Курсовая работа: Расчеты четырёхсекционного пластинчатого теплообменника для пастеризации

Целесообразно построенный аппарат должен удовлетворять эксплуатационным, конструктивным, эстетическим требованиям и требованиям техники безопасности.

В настоящее время при конструировании аппаратов для достижения оптимальных показателей ведутся работы по снижению энергоемкости и увеличению интенсивности процессов, проходящих в аппаратах, по снижению материалоёмкости при производстве аппаратов и уменьшению габаритных размеров аппаратов.

1.Описание и основы технологического процесса. Обоснование выбора аппарата. Литературный обзор

Технологический процесс, лежащий в основе данного курсового –пастеризация. Большинство пищевых продуктов (молоко и молочные продукты, овощные соки, овощные и мясные консервы, вино, пиво и др.) и полупродуктов биохимических производств являются благоприятной средой для развития многих микроорганизмов, в том числе и для болезнетворных, способных вызвать инфекционные заболевания.

Пастеризация - один из приемов консервирования продуктов, научное обоснование какому дал Л. Пастер в 1860 г. Под пастеризацией понимают термическую обработку продуктов при температуре ниже 100 °С с последующим охлаждением к температуре 6...8 °С. Пастеризация, как правило, убивает неспоровые болезнетворные микроорганизмы и сокращает общую бактериальную загрязненность продукта, который повышает его стойкость. Быстрое охлаждение продукта после пастеризации необходимо для того, чтобы отвернуть развитие окончательной микрофлоры, т.е. прорастание в вегетативные клетки спор, которые сохраняют жизнеспособность во время одноразового нагревания[1, стр.305].

Пастеризация не должна приводить к изменению физико-химического состояния продукта и ухудшение его качества.

Во время пастеризации необходимо соблюдение таких требований: освещенный или тщательно очищенный от посторонних примесей продукт нагревают равномерно, при постоянной температуре, тонким слоем,избегая пригорание; операцию проводят в герметичных условиях; продукт выводят из пастеризатора максимально охлажденным. Теплообменную аппаратуры изготовляют из химически стойких материалов, которые имеют большую теплопроводность.

Эффективность пастеризации - степень подавления микрофлоры -зависит от температуры и продолжительности выдержки продукта за этой температуры. Зависимость необходимого времени пастеризации от температуры в большинстве случаев высказывается логарифмической зависимостью:

где и - коэффициенты, которые зависят от стойкости микроорганизмов к тепловым влияниям и среде, в котором они находятся.

Коэффициенты и определяют экспериментально с учетом полного уничтожения болезнетворной микрофлоры, с одной стороны, и предотвращения физико-химических изменений в продукте, которые вызываются временным температурным влиянием - с другой[1, стр.305].. Тем не менее эти данные установлены далеко не для всех продуктов, которые подвергаются пастеризации.

Представляет интерес, что чем ниже температура пастеризации, тем более времени требуется для достижения нужного эффекта. Зависимость междутемпературой нагревания и продолжительностью выдержки объясняется двумя причинами. Одна из них связанная с тем, что денатурация, разрушение структуры вещества, из которого составляется микробная клетка, происходят во времени. Это время тем меньше, чем температура больше. Другая причина вызвана закономерностями теплообмена. Нагревание микроорганизмов при пастеризации любого вида осуществляется не непосредственно, а через ту среду, в котором находятся бактерии. Поэтому для того, чтобы температура клетки бактерии достигала той же температуры, которая и среда, требуется определенное время.

Для оценки эффекта пастеризации Г.А. Кук ввел критерий Пастера, который представляет собой отношение действительной продолжительности пребывания продукта при бактерицидной температуре к теоретической:

где - действительное время нахождения продукта при температуре пастеризации.

Идеальным вариантом проведения пастеризации является условие, при котором Ра=1.

При Ра > 1 продукт при температуре пастеризации находится более продолжительный период, чем максимально возможный период, определённый условиями пастеризации. При этом могут существенным образом изменяться физико-химические свойства продукта, что не желательно.

При Ра < 1 эффект пастеризации не будет достигнут.

Поэтому эффективность пастеризации зависит также от количественного и качественного состава микрофлоры жидкостей, которые подвергаются пастеризации.

Существуют три режима пастеризации[1, стр.306].:

· продолжительная - при температуре 63...65 °С на протяжении 20...30 мин.,

· кратковременная (быстрая) - при 75 °С экспозиция, длящаяся от нескольких секунд до 5 мин.,

· мгновенная (или высокотемпературная) -при 90...93 °С без выдержки.

Выбор режимов пастеризации определяется технологическими условиями и свойствами продукта. В подавляющем большинстве случаев пастеризацию следует проводить в кратковременном или мгновенном режиме. Тем не менее, если продукт содержит компоненты, которые отличаются низкой термостойкостью (под действием высоких температур быстро разрушаются), то следует применять продолжительную пастеризацию.

Тепловая пастеризация продуктов предусматривает несколько способов ее осуществления: текущий, пароструменний, горячим разливом, классический (бутылочный), в электромагнитном поле и др.

Текущая пастеризация применяется для обработки молока, пива, соков, вин, бульонов и других продуктов. В данном случае теплообмен происходит между закрытыми потоками продукта и теплоносителя, разделенными поверхностью теплопередачи. Процесс осуществляется в теплообменной аппаратурах беспрерывного действия -кожухотрубному и пластинчатому пастеризаторах и пастеризационно-охладительных установках[1, стр.307]..

Находит применение (например, в молочной промышленности) пастеризация с непосредственным паровым обогреванием. В данном случае теплота горячего пара используется полностью на нагревание продукта. Во время пастеризации за счет введения пары в продукт наблюдается некоторое его разрежение, вследствие чего уменьшается содержимое сухих веществ в единице объема продукта.

Пастеризация горячим разливом предусматривает нагревание продукта к определенной температуре (для вина 43...55 °С, для томат-пюре - 95...98 °С) с последующим его разливом в простерилизованную тару (бутылки), герметичным закупориванием и охлаждением. Способ применяется, в основном, для продуктов с высокой кислотностью.

Классическая пастеризация в таре (названная ыть лях и жестяной таре. Нагревание продутую в таре осуществлбутылочной) проводится после разлива и герметизации фруктовых соков и вин в бутылках. Нагревание осуществляется потоком горячего воздуха или воды. Классическая пастеризация допускает фасовку продукта при температуре пастеризации (например, 95 °С - для соков с мякотью, 85 °С - для натуральных фруктовых соков, 60 °С - для вина) в бутиле или банки (бутылки), герметизацию тары (закупоривание или заистязание), термостатування, а после этого интенсивное охлаждение.

На практике находят применение установки пастеризации в электромагнитном поле высокой частоты (ВЧ). Такой способ проводят при более низкой температуре. По сравнению с обычной пастеризацией процесс менее продолжительный (1...2 мин, иногда несколько секунд). Теплота среды, которая передается клетке (теплопроводность), быстрее преодолевает тепловой барьер (оболочку клетки). Во время обработки продуктов во Вч-полі теплота выделяется непосредственно в объеме клетки. Токами ВЧ пастеризуют компоты и соки в стеклянной таре.