Определение рациональных параметров пастеризационной установки с индукционным пастеризатором

УДК 637.133.3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ

ПАСТЕРИЗАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ С ИНДУКЦИОННЫМ

ПАСТЕРИЗАТОРОМ

Г.В. Макарова, С.В. Соловьев

В статье приведены экспериментальные исследования процесса пастеризации молока с использованием индукционного нагревателя. На основании полученных в результате проведения эксперимента данных построены трехмерные графики зависимостей основных рациональных параметров индукционного нагревателя.

Ключевые слова: пастеризация, молоко, индукционный нагреватель, площадь теплообмена, датчик температуры.

Определение оптимальных параметров индукционного нагревателя в составе пастеризационной установки является сложной задачей, так как необходимо учитывать сложно поддающиеся прогнозированию факторы, влияющие на процесс нагрева. К этим факторам относятся: гидравлическое сопротивление нагревателя; коэффициент теплопередачи от стенок нагревателя к молоку; эффективная площадь теплообмена; скорость движения жидкости [1].

Лабораторная установка (рисунок 1) выполнена на базе промышленной пастеризационной установки ПМР -02 ВТ, в которой роторный нагреватель заменен индукционным нагревателем промышленной частоты, выполненным в виде цилиндрической катушки намотанной на трубу, из пищевой термостойкой пластмассы, внутри которой находятся 2 коаксиально расположенные стальные трубы и центральный стержень. Через зазор между ними протекает нагреваемое молоко [2].

Установка работает следующим образом: из уравнительного бака 1, молоко центробежным насосом 2 подается в первую секцию регенератора 3, где подогревается за счет теплоты уже пастеризованного молока до 60...65 0С. Далее продукт нагревается до температуры пастеризации в индукционном нагревателе 4, проходит через трехпозиционный клапан 5 и попадает в выдержива-тель, откуда транспортируется в регенератор, где охлаждается в 2 этапа: сначала в секции 3 за счет подводимого молока, затем в следующей секции 6 холодной водой [3].

Для проведения экспериментальных исследований в цепь молочного насоса включен преобразователь частоты, который изменяет частоту вращения двигателя и производительность насоса в зависимости от показаний датчика температуры (ТЕ3) на выходе из нагревателя. Таким образом, поддерживается

постоянная температура пастеризации, а производительность становится функционально зависимой от конструкции нагревателя.

Модернизированная конструкция дает возможность:

- повысить тепловой коэффициент полезного действия за счет преобразования электроэнергии в тепловую в один этап и без использования промежуточных теплоносителей

- увеличить надежность, так как нагревательная установка не имеет подвижных частей.

- повысить качество, за счет больших возможностей по точному поддержанию температуры пастеризации.

Рис. 1. Схема лабораторной установки: 1 - уравнительный бак; 2 - молочный насос; 3 - секция регенерации теплообменника; 4 - индукционный нагреватель с выдерживателем; 5 - клапан рециркуляционный; 6 - секция охлаждения; 7 - преобразователь частоты ОВЕН ПЧВ 10х. ТЕь..ТЕб - датчики температуры ТСМ-100

Общий вид установки для пастеризации молока, созданной в лаборатории Великолукской ГСХА, приведен на рисунке 2.

Рис. 2. Общий вид пастеризационной установки

Для определения конструктивных параметров индукционного нагревателя мы используем сетевой анализатор иМО-96Б, с помощью которого определяем напряжение, силу тока, угол сдвига фаз, активную, реактивную и полную мощности в цепи индуктора.

|оигпа1 оГ УШ1М7И №3(11)-2013

117

В процессе экспериментальных исследований в качестве варьируемых параметров выбраны число витков индуктора К, длина сердечника Ь, площадь сечения сердечника Б.

Был проведен трехфакторный эксперимент. Варьируемые параметры представлены в таблице 1.

Таблица 1. Варьируемые параметры трехфакторного эксперимента

Параметр Код -1 0 1

Число витков индуктора XI 800 900 1000

Сечение сердечника, мм2 Х2 400 600 800

Длина индуктора, м Х3 0,9 1,1 1,3

Наиболее показательные зависимости приводятся на рисунках 2 и 3. С увеличением длины и сечения сердечника полная мощность индуктора снижается, достигая некоторого минимального значения, которое будет соответствовать максимальному коэффициенту мощности (рисунок 3).

Рис. 3. Зависимость полной мощности 8 от сечения Г и длины Ь индуктора

Как видно из рисунка 4, при длине Ь=1,1м и сечении сердечника ¥=645мм производительность начинает снижаться, что связано с увеличением гидродинамического сопротивления, а мощность растет только до момента магнитного насыщения стали сердечника.

Рис. 4. Зависимость производительности Р от длины Ь и сечения Г индуктора

Таким образом, экспериментально полученные оптимальные параметры имеют следующие значения: количество витков - 900; длина сердечника - 1,1м; площадь сечения сердечника - 645 мм ; мощность тепловая - 3,85 кВт; мощность полная - 4,8 кВ-А; коэффициент мощности - 0,81; производительность -450 л/ч.

На основании полученных данных рассчитаны рациональные параметры и режимы работы энергосберегающей установки для пастеризации молока в потоке с применением индукционного нагревателя.

Литература:

1. Крусь Н.А. Технология производства молока и молочных продуктов. М., 2004. 386с.

2. Пат. RU 104806 U1. Устройство для индукционного нагрева жидких сред / Г.В. Макарова, В.А. Шилин, С.В. Соловьёв. Опубл. 28.09.2010.

3. Установка для высокотемпературной пастеризации жидких пищевых продуктов ПМР-02-ВТ. Паспорт, техническое описание и инструкция по эксплуатации. М.: НТКФ «Агроживмаш технология», 2010. 15с.

Макарова Галина Васильевна, кандидат технических наук, профессор Соловьев Сергей Викторович, ассистент

Великолукская Государственная сельскохозяйственная академия Тел.(81153) 7-16-22 E-mail: vgsha@mart.ru

In article experimental researches ofprocess ofpasteurization of milk with use of an induction heater are resulted. On the basis of received as a result of carrying out of experiment of data three-dimensional schedules of dependences of the basic rational parametres of an induction heater are constructed.

Keywords: pasteurization, milk, an induction heater, the heat exchange area, the temperature gauge.

Journal of VNIIMZH №3(11)-2013

119