованием льготного ночного тарифа [23]. Рисунок 1.4. Система с косвенным охлаждением Каждая система имеет свои преимущества, но благодаря простоте обслуживания больше распространены системы с непосредственным охлаждением. С другой стороны, косвенное охлаждение при правильно организованной эксплуатации оборудования обеспечивает значительную экономию электроэнергии. Поскольку энергосберегающим технологиям придается все большее зна 11