Заключение по приводным характеристикам

Анализируя выше приведенные характеристики, делаем заключение по приводным характеристикам:

• привод нужен нерегулируемый, закрытого исполнения.

• Сепараторы работают во влажной среде.

• Сепараторы обладают постоянным и достаточно высоким приведенным к валу двигателя моментом инерции.

• Режим работы сепаратора продолжительный.

• Пуск осуществляется на холостом ходу.

Выбор электрического двигателя

Выбирают электрический двигатель, исходя из следующих условий:

1) Климатическое исполнение и категория размещения У3.

2) Способ защиты от воздействия окружающей среды IP65.

3) Конструктивное исполнение и способ монтажа IM1081.

4) По модификации (двигатель сельскохозяйственного исполнения).

5) По частоте вращения:n_ндв=1425 об/мин

6) По роду тока и напряжения (переменного тока ~I,U_н=380/220 В).

7) По мощности:

Требуемую мощность на валу электродвигателя для сепаратора определяют по формуле, кВт [ ]:

P_расч= Кз·M^׀_сномω_н/η_пер10³ , (3.20)

где М_сном^!=М_сном/i_ред–приведенный к валу двигателя номинальный момент сопротивления;

ω_н=157 рад/с – угловая скорость двигателя при номинальной нагрузке.

k_з=1,2 – коэффициент запаса мощности [ ].

P_расч= 1,29,13·157/0,9·10³=1,91 кВт

P_ндв>P_расч (3.21)

22001910, Вт

Выбираем двигатель серии 4А:

Таблица 3.5 - Технические данные двигателя серии 4А

Тип	Рн, кВт	Частота вращения, об/мин	Iном	н, %	cos	Iпуск	mпуск	mmax	mmin	Jдв кгм^2
Синхронная частота вращения 1500 мин^-1
4А90L4У3	2.2	1425	5,02	80	0.83	6	2.1	2,4	1,8	0,0056

Проверка двигателя по условиям трогания в данном случае не имеет смысла, так как пуск двигателя происходит на холостом ходу.

Проверка на перегрузочную способность, также не нужна, т.к. нагрузка сепаратора практически постоянна.

Для выбора центробежной фрикционной муфты и проверки двигателя по нагреву строим механическую и электромеханическую характеристики двигателя.

Определим угловую синхронную скорость вращения приводного двигателя:

₀=n₀/30 рад (3.22)

₀=3,141500/30=157 рад/с

Определим угловую номинальную скорость вращения приводного двигателя:

_н=n_н/30 рад/с (3.23)

_н=3,141425/30=149,15 рад/с

Определим номинальный момент двигателя:

М_н=Р_н/_нН (3.24)

где Р_н=2200 Вт – номинальная мощность приводного двигателя (Табл. 2.)

М_н=2200/149,15=14,75 Нм

Выбор центробежной фрикционной муфты скольжения

Для снижения потерь в электродвигателе при пуске сепаратор соединяется с двигателем через центробежную фрикционную муфту скольжения.

При такой конструкции электропривода за счет проскальзывания полумуфт двигатель разгоняется до выхода на рабочую часть механической характеристики почти в холостую и за короткий промежуток времени.

Помимо снижения потерь в двигателе фрикционная муфта обеспечивает плавный разгон барабана сепаратора и снижает динамические нагрузки в передачах. [ ]

Рисунок 3.5 – Фрикционная муфта

Для сокращения общей продолжительности разгона системы и продолжительности действия сниженного напряжения при пуске необходимо выбирать механическую характеристику центробежной фрикционной муфты такой, чтобы точка пересечения ее с механической характеристикой двигателя находилась за критическим скольжением. [ ]

S_сц<S_кр (3.25)

ω_сц>ω_кр(3.26)

ω_сц=135 рад/с

М_сц=28 Нм

Р_сц= ω_сц·М_сцВт, (3.27)

где Р_сцмощность передаваемая муфтой при моменте сцепления;

Р_сц=135·28=3780 Вт

Выбираем колодочную муфту с передаваемой мощностью: [ ]

Р_м=4486 Вт

3.2 Расчет внутренних силовых и осветительных сетей

Расчет внутренней силовой сети

Для питания осветительных приборов общего внутреннего и наружного освещения, как правило, должно применяться напряжение не выше 220В. Поэтому для питания осветительной сети данного здания выберем сеть с напряжением 220В.

Компоновка осветительной сети

На этой стадии проектирования решаются вопросы о месте расположения осветительных щитов, о числе групп и количестве проводов на участках сети.

При компоновке сети следует руководствоваться следующими соображениями:

Групповые щиты должны располагаться в помещениях, удобных для обслуживания и по возможности с благоприятными условиями среды. Нельзя располагать их в занимаемых кабинетах, складах и т.п. помещениях. Если управление освещением производится со щитков, то рекомендуется размещать щитки так, чтобы с места их установки были видны управляемые светильники.

Число светильников на однофазную двухпроводную группу не должно превышать 20 шт., а на двух фазную трехпроводную и трехфазную четырехпроводную – 40 и 60 шт. соответственно.

Длина четырехпроводной группы должна быть около 80 м, а трех- и двухпроводной соответственно 60 и 35 м.

В результате получаем две группы.

Далее составим расчетную схему, на которой покажем все осветительные щиты и группы, число проводов и длину групп, мощность источников света и места ответвления

Для расчета внутренней силовой сети составляется расчетная схема (рисунок 3.6).

Главный распределительный щит ПР85032 0022 с номинальным током I_Н= 100 А. На вводе щита – автоматический выключатель ВА51-39, на отходящих линиях восемь автоматических выключателей ВА51-31.

Составляем расчетную схему силовых сетей цеха переработки молока.

Рисунок 3.6 - Расчетная схема силовых сетей цеха.

1-ГРЩ – главный распределительный щит;

2-ЩУ1 – щит управления молочными насосами;

3-ЩУ2 – щит управления насосом горячей воды;

4-ЩУ3 – щит управления молочным насосом;

5-ЩУ4 – щит управления установки для пастеризациии молока ИК излучением;

6-ЩУ5 – щит управления сепаратором – сливкоотделителем и сепаратором - молокоочистителем;

7-ЩО – осветительный щит;

С целью защиты силовой электропроводки от механического повреждения и воздействия химически агрессивной среды провода прокладываются в стальных трубах.

Расчет силовой сети производится по допустимому нагреву (электрическому току) проводов и проверяется по допустимой потере напряжения.

Для определения сечения провода по допустимому электрическому току определим сначала номинальные токи расцепителей автоматических выключателей, которые защищают силовую сеть из соотношения

I_Н.РI_{раб.мах}, (3.28)

где I_Н.Р– номинальный ток расцепителя, А;

I_{раб.мах}– максимальный рабочий ток в линии, А.

Определим допустимые значения токов из соотношения

I_ДОП0,8 I_{Н Р}. (3.29)

Расчет распределительной сети.

Группа № 1

I_ДОП0,8 I_{Н Р}

I_ДОП0,8 10 = 8 А

По таблице допустимых нагрузок [24], с учетом требований по механической прочности – минимальное сечение медного провода 1,0 мм², выбирается провод сечением 1,5 мм².

В группах 2,3 и 5, аналогично выбирается провод сечение 1,5 мм².

Группа № 4

I_ДОП0,8 I_{Н Р}

I_ДОП0,8 26 = 20,8 А

Выбирается провод сечением 4,0 мм².

Выбранные сечения проводов проверим по допустимой потери напряжения из соотношения

, (3.30)

где - фактическое падение напряжения, %;

- допустимое падение напряжения, согласно [14]

во внутренних сетях 2,5 %

Фактическое падение напряжения определяется из соотношения

, (3.31)

где Р – мощность электроприёмника, кВт;

l– длина проводника, м;

S– сечение проводника, мм²

с – постоянный для данного провода коэффициент, зависящий от напряжения сети, числа фаз и материала [24]

Главный распределительный щит

< .

Условие выбора по потере напряжения выполняется.

Расчет осветительной сети

Для расчета осветительной сети составляется расчетная схема (рис 2).

Для монтажа осветительной сети выбран кабель ВВГ 1(4х1.5).

В качестве щита освещения используется ЯРН8501 с номинальным током 100 А.

3м

1..8 м

3м

75Вт

ЩО

ГРЩ

Рисунок 3.7 – Расчетная схема осветительной сети

Для защиты и управления осветительных сетей принимаем осветительный щиток ЯРН8501-с автоматическими выключателями.

Таблица 3.6 - Технические данные щитка ЯРН8501-

Тип	Тип вводного аппарата	Автоматические выключатели в групповых линиях			Степень защиты		Примечание
		тип	количество
ЯРН8501-	ВА –5131 –1420 - УЗ	ВА –1426 – 1420 - УЗ	6 1	IP54		Устанавливается на стене. Габариты

Расчет площади поперечного сечения производится по допустимой потере напряжения, выбранное сечение проверяются по механической прочности и по допустимому нагреву.

Площадь сечения проводов определяется по формуле [20]

, (3.32)

где - Сумма электрических моментов, кВт м

с – коэффициент, зависящий от напряжения сети, материала токоведущих жил и числа проводов в группе [24]

Согласно [24] допустимые потери напряжения во внутренних сетях составляют 2,5 %. На участке от силового щита до щита освещения принимаются потери напряжения 0,2 %, от щита освещения до наиболее удаленных светильников 2,3 %.

Щит освещения

Распределенную нагрузку можно заменить суммарной приложенной в центре распределенной нагрузки

Следовательно,

По механической прочности минимальное сечение медного провода 1,0 мм². Следовательно, выбираем провод сечением 1,0 мм², допустимый ток для данного провода 14 А.

Ток в группе

Следовательно, условие проверки по нагреву проходит.

ГРЩ-ЩО

Ближайшее стандартное значение 4мм², допустимый ток для этого сечения 32А.

Определим действительные потери напряжения

<

Аналогично производим расчет и выбор осветительной проводки остальных групп.

Проверка защитных аппаратов на срабатывание при однофазном коротком замыкании и по предельной отключающей способности.

Проверим кратность тока однофазного короткого замыкания у самой удаленной от силового распределительного щита РЩ1.

Внутренние сети выполнены кабелем ВВГ –1(3х1,5) Защита сетей осуществляется предохранителями ПН 2 – 100 с током плавкой вставки I_в= 80А.Завод подключен к трансформатору мощностью 160 кВА, напряжением 10/0,4кВ со схемой обмоток „звезда - звезда” с нулем к воздушной линии длинойl= 0,05 км.

При проверке защиты ток однофазного короткого замыкания определим из формулы [5]

(3.33)

где U_ф.н.= 220 В – фазное номинальное напряжение;

Z_п– полное сопротивление петли проводов фаза-нуль, Ом;

- сопротивление фазы трансформатора току однофазного к.з. Оно может быть определено приближенно при вторичном номинальном напряжении трансформатора 400/230 В по формуле: [5]

(3.34)

где S_н.т.– номинальная мощность трансформатора, кВА;

К_ст= 26 при схеме трансформатора „звезда - звезда” с нулем и номинальном первичном напряженииU_н1=.

(3.35)

где m– количество участков;

l_i– длинаi-го участка линии;

R_iф.уиR_iн.у– удельные активные сопротивления проводов наi-м участке соответственно фазного и нулевого;

Х_iп.у– удельное внешнее индуктивное сопротивление петли проводов фазный – нулевой наi-том участке (можно приблизительно принять: 0,6 Ом/км для воздушных линий; 0,5 – для внутренней проводки на якорях (изоляторах); 0,4 – для проводки на роликах; 0,15 – для проводки в трубах; 0 – для кабелей);

- удельное внутренне индуктивное сопротивление стальных проводов на i-том участке, соответственно фазного и нулевого (для проводов из цветных металлов приравнивается нулю);

R_ki– сопротивление контактов наi-том участке (можно, приблизительно принять, чтоR_ki=R_k /m);

R_k– суммарное сопротивление контактов в линии, зависящие от ее длины.

Длина ВЛ, м До 200 200…500 более 500

Значение R_к, Ом 0,02 0,25 0,03

R_ф.у=R_н.у= 1,14 Ом/км – активное сопротивление участка линии сечением 25 мм²(для фазного и нулевого провода);

R_ф.у=R_н.у= 0,412 Ом/км (провод А70);

R_к= 0,02 Ом (так как общая длина менее 200 м).

(3.36)

где m– количество участков.

Участок 1. Х_п.у= 0,6 Ом/км (для воздушной линии).

Участок 2. Х_п.у= 0 (для кабельной линии).

Сопротивление трансформатора

(3.37)

Сопротивление петли проводов „фазный - нулевой” на первом участке

Ом

на втором участке

Найдем ток к.з.:

(3.38)

>

Условие выполняется.

Проверяем предохранитель по предельной отключающей способности, исходя из условия: [5]

где I_пр.отк.– предельный отключаемый аппаратом ток, А;

- ток трехфазного короткого замыкания, А.

Напряжение в точке трехфазного короткого замыкания принимается равным нулю. Ток трехфазного короткого замыкания определим по формуле:[5]

(3.39)

где U_л– линейное напряжение (при расчетах принимают равным 400 В);

∑R_ки ∑Х_к– соответственно суммы активных и реактивных составляющих сопротивления цепи трехфазного короткого замыкания.

(3.40)

(3.41)

где R_ти Х_т– соответственно активная и реактивная составляющие полного сопротивленияZ_ттрансформатора при трехфазном коротком замыкании;

R_фи Х_ф– соответственно активное и реактивное сопротивление проводов до точки короткого замыкания.

Значения параметров Z_т,R_ти Х_топределим по формулам:

(3.42)

(3.43)

(3.44)

где S_н– номинальная мощность трансформатора, ВА;

И_к % - напряжение короткого замыкания трансформатора;

∆ Р_м– потери короткого замыкания трансформатора, Вт.

∑R_к= 0,016+0,067 = 0,083 Ом/км.

∑Х_к= 0,041+0,03 = 0,071 Ом/км.

>

Условие выполняется.

4 Разработка установки для пастеризации молока инфракрасным излучением

4.1 Анализ литературных источников по пастеризации молока. Обоснование выбранного варианта

Высокотемпературная обработка молока.

Высокотемпературная обработка молока проводится с целью его обеззараживания от микробов и продления срока хранения. Она также обеспечивает высокие вкусовые качества продукта. В молочной промышленности применяют два вида высокотемпературной обработки - пастеризацию и стерилизацию.

Пастеризация молока — нагревание молока до температуры не выше 100°С с той или иной выдержкой. Свое название этот процесс получил по имени французского ученого Л. Пастера, который впервые установил губительное действие на микробы высоких температур и применил их для обработки продуктов с целью сохранения.

Пастеризуют молоко в хозяйстве в том случае, если его отправляют сразу же в торговую сеть, в столовые, детсады, ясли, а также при заболевании или подозрении на заболевание животных. Пастеризация убивает вегетативные формы бактерий, при этом споровые не уничтожаются.

Применяют различные типы пастеризационных установок и режимы пастеризации. Однако любой режим пастеризации должен гарантировать гибель бактерий. В то же время температура пастеризации в сочетании с длительностью ее воздействия не должна оказывать сильного влияния на физико-химические, биохимические и биологические свойства молока. Пастеризация может быть длительной, кратковременной и моментальной.

Длительная пастеризация – нагревание молока до температуры 63-65°С с выдержкой 30 мин, кратковременная – нагревание до температуры 72-76°С с выдержкой 15-20 с и моментальная пастеризация – нагревание молока до температуры 85-90°С без выдержки.

Эффективность пастеризации выражается в процентах и характеризуется отношением числа бактерий, уничтоженных пастеризацией, к количеству бактерий, содержащихся в исходном сыром молоке. Применяемые в настоящее время режимы пастеризации обеспечивают уничтожение 99,98 % бактерий и не придают молоку привкуса перепастеризации. Эффективность пастеризации зависит от бактериальной обсемененности молока и содержания механических примесей в виде слизи. Наименьшие изменения в физико-химических свойствах молока наблюдаются при длительной и кратковременной пастеризации.

Применение ИК и УФ излучения для пастеризации молока.

Промышленная технология молочного животноводст­ва предусматривает получение высококачественного мо­лока по содержанию белка, жира, сахара, витаминов, химическому составу, а также бактериальной загрязнен­ности. В настоящее время широкое применение получила термическая (тепловая) обработка молока. Неудовле­творительная сохранность питательных свойств молокапри тепловой обработке и значительные затраты на нее послужили основанием для поиска новых способов; наи­более перспективным из них является применение ИК и Уф излучения.

Первые промышленные аппараты для обработки мо­лока с применением ИК и Уф излучения и эксперимен­тальная проверка этого способа показали значительную экономическую эффективность и высокое качество обра­ботки молока [37].

Молоко представляет собой дисперсную среду слож­ного состава. Обработка молока в обычной среде сопро­вождается поглощением компонентов и запахов из воз­духа в результате большой способности молочного жира поглощать различные летучие вещества. Наилучший эффект получается при обработке молока без доступа воздуха, поэтому облучение молока ИК и УФ излучением осуществляется в тонком слое под вакуумом.

Обработка молока ИК-излучением сопровождается повышением температуры всей массы. При неболь­шом расстоянии от источника до поверхности облучения ИК-излучение практически не поглощается воздухом. Интенсивность уничтожения вредных микроорганизмов ИК-излучением с повышением температуры возрастает.

Ультрафиолетовое облучение молока осуществляется в основном с целью повышения содержания витами­на D₃. Однако при обработке молока УФ-излучением возможно частичное разрушение витаминов В1, В2, С, а также образование токсичных веществ и денатурация белка, поэтому необходимо обеспечение строго опреде­ленных доз облучения.

Наиболее перспективны аппараты УФ- и ИК-облучения молока закрытого типа, предусматривающие огра­ничение потока молока и обеспечивающие турбулентный режим движения жидкости, способствующий лучшему перемешиванию всей массы молока. Использование этих аппаратов дает возможность при расчетах пользоваться средней облученностью по сечению потока молока, сред­ней скоростью движения его и определять степень отми­рания бактерий в процессе облучения по усредненному значению этих величин и времени облучения. Аналогич­ные упрощения достигаются и при расчете количества образующегося витамина D₃. В аппаратах закрытого типа устраняется воздействие на молоко озона воздуха, загрязнение микроорганизмами, находящимися в окру­жающей среде, потеря влаги, а также обеспечивается возможность без разборной промывки и дезинфекции си­стемы.

Обработка молока УФ- и ИК-излучением имеет пре­имущества перед термической обработкой, так как для осуществления процесса не требуется котлов-парообразователей, отдельных помещений и устраняется опас­ность взрыва.

Проведенный анализ опубликованных в литературе конструктивных схем устройств для обработки молока оптическим излучением позволяет классифицировать их по конструктивным и технологическим признакам на аппараты одностороннего, двустороннего и внутреннего воздействия. Для обработки молока оптическим излуче­нием наиболее эффективны устройства внутреннего воз­действия, предусматривающие центральное размещение источника внутри аппарата и ограничение толщины слоя обрабатываемого молока. Такое конструктивное решение обеспечивает максимальное использование потока источ­ника и равномерное облучение продукта единичным источником излучения, а также возможность безразбор­ной циркуляционной промывки аппарата.

Были проведены испытания установки «Актинизатор» производительностью 500 л/ч. В результате этих исследований установлено, что при времени пребывания моло­ка в зоне ИК-нагрева 2,8—3,4 с и температуре 358 К эффективность пастеризации составляет 99,83—99,09%,а длительность хранения обработанного при таком ре­жиме молока в холодильнике (278 К) 8—10 сут; при комнатной температуре (293 К) 36—60 ч. Энергозатраты на облучение составили 17,8—18,6 Вт-ч/л.

При исследовании оптических характеристик основных элементов картера ИК-излучения (установки «Актинизатор») было определено, что наибольшие значения спектральных коэффициентов отражения трубки соответ­ствуют области коротковолнового ИК-излучения. Прямого пропускания излучения материалом трубки в области спектра от 750 до 10000 нм обнаружить не удалось. Это позволяет считать, что процессы пастеризации молока в «Актинизаторе» и теплообменных аппаратах аналогич­ны. Только роль основного теплоносителя выполняет тепловая энергия, выделяемая трубкой в результате поглощения ИК-излучения источника, тах которого находится вблизи длины волны 2720 нм. Вместе с тем устрой­ства, предусматривающие непосредственнее воздействие на молоко, должны быть более эффективны. Поэтому для изготовления ИК-пастеризаторов сочли несообразным использовать оптически прозрачное стекло, например,из плавленого кварца, обладающего хорошей нагревостойкостыо и довольно высоким коэффициентом пропу­скания (до 90%) в области спектра от 750 до 3500 нм. Излучение с длинами волн более 5000 нм кварцевое стекло не пропускает. Следовательно, эффективная обра­ботка молока ИК-излучением может быть обеспечена преимущественно в области спектра от 750 до 3500 им. Поэтому для разработки ИК-пастеризатора молока не­обходимо иметь данные по оптическим свойствам молока в области спектра от 750 до 5000 нм.

Классификация установок для ИК и УФ облучения молока.

Обработку молока осуществляют аппаратами с односторонним, двусторонним облучением и с источником, расположенным в потоке молока.

Аппараты с односторонним облучением бывают открытые и закрытые без ограничения толщины слоя молока, а также закрытые с ограничением поперечного сечения потока. Самые первые из них, разработанные Гиорги (1925), Хессом (1926) и Говеном (1926), стерилизовали и обогащали молоко витамином Дз в толстом неподвижном слое. Лучший эффект давало его перемешивание.

В 30-х годах зарубежными исследователями Шоллем(1927), ШейДом (1928) и Веттером (1928) была доказана возможность получения на промышленной основе антирахитного молока. Их работами было положено начало созданию аппаратов, обрабатывающих УФ излучением поверхностный слой молока при его движении по наклонному лотку.

Молоко представляет собой сложную среду, которая поглощает излучение. Облученность по мере прохождения в толщу молока уменьшается, что может сильно влиять на качество обработки Стремление его улучшить привело к созданию аппаратов, обеспечивающих обработку молока в тонком слое, перемещающемся по наклонной (рис. 3, а) или вертикальной гофрированной поверхности (рис 3,6), а также по вращающимся плоскостям (рис 3, в) через отверстия, выполненные по оси вращения. Чтобы повысить производительность, были изготовлены устройства с двумя гофрированными вертикальными поверхностями, над которыми располагались источники излучения. Задача более полного использования энергии излучения была решена в аппаратах с сеткой на рабочей поверхности (рис. 3,д).

Аппараты открытого исполнения имеют ряд существенных недостатков. Необходима защита обслуживающего персонала от озона, появляющегося в результате воздействия УФ излучения. Продукт повторно обсеменяется взвешенными в воздухе микроорганизмами, из молока испаряется часть влаги и теряется тепло. Интенсивность испарения зависит от величины рабочей поверхности аппарата, температуры молока и окружающего воздуха, влажности и скорости движения последнего. По мере снижения температуры молока уменьшаются его потери, а когда она ниже 20° С, молоко поглощает влагу из воздуха и приобретает запах вследствие способности молочного жира адсорбировать летучие вещества (особенно при УФ облучении). При ИК источниках потери тепла конвекцией и излучением зависят от поверхности облучения, а у рассматриваемых установок они относительно большие. С точки зрения снижения потерь надо уменьшить поверхности, но при этом необходимо учитывать и технологические требования, предъявляемые к аппаратам для обработки молока излучением.

Существенное значение имеют также потери энергии излучения из-за его отражения от облучаемой поверхности. Если источники находятся над ней, то для более полного использования потока делают отражатели, материал которых имеет существенное значение.

В устройствах открытого типа без ограничения толщины слоя молока устанавливают ламинарный режим движения, чтобы оно не разбрызгивалось и не нарушалась нормальная работа. Но при этом верхний слой облучается значительно больше, чем нижний, что снижает эффективность обработки. Слой молока в таких устройствах толще слоя полного поглощения УФ и ИК излучений. Интенсифицировать процесс путем увеличения скоростей и уменьшения габаритных размеров нельзя.

С позиций устранения указанных выше недостатков более благоприятна обработка молока в аппаратах закрытого исполнения, особенно с вращающимся диском (рис. З.е), снижающим толщину слоя молока.

Как показала практика, целесообразно ограничивать поперечное сечение потока молока и создавать турбулентный режим его движения, способствующий лучшему перемешиванию отдельных слоев. Это позволяет при расчетах пользоваться средними величинами облученности по сечению потока молока, скорости движения и степени отмирания бактерий. Упрощается также определение количества образующегося витамина Дз. В таких аппаратах исключаются воздействие на молоко озона воздуха, загрязнение микроорганизмами из окружающей среды и потеря влаги. Помимо этого, можно без разборки промывать и дезинфицировать системы. В качестве примера может служить конструкция (рис. 3, ж) с размещенным между кварцевыми трубками источником излучения. Этот аппарат нашел применение в установках фирмы «Актини Франс». Но в данном устройстве энергия излучения используется не полностью.

Эта задача решена в аппаратах с двусторонним облучением, которые имеют такие же виды исполнения, как и с односторонним (рис. 4). В открытых установках рабочая поверхность сделана в виде вертикальной плоскости (рис. 4, з) или гофрированной сетки , в верхней части которой, находится распределительное устройство с отверстиями, а в нижней — приемная емкость. Источники размещаются с двух сторон. При стекании молока тонким слоем обеспечивается более полное проникновение излучений в его толщу. Аналогичным образом выполнены аппараты с совмещенными гофрированными оптически прозрачными пластинами (рис. 4,и). Закрытые аппараты с геометричным корпусом, работающие без ограничения толщины слоя молока (рис. 4.с), менее

Рисунок 4.1. Конструктивные схемы аппаратов для. обработки молока ИК и УФ излучением

эффективны, чемустройства с ограничителями.Кпоследнему типу относится аппарат с УФ излучением, в рабочее пространствокоторого вмонтирован змеевикизувиолевогостекла и устройство (рис 4 м) с оптически прозрачными пластинами, между которыми течет жидкость, и источниками излучения, размещенными по периферии. УФоблучательможно выполнить в виде змеевика (рис 4,к) с оптически прозрачной трубкой для пропуска молока. Подобно этому аппарату изготовлено устройство для активизации (рис 4, о) с источником ИКизлучения изнихромовойпроволоки, навитой на кварцевую трубку, в которой движется молоко. Для более полного использования энергии излучения предусмотреныотражатели, несмотря на преимущество рассмотренных аппаратов, заключающееся в более полном воздействии излучениянаслой молока, им присущи недостатки устройства с односторонним облучением. Если источники находятся внутри потока молока, то обеспечивается полное использование облучения. Такие установки бывают только закрытыми без ограничения толщиныслоя молока и с ограничением. Устройство (рис 4,i) с дозирующей камерой(кольцевой канал) имеет несколько меньший диаметр, чем камера облучения в зоне облучения обеспечивается бесконтактная обработка молока. Расположение лампы в центре кольцевого потока позволяетполнее использоватьэнергиюизлучения. Чтобыулучшить качество обработки продукции, источникицелесообразно размещать между гофрированнымипластинами (рис 4,р)Однако при этом увеличиваются потериэнергии,посколькуона поглощается чехлом и колбами ламп. Источники излученийнеобходимо заключатьв оптически прозрачные чехлыво всех устройствах безограничениятолщиныслоя, так как вслучае деформациибаллона лампывозможно заражение молока ртутью.

Неблагоприятное воздействиетемпературного поляна молоко в процессе УФ облучения устраняется с помощью охлаждающей жидкости (рис 4,с), котораяпротекает по каналам, образованным между корпусом аппарата и гофрированным цилиндром. Более производительны устройствас несколькими лампами в кварцевомчехле,но им свойственнынедостатки аппаратов, выполненных по предыдущей схеме (рис 4,р).

Эффективно устройство, представляющее собойвращающийсяконус с источником излучения,на внутреннююповерхность которого поступает через распределитель молоко, с герметическим кожухом и коммуникациями для подачи и отвода молока и инертныхгазов (рис 4, т). Благодаря силам— центробежным и тяжести, а также «Кориолисовому» ускорениюмолоко движется тонким слоем, и егоотдельныечастицыперемешиваются.Однако и здесь равномерность облучения недостаточна. Излучение лучше поглощается при использовании аппарата с ограничением поперечногосечения потока и источником внутринего (рис 4,у) Но в этом случае нарушается температурный режим источника из-за непосредственного воздействия молока на колбу лампы.

Пастеризация молока с помощью инфракрасного излучения.

Анализспособов обработкимолока с применением электрической энергиипастеризация прямого действия, ультрафиолетовое облучение,использование ультразвука, импульсных разрядов высокогонапряжения и др.показал, чтонаиболее перспективна с точкизрения экономичности, простотыикачества получаемогопродуктапастеризация инфракрасным(ИК)излечением.Онаоснованана облучении потока молока электромагнитными волнами ИКобластиспектра, обеспечивающимиоднородностьтемпературыво всем объеме. Высокие интенсивность облучения и к п. д. (до 98%), возможность жесткофокусироватьлучистыйпотокиселективнообрабатывать продуктприсоответствующем подборе длинволи, проникающая способность ИКизлучения и другие его особенностипозволяют интенсифицировать иупроститьтехнологиюпроцесса, а также эксплуатацию оборудования благодаря полнойавтоматизации.

Мощность, потребная на ИК пастеризацию I л молока, составляет 12—16 Вт, в то время как при использовании теплообменных аппаратов она равна 30—40 Вт. При этом приведенные затраты снижаются примерно в 1,5 раза. Исследования бактерицидного действия ИК облучения при пастеризации, проведенные фирмой «Актини Франс», бельгийскими и греческими учеными (Тептон—1961 г.; Папаргирис—1962; Пападопулос—1962 г), показали, что молоко после обработки не теряет вкуса и отвечает самым строгим санитарным требованиям. Оценка качества молока после ИК пастеризации по некоторым бактериологическим, химическим и биохимическим показателям под1вррдила положительный эффект ИК облучения (Кеилинг—1950 г; Штрафуя И П—1965; Гизатулин В. Г., Баранов H. Н—1971; Гизатулин В. Г, Муругов В. П.—1972, Герцен Е. И. и др.—1973 г). Однако пока еще отсутствуют исчерпывающие данные о воздействии ИК излучении на физико-химические свойства молока, что сдерживает внедрение рассматриваемого способа пастеризации в производство.

Были изученыоптические характеристикимолока, а также кварца как материала, непосредственнопередающего энергиюИК излучения от источника к молоку, и спектральные характеристикиИКоблучателяс целью такогоих согласования, которое быобеспечило интенсивнуюобработкумолока приэффективномиспользовании электрической энергии.Кроме того, были установленыосновныетехнологические показатели ИКпастеризации и энергетические характеристики процесса облучения. При этом оцениваликачество молока.

В процессе пропускания нормализованногомолока жирностью3,2%через спектр былоустановлено, что энергия ИКизлучения эффективно используется примаксимальной спектральнойинтенсивностидлиныволны, приходящейсянаобласть спектра 2,9—3,2мкм,что соответствует наибольшемупоглощениюИКизлучения молоком. Поэтому источником ИК облучения служила спираль из нихромовогопровода, укоторогоmaxпадаетна область 2—5мкмв зависимости от токанагрузкиприоптимальныхусловиях эксплуатации.

Цилиндрические отражатели изполированного алюминияпозволяют снизить рассеивание энергии ИКизлучения и повысить эффективность использования электрической энергии источникадо 95%.

Плавленоекварцевоестеклопрозрачно для ИКизлучений с длиной волныдо 4 мкм, т.е.для полосыволн, воздействиюкоторыхдолжноподвергатьсямолоко приэффективномего нагреве.Целесообразноиспользоватьстеклотолщиной 2—2,5 мм, так каконо обладает достаточнойпрочностьюиспектральнойпрозрачностью(93—95%) вдиапазоне до 3,5 мкм. Нагревкварца в процессепропусканияИК излучений незначителен, поэтому молоко непригорает у поверхноститрубок.

Теоретический анализ возможных путей воздействия излучения на молоко при его обработке с учетом основ­ных закономерностей воздействия оптического излучения на различные объекты и физических свойств и состава молока позволил прийти к выводу, что эффект пастери­зации обусловлен в основном тепловым воздействием на продукт при обработке молока ИК-излучением. Он определяется поглощенным потоком ИК-излучения.

4.2 Расчет установки ИК пастеризации молока.

Установка для пастеризации молока ИК излучением предназначена для электротермической обработки потока молока. Так же возможна обработка жидких пищевых продуктов: воды, фруктовых и овощных соков, вина и других не пенящихся и не газосодержащих продуктов, с целью обеспечения их длительной сохранности без снижения питательных и вкусовых свойств, при использовании инфракрасного излучения (нагрева).

Устройство и принцип работы пастеризатора. 

В состав установки входят:

1. Уравнительный бак-накопитель с поплавковым регулятором жидкости.

2. Центробежный насос.

3. Пластинчатый теплообменный аппарат (регенератор – охладитель).

4. Секция инфракрасного нагрева.

5. Шкаф управления и автоматизации технологическим процессом.

6. Рама.

7. Соединительная трубопроводная арматура.

8. Приборы визуального контроля.

Пастеризатор смонтирован на раме из нержавеющей стали. На верхнем основании рамы установлена и закреплена снизу на болтах секция ИК нагрева, которая предназначена для обработки продукта в закрытом потоке ИК излучением.

Обрабатываемый продукт последовательно перемещается через систему из десяти труб. Первые две трубы изготовлены из нержавеющей стали, продукт, протекая по ним, поглощает избыток конвективного тепла выделяемого нагревательными элементами секции. Остальные восемь труб являются непосредственно нагревателями. Они изготовлены из кварцевого стекла. На наружной поверхности каждой трубы намотан нихромовый провод, который при протекании через него электрического тока нагревается до температуры 800 °С и становится источником ИК излучения.

Каркас секции ИК нагрева заключен в съемный теплоизолирующий кожух. Внутренние стенки кожуха являются отражателями ИК излучения. На выходе секции ИК электронагрева стоит электронный регулятор температуры для регулирования температуры. Непосредственно под секцией ИК нагрева на промежуточном основании рамы смонтирован пластинчатый теплообменник (регенератор-охладитель). Он предназначен для регенерации тепла пастеризованного молока и его последующего охлаждения.

С левой стороны на основании рамы пастеризатора установлен уравнительный бак накопитель с поплавковым регулятором уровня жидкости. Бак предназначен для регулировки равномерности подачи молока в гидросистему.

С правой стороны на основании рамы установлен электрический шкаф, со встроенными приборами контроля и автоматизации технологического процесса.

На нижнем основании рамы смонтирован центробежный насос.

Рисунок 4.2. – Электропастеризатор с инфракрасным нагревом

Эксплуатация пастеризатора.

При использовании пастеризатора ИК излученеия сначала пропускают воду, чтобы установить исправность всех узлов, затем промывают, а перед пастеризацией молока стерилизуют, поставив пульт управления в положение «стерильно». Воду пропускают в течение 10-15 минут, температура ее должна быть 85-90°С. После стерилизации регулятор ставят на соответствующую температуру пастеризации, а все приборы пульта – в положение автоматического управления процессом. Во время этого подают молоко в уравнительный бак с помощью насосов. Из уравнительного бака молока самотеком поступает в секцию ИК нагрева. Обязательным условиемнормальной работыустановкиявляетсянепрерывностьподачимолока через аппарат.

По окончании работыс целью удаленияальбумина иглобулина с теплообменныхпластинпроводятциркуляционнуюмойкупастеризатора в течение 15— 20 минут1,5—2%-ным растворомкаустической соды,температуракоторого 60—65°С, после чего аппаратпромывают горячей ихолоднойводой (10—15 мин).Дляудаления молочного камня с теплообменных пластинпримерно в течение 15 минутпропускают 1—2%-ный раствор азотнойкислоты,которыйнагревают до 65—70°С, а затемаппаратпромываютхолодной водой(15—30 мин). При необходимости аппарат разбирают и чистятщетками.Послесборкиаппаратциркуляционнопромывают горячим растворомкаустической соды, затем -горячейи холодной водой.

Расчет основных параметров установки.

Исходные данные:

Q=1000 л/час =0.278 10^-3м³/с – производительность установки;

T_вх=40^оС – температура молока на входе в пастеризатор;

T_вых=85^оС - температура молока на выходе из пастеризатора;

=0.9 – КПД установки;

Начальная температура молока на входе в пастеризатор T_вх=40^оС, чтобы достичь температурыT=70^оС , молоко циркулирует по замкнутому контуру в секции ИК нагрева. При достижении заданной температуры пастеризацииT_вых=85^оС, электрогидравлический клапан открывает проход молоку из секции ИК нагрева в регенератор – охладитель, где происходит теплообмен от пастеризованного молока сырому сT_вх=40^оС.

Определим необходимый тепловой поток для нагрева молока с 70 до 85 ^оС:

Ф=С *Q*(T_вых-T_вх), (4.1)

где Ф – тепловой поток, Вт

С=3.92 кДж/кг ^оС – удельная теплоемкость молока;

=1028 кг/м²– плотность молока;

Ф_паст=3.92 *10^-3* 0.278*10^-3*1028 (85 - 70)=16804 Вт

Определим тепловой поток, выделяемый при теплоотдаче молока в регенераторе-охладителе с 85 до 42 ^оС:

Ф_{рег-охл}=3.92 10^-3 * 0.278 * 10^-3 *1028 (42 - 85)=48172 Вт

Тепловой поток, отдаваемый молоку в регенераторе-охладителе при его нагреве с 40 до 70 ^оС:

Ф_{подогрева}=3.92 * 10-3 * 0.278 * 10-3 *1028 (70 - 40)= 33608Вт

Коэффициент регенерации теплового потока:

(4.2)

Т.е. 69 % теплового потока в установке ИК излучения регенерируется, а следовательно 31 % тепла составляют потери в установке и остаточный тепловой поток.