Интенсификация процесса охлаждения маргариновых эмульсий
УДК 536.565.9:663.674
Интенсификация процесса охлаждения маргариновых эмульсий
Николаев Л.К., Денисенко А.Ф., Николаев Б.Л.
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий
В статье рассмотрено влияние на интенсивность охлаждения маргариновой эмульсии в вотаторах не счищаемого слоя продукта и слоя масляной пленки на стороне хладоагента.
Ключевые слова: маргарины, эмульсия, вотаторы, не счищенные слои, охлаждение.
Маргариновая промышленность — одна из отраслей масложировой промышленности, призванная организовывать выработку твердых пищевых жиров в основном из растительных масел или из смеси растительных масел с добавкой некоторого количества животных жиров. Технология маргаринов включает в себя ряд основных операций: приготовление водно-молочного раствора и жировой смеси, получение грубой эмульсии, тонкое эмульгирование, охлаждение и кристаллизация [1]. В технологическом процессе основной частью оборудования являются цилиндрические теплообменные аппараты — вотаторы, предназначенные для тонкого эмульгирования компонентов маргарина и одновременно охлаждения и механической обработки получаемой маргариновой эмульсии. На интенсивность охлаждения маргариновой эмульсии в вотаторах на ряду с другими оказывают влияние следующие факторы: температура испарения жидкого аммиака, подбор оптимального диаметра трубопроводов для хладоагента, отсутствие на рабочей поверхности цилиндра царапин и задиров, своевременная замена скребковых устройств — ножей, а также наличие в камерах испарения на охлаждающей поверхности слоя смазочного масла.
Так как производительность вотатора прямо пропорциональна коэффициенту теплопередачи К, то одним из важных вопросов является влияние на коэффициент теплопередачи со стороны продукта — наличие не счищенного слоя, а со сторона хладоагента — наличие масляной пленки на поверхности, слоя загрязнений, а так же влияние толщины стенки цилиндра, то есть толщины самой теплопередающей поверхности [2].
1
С учетом отмеченного коэффициент теплопередачи в вотаторе определяет-
ся по формуле:
∑К = 1
α
+
1,
R +1 сл α
пр хл
где α , α — соответственно коэффициенты теплоотдачи для продукта и хлапр хл
доагента, Вт/(м2·К); ∑ R — суммарное термическое сопротивление, Втм2·К). сл
Суммарное термическое сопротивление всех слоев коэффициенту тепло-
передачи определяется по формуле
∑ = ,R сл
δ пр
δ ст
δ загр
δ м
λ •λ •λ •λ
пр ст загр м
где
δ ,δ пр
ст
,δ
загр
,
δ
м
—
соответственно
толщина
слоя
продукта,
стенки
цилинд-
ра, загрязнений и масляной пленки, м; λ пр , λ ст , λ загр , λ м — соответственно
коэффициент теплопроводности продукта, материала стенки цилиндра, масляной пленки, Втм2·К).
Для выяснения величины влияния термических сопротивлений коэффици-
енту теплопередачи рассмотрим в отдельности каждое из слагаемых.
1. Термическое сопротивление, оказываемое коэффициенту теплопередачи
слоем не счищенного продукта. Задаваясь различной толщиной слоя в интервале от 0,05·10-3 м до 1,0·10-3 м определяем Rпр продукта. Данные продукта приве-
дены в табл. 1.
Таблица 1. Значения термического сопротивления слоя продукта.
Термическое сопротивление слоя продукта
Толщина слоя не счищенного продукта, м
δ = 5·10-5 δ = 1·10-4 δ = 5·10-4 δ = 8·10-4 δ = 1·10-3
пр пр пр пр
пр
Rпр, Вт/(м2·К)
2,5·10-4
5·10-4
25·10-4
40·10-4
50·10-4
2. Термическое сопротивление слоя масляной пленки. Пар аммиака, выходящий из поршневого компрессора, уносит с собой частицы смазочного масла. Масло увлекается паром как в виде мелкодисперсных частиц, так и в парообразном состоянии. Характер влияния, оказываемого маслом, унесенным из компрессора на процесс теплообмена в вотаторах зависит от растворимости хладоагента и смазочного масла. Аммиак и масло очень ограниченно растворяются друг в друге и в связи с этим образуют двухфазный раствор. Одна из жидких фаз, представляющая собой почти чистое масло, оседает в виде пленки на теплопередающей поверхности вотатора, являясь дополнительным термиче-
2
ским сопротивлением, ухудшающим коэффициент теплопередачи. Термическое сопротивление слоя масляной пленки определяем при изменении толщины слоя в интервале (0,05–1,0)·10-3 м.
Данные расчетов приведены в табл.2.
Таблица 2. Значение термического сопротивления слоя масленой пленки.
Термическое сопротивле-
Толщина слоя не счищенного продукта, м
ние слоя мас- δ м = 5·10-5 δ м = 1·10-4 δ м = 5·10-4 δ м = 1·10-4 δ м = 1·10-3 ляной пленки
R, Вт/(м2·К)
3,7·10-4
7,5·10-4
37,6·10-4 60,1·10-4 75,2·10-4
3. Термическое сопротивление коэффициенту теплопередачи оказываемое стенкой цилиндра в расчетах принято величиной постоянной, так как зависит только от материала стенки.
Сопоставление значений термических сопротивлений слоя не счищенного продукта (табл. 1) и слоя масляной пленки (табл. 2) показало, что наличие масляной пленки в большей степени ухудшает коэффициент теплопередачи, Несмотря на то, что термическое сопротивление слоя не счищенного продукта меньше, чем термическое сопротивление слоя масляной пленки, оно оказывает существенное влияние на теплообмен. С целью его уменьшения необходимо тщательно затачивать очищающие устройство, следить за внутренней поверхностью цилиндра.
Сравнение полученных значений коэффициента теплопередачи при различных термических сопротивлениях показало, что при увеличении слоя масляной пленки с 0,05 до 1 мм, коэффициент теплопередачи понижается с 600 до 110 Вт/(м2·К), то есть почти в 6 раз, а следовательно пропорционально уменьшается и производительность вотатора.
Список литературы
1. Молчанов И.Л. Технологическое оборудование жироперерабатывающих производств. М.: Пищевая промышленность, 1965 — 510 с.
2. Никонов И.В. Теплопередача в аппаратах типа «Вотатор» и «Комбинатор». Труды КИПП, Сборник работ механического факультета. Краснодар: 1958 — Вып. 20. — С. 115–118.
3
Интенсификация процесса охлаждения маргариновых эмульсий
Николаев Л.К., Денисенко А.Ф., Николаев Б.Л.
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий
В статье рассмотрено влияние на интенсивность охлаждения маргариновой эмульсии в вотаторах не счищаемого слоя продукта и слоя масляной пленки на стороне хладоагента.
Ключевые слова: маргарины, эмульсия, вотаторы, не счищенные слои, охлаждение.
Маргариновая промышленность — одна из отраслей масложировой промышленности, призванная организовывать выработку твердых пищевых жиров в основном из растительных масел или из смеси растительных масел с добавкой некоторого количества животных жиров. Технология маргаринов включает в себя ряд основных операций: приготовление водно-молочного раствора и жировой смеси, получение грубой эмульсии, тонкое эмульгирование, охлаждение и кристаллизация [1]. В технологическом процессе основной частью оборудования являются цилиндрические теплообменные аппараты — вотаторы, предназначенные для тонкого эмульгирования компонентов маргарина и одновременно охлаждения и механической обработки получаемой маргариновой эмульсии. На интенсивность охлаждения маргариновой эмульсии в вотаторах на ряду с другими оказывают влияние следующие факторы: температура испарения жидкого аммиака, подбор оптимального диаметра трубопроводов для хладоагента, отсутствие на рабочей поверхности цилиндра царапин и задиров, своевременная замена скребковых устройств — ножей, а также наличие в камерах испарения на охлаждающей поверхности слоя смазочного масла.
Так как производительность вотатора прямо пропорциональна коэффициенту теплопередачи К, то одним из важных вопросов является влияние на коэффициент теплопередачи со стороны продукта — наличие не счищенного слоя, а со сторона хладоагента — наличие масляной пленки на поверхности, слоя загрязнений, а так же влияние толщины стенки цилиндра, то есть толщины самой теплопередающей поверхности [2].
1
С учетом отмеченного коэффициент теплопередачи в вотаторе определяет-
ся по формуле:
∑К = 1
α
+
1,
R +1 сл α
пр хл
где α , α — соответственно коэффициенты теплоотдачи для продукта и хлапр хл
доагента, Вт/(м2·К); ∑ R — суммарное термическое сопротивление, Втм2·К). сл
Суммарное термическое сопротивление всех слоев коэффициенту тепло-
передачи определяется по формуле
∑ = ,R сл
δ пр
δ ст
δ загр
δ м
λ •λ •λ •λ
пр ст загр м
где
δ ,δ пр
ст
,δ
загр
,
δ
м
—
соответственно
толщина
слоя
продукта,
стенки
цилинд-
ра, загрязнений и масляной пленки, м; λ пр , λ ст , λ загр , λ м — соответственно
коэффициент теплопроводности продукта, материала стенки цилиндра, масляной пленки, Втм2·К).
Для выяснения величины влияния термических сопротивлений коэффици-
енту теплопередачи рассмотрим в отдельности каждое из слагаемых.
1. Термическое сопротивление, оказываемое коэффициенту теплопередачи
слоем не счищенного продукта. Задаваясь различной толщиной слоя в интервале от 0,05·10-3 м до 1,0·10-3 м определяем Rпр продукта. Данные продукта приве-
дены в табл. 1.
Таблица 1. Значения термического сопротивления слоя продукта.
Термическое сопротивление слоя продукта
Толщина слоя не счищенного продукта, м
δ = 5·10-5 δ = 1·10-4 δ = 5·10-4 δ = 8·10-4 δ = 1·10-3
пр пр пр пр
пр
Rпр, Вт/(м2·К)
2,5·10-4
5·10-4
25·10-4
40·10-4
50·10-4
2. Термическое сопротивление слоя масляной пленки. Пар аммиака, выходящий из поршневого компрессора, уносит с собой частицы смазочного масла. Масло увлекается паром как в виде мелкодисперсных частиц, так и в парообразном состоянии. Характер влияния, оказываемого маслом, унесенным из компрессора на процесс теплообмена в вотаторах зависит от растворимости хладоагента и смазочного масла. Аммиак и масло очень ограниченно растворяются друг в друге и в связи с этим образуют двухфазный раствор. Одна из жидких фаз, представляющая собой почти чистое масло, оседает в виде пленки на теплопередающей поверхности вотатора, являясь дополнительным термиче-
2
ским сопротивлением, ухудшающим коэффициент теплопередачи. Термическое сопротивление слоя масляной пленки определяем при изменении толщины слоя в интервале (0,05–1,0)·10-3 м.
Данные расчетов приведены в табл.2.
Таблица 2. Значение термического сопротивления слоя масленой пленки.
Термическое сопротивле-
Толщина слоя не счищенного продукта, м
ние слоя мас- δ м = 5·10-5 δ м = 1·10-4 δ м = 5·10-4 δ м = 1·10-4 δ м = 1·10-3 ляной пленки
R, Вт/(м2·К)
3,7·10-4
7,5·10-4
37,6·10-4 60,1·10-4 75,2·10-4
3. Термическое сопротивление коэффициенту теплопередачи оказываемое стенкой цилиндра в расчетах принято величиной постоянной, так как зависит только от материала стенки.
Сопоставление значений термических сопротивлений слоя не счищенного продукта (табл. 1) и слоя масляной пленки (табл. 2) показало, что наличие масляной пленки в большей степени ухудшает коэффициент теплопередачи, Несмотря на то, что термическое сопротивление слоя не счищенного продукта меньше, чем термическое сопротивление слоя масляной пленки, оно оказывает существенное влияние на теплообмен. С целью его уменьшения необходимо тщательно затачивать очищающие устройство, следить за внутренней поверхностью цилиндра.
Сравнение полученных значений коэффициента теплопередачи при различных термических сопротивлениях показало, что при увеличении слоя масляной пленки с 0,05 до 1 мм, коэффициент теплопередачи понижается с 600 до 110 Вт/(м2·К), то есть почти в 6 раз, а следовательно пропорционально уменьшается и производительность вотатора.
Список литературы
1. Молчанов И.Л. Технологическое оборудование жироперерабатывающих производств. М.: Пищевая промышленность, 1965 — 510 с.
2. Никонов И.В. Теплопередача в аппаратах типа «Вотатор» и «Комбинатор». Труды КИПП, Сборник работ механического факультета. Краснодар: 1958 — Вып. 20. — С. 115–118.
3