Устройство лабораторного гомогенизатора

Лабораторный гомогенизатор (Рис.5) состоит станины 1, представляющей собой металлическую плиту на четырех опорах, на которой расположены привод (двигатель 2 и червячный редуктор 3), плунжерный насос 4, плунжерный блок 5 и соединенная с ним одноступенчатая гомогенизирующая головка 6. Сверху плунжерного блока установлена воронка 7 для приема продукта, а снизу патрубок 8 для вывода гомогенизированного продукта. Плунжерный блок дополнительно оснащен манометром 9, необходимым для контроля за давлением гомогенизации, и предохранительным клапаном 10, обеспечивающим защиту блока от чрезмерного повышения давления, вследствие попадания в гомогенизирующую головку посторонних твердых частиц, блокирующих дальнейшее продвижение продукта. В этом случае продукт, отжимая подпружиненную пяту в предохранительном клапане, выходит наружу через образовавшийся в нем проход.

Рис.5 Лабораторный гомогенизатор

1 – станина, 2 – электродвигатель, 3 – червячный редуктор, 4 - плунжерный насос, 5 - плунжерный блок, 6 - гомогенизирующая головка, 7 – приемная воронка, 8 – патрубок для вывода продукта, 9 – манометр, 10 - предохранительный клапан.

 

Рис.6 Общий вид лабораторного гомогенизатора

Плунжерный насос (Рис.7) имеет один толкатель 4, приводимый в движение с помощью кривошипно-шатунного механизма 1, 2, расположенного в масляной ванне – картере. Для обильной смазки трущихся частей предусмотрен дисковый разбрызгиватель масла 3.

Рис.7 Плунжерный насос (вид сверху)

1 – кривошип, 2 - шатун, 3 – разбрызгиватель масла, 4 – толкатель.

 

Гомогенизирующая головка (Рис.8) состоит из седла клапана 1, клапана 2, штока 4, пружины 5 и винта 6 для регулирования давления гомогенизации путем сжатия пружины

Рис.8. Гомогенизирующая головка в разобранном виде

1 - седло клапана, 2 - клапан, 3 – выходной патрубок, 4 – шток, 5 – пружина, 6 - регулировочный винт

При сборке гомогенизирующей головки пружина 5 полностью входит в цилиндрический корпус регулировочного винта 6, а клапан 2 своей конической поверхностью полностью размещается во внутренней конической расточке седла 1 (Рис.9а). При этом, шток 4, поджимаемый пружиной 5, свободным концом упирается в торцевую поверхность клапана 2, обеспечивая тесный контакт последнего с седлом 1. Нагнетание продукта происходит через внутреннее отверстие седла клапана 2 (Рис.9б).

 

Рис.9. Размещение клапана внутри седла

Методика проведения работы

1. Перед включением гомогенизатора следует:

- убедиться в отсутствии на нем посторонних предметов, а в приемном устройстве (воронке) – какой-либо жидкости;

- убедиться в наличии под выходным патрубком емкости для приема жидкости;

- проверить наличие масла в картере плунжерного насоса;

- измерить диаметр плунжера;

- разобрать запасную гомогенизирующую головку и выполнить сборочный чертеж и деталировку с указанием необходимых размеров;

- выполнить кинематическую схему гомогенизатора.

2. Произвести пробное (вхолостую) включение гомогенизатора
и убедиться в отсутствии посторонних звуков, в противном
случае следует выключить гомогенизатор и обратиться к
ведущему преподавателю или учебному мастеру.

3. С помощью мерной линейки и секундомера определить длину хода плунжера и частоту вращения кривошипа.

4. Затянуть винт гомогенизирующей головки и заполнить воронку гомогенизатора модельной жидкостью (эмульсией).

5. Довести давление гомогенизации путем регулировки винтом до величины, указанной преподавателем.

6. По окончании регулировки давления гомогенизации дождаться полного истечения жидкости из воронки и выключить гомогенизатор.

7. Залить в мерную емкость модельную жидкость в количестве, заданном преподавателем.

8. Измерить начальную температуру жидкости

9. Одновременно включить гомогенизатор и секундомер.

10. При полном истечении жидкости из воронки одновременно выключить гомогенизатор и секундомер.

11. Измерить конечную температуру жидкости.

12. Повторить 2 раза аналогичные измерения при других значениях давления гомогенизации, заданных преподавателем.

Все результаты измерений и расчетов занести в протоколы № 1 и 2.

 

Протокол № 1 измерений и расчетов

Диаметр плунжера, мм
Ход плунжера, мм
Частота вращения кривошипа, с^-1
Электродвигатель тип… - мощность, кВт - частота вращения, с^-1 (об/мин)
Габариты гомогенизатора, мм - длина -ширина -высота

 

Протокол № 2 измерений и расчетов

Объем жидкости, л
Температура жидкости до гомогенизации, ^оС
Номер измерений
Давление гомогенизации Р, МПа
Длительность гомогенизации, с
Температура жидкости после гомогенизации t г, оС
Действительная производительность, л/ч

 

Обработка полученных данных

Теоретическая производительность гомогенизатора равна:

М = 60 f S n z η,

где М - производительность плунжерного насоса, м³/ч;

f - площадь сечения плунжера м²;

S - ход плунжера м;

n - число оборотов коленчатого вала в минуту;

z - количество плунжеров;

η - объемный к.п.д. насоса (η = 0,8).

 

Повышение температуры продукта можно определить по формуле:

где ∆t - повышение температуры продукта, ^оС

Р - давление гомогенизации, Па;

ρ - плотность продукта. ρ = 1031 кг/м³;

с - удельная теплоемкость продукта, с = 3885 Дж/(кгоС).

 

Мощность, необходимая для гомогенизации молока, равна:

где N - мощность, Вт;

η- механический КПД гомогенизатора (η =0,75).

По полученным данным следует построить график зависимости температуры гомогенизируемой жидкости t _г от давления гомогенизации Р.

Вопросы для самопроверки

1. Назначение гомогенизации

2. Сущность процесса гомогенизации

3. Объекты гомогенизации

4. Устройство и принцип действия клапанного гомогенизатора

5. Основы расчета клапанных гомогенизаторов

Лабораторная работа № 6 Изучение конструкции пластинчатого охладителя

Цель работы:

- изучить устройство и принцип действия пластинчатых теплообменников;

- определить геометрические параметры пластинчатого охладителя;

- расчетным путем определить технологические параметры пластинчатого охладителя.

Приборы и инструменты: штангенциркуль, линейка

(рулетка)

Рекомендуемая литература: 1, 2, 4, 5, 9

Общие сведения

Пластинчатые теплообменники благодаря своей компактности,
высоким теплотехническим показателям, а также большой
производительности относятся к наиболее совершенным

теплообменным аппаратам. И поэтому они нашли широкое применение в пищевых отраслях для тепловой обработки (нагрева, охлаждения, пастеризации и стерилизации) таких жидкостей, как молоко и молочные продукты, фруктовые и ягодные соки, пиво, вина и др. напитки.

Пластинчатые аппараты способны легко разбираться с целью перекомпоновки пластин и их ремонта, что является преимуществам перед остальными конструкциями.

Теплообменной поверхностью в аппарате является набор пластин, изготовленных путем штампования из нержавеющей стали толщиной 0,7 – 1 мм.

Пластины (Рис.10) имеют рифленую (гофрированную) поверхность, благодаря которой жидкость течет по ее

поверхности в

Рис.10. Пластины:

а) ленточно-поточная, б)сетчато-поточная 1 – малая прокладка, 2 – большая прокладка турбулентном режиме, что, в свою очередь, существенно повышает эффективность теплопередачи. Кроме того, волнообразный профиль пластины увеличивает ее поверхность теплообмена.

Рифли на пластинах имеют треугольную форму и расположены на поверхности пластин по разному. Пластины, у которых рифли расположены горизонтально, называются ленточно-поточными (Рис.10а). У сетчато-поточных пластин (Рис.10б) рифли расположены под наклоном – «елочкой».

Наиболее распространенными являются ленточно-поточные пластины типа П-1, П-2 и П-3, имеющие поверхность теплопередачи соответственно 0,15; 0,21; 0,42 м².

Ленточно-поточные пластины при сборке их в пакет образуют извилистые каналы (Рис.11), по которым поочередно текут обрабатываемая жидкость и рабочая среда.

Рис.11. Турбулизация потоков жидкостей в каналах ленточно-поточных пластин

Сборка в пакет сетчато-поточных пластин осуществляется по-иному. За пластиной с наклонными рифлями «елочкой» вверх следует пластина с рифлями «елочка» вниз. Такое расположение пластин увеличивает их жесткость, поэтому при высоких давлениях жидкостей внутри каналов предотвращает их прогиб. Кроме того, взаимное пересечение рифлей усиливает турбулизацию потока жидкости, что интенсифицирует процесс теплообмена.

По углам пластин расположены отверстия для прохода жидкостей, которые во избежание смешивания потоков жидкости изолированы малыми прокладками, огибающих их контур. Герметичность межпластинных каналов достигается за счет больших прокладок, приклеенных по контуру пластин.

Угловые отверстия при сжатии пластин образуют четыре горизонтальных канала, два из которых (верхний и нижний) предназначены для продвижения продукта, а остальные два канала – для рабочей среды.

Продукт, двигаясь по одному из каналов, например, по верхнему (Рис.12) одновременно растекается сверху вниз по межпластинным, например, по четным каналами и выходит через нижний горизонтальный канал.

Рис.12. Схема движения жидкостей в межпластинных каналах.

Рабочая среда подается навстречу продукту по нижнему каналу и одновременно растекается снизу вверх по нечетным межпластинным каналам, а затем выходит через верхний горизонтальный канал. Таким образом, благодаря чередованию в каналах рабочей среды и продукта, последний подвергается тепловой обработке с двух сторон.

Собранный из пластин теплообменник может иметь одну или несколько секций. Например, для охладителей молока достаточно одной секции, в которой происходит только процесс охлаждения молока, например, ледяной водой. При производстве питьевого молока применяются пластинчатые теплообменники, состоящие из 3 -4-х секций, в которых последовательно проводятся такие тепловые процессы, как подогрев, пастеризация и охлаждение продукта.

Секции для сообщения между собой или с иным оборудованием, входящим в состав технологической линии, разделены плитами, в которых имеются входные и выходные патрубки.

Каждая секция состоит их одного или более пакетов (Рис.13). Пакетом считается набор пластин (не менее 3-х), образующих каналы, в которых жидкость течет в одном направлении.

 

Рис.13. Секция, состоящая из двух пакетов

1, 2 – пакеты, 3 – граничная пластина

Переход жидкости из пакета 1 в пакет 2 сопровождается изменением ее направления движения. С этой целью в конце пакета установлена граничная пластина 3 только с двумя отверстиями, через которые осуществляется переход продукта и рабочей среды в следующий пакет.

Движение продукта и рабочей среды может быть противоточным, прямоточным и смешанным (в одном пакете прямоток, в другом – противоток).

 

 

Компоновку пакетов в одной секции обозначают дробью, например по рис. 13 будет иметь следующий вид

 

3+3 где в числителе цифра 3 указывает на количество межпластинных каналов для движения продукта, число цифр указывает на количество последовательных пакетов, в знаменателе – аналогично для рабочей среды.

Как правило, пластины имеют клейменные порядковые номера для безошибочной сборки после ремонта теплообменника.

В секции регенерации (рекуперации) используется тепло пастеризованного молока для частичного нагрева сырого молока, при этом экономится до 80 % тепла.

Экономичность работы характеризуется коэффициентом регенерации

где Q_p – количество тепла, переданного продукту в секции регенерации; Q_общ – общее количество тепла, затраченное на подогрев продукта от начальной температуры до температуры пастеризации.

Недостатком пластинчатых аппаратов является наличие резиновых прокладок, которые приходится менять, т.к. при их изнашивании происходит утечка жидкости.