Диаграмма температур нагрева молока и длительности выдержки.
Это отношение Кук назвал критерием Пастера:
(2.22)
Критерий Pа = 1 в том случае, если ∫dфф = фn , т.е. фактическое суммарное время воздействия различных температур равно расчетному. В пастеризаторах длительного и кратковременного воздействия на молоко в качестве источника тепла используется горячая вода, в пастеризаторах мгновенного действия - насыщенный пар. Для любого типа пастеризаторов их тепловая производительность:
G = Qмсм(tкм - tнм) = kFΔtcp , (2.23)
где, для водяных пастеризаторов:
(2.24)
и для паровых:
(2.25)
поскольку температура конденсации пара – постоянная величина и в начале и в конце аппарата.
Откуда полная теплообменная площадь пастеризатора:
(2.26)
или для паровых пастеризаторов:
(2.27)
где, для парового пастеризатора k ≈ 2500 ккал/м2 .ч.град = 105 МДж/м2 .ч.град.
Количество пластин в секции пластинчатого пастеризатора:
(2.28)
где: fпл – рабочая поверхность одной пластины.
Расход горячей воды или пара на пастеризацию (нагрев) молока определяется из условия теплового баланса:
(2.29)
где: i1 — теплосодержание горячей воды или пара, Дж/ кг;
i2 — теплосодержание отработавшей воды или конденсата, Дж/ кг;
η - тепловой КПД пастеризатора.
В пастеризаторах мгновенного действия с вытеснительным барабаном молоко под действием составляющей центробежной силы поднимается снизу вверх по параболоидной поверхности барабана. В верхней части барабана имеются лопасти, под действием которых молоко нагнетается в трубопровод.
Напор, развиваемый лопастями:
(2.30)
где: v – окружная скорость лопастей барабана.
Развиваемый напор может расходоваться на преодоление гидравлических сопротивлений молокопровода и геодезический подъем молока. Если учесть, что v = 2πrn, где r — радиус лопастей барабана, потребную частоту вращения барабана для преодоления гидравлического сопротивления, равного Н, можно определить по формуле:
(2.31)
Суммарная мощность на привод пастеризатора определится:
N = Nбар + Nсопр (2.32)
где: Nсопр – мощность на преодоление гидравлического сопротивления, равная Nсопр = g Qм Н Вт,
Nбар – мощность на привод барабана Nбар = P v Вт, где Р — окружное усилие на привод барабана, при установившемся движении предопределяется силами трения в подшипниках.
Обычно мощность на преодоление сил трения в подшипниках учитывается коэффициентом полезного действия.
(2.33)
2.6. Расчет регенеративных теплообменников
После пастеризации молоко охлаждают до температуры, обеспечивающей его сохранность (5...8°С). Чтобы снизить расход холода, на первой ступени его охлаждают молоком, поступающим на пастеризацию. При этом одновременно снижается расход теплоты на пастеризацию, поскольку в пастеризатор поступает молоко уже предварительно подогретое. Процесс предварительного подогрева исходной жидкости теплотой охлаждаемой жидкости называется регенерацией теплоты.
Количество теплоты, полученной молоком, идущим на пастеризацию:
Gp = Qмcм(tp м - tн м) (2.34)
Количество теплоты, необходимой для пастеризации молока, определяется уравнением (2.23).
Отношение количества теплоты, полученной в регенераторе, к количеству теплоты, потребной для пастеризации, называется коэффициентом регенерации:
(2.35)
