Механизм действия процесса пастеризации

 

Процесс пастеризации молока заключается в нагреве молока в теплообменнике типа «труба в трубе», в котором теплопередача тепла осуществляется от нагретой воды при температуре 75°С к нагреваемому молоку через разделяющую стенку. Молоко движется по трубному пространству, а нагретая вода подается в межтрубное пространство.

Тепловой поток прямо пропорционален площади теплопередачи f, коэффициенту теплопередачи к и средней движущей силе процесса теплопередачи, которой является средний температурный напор ∆t_cp,

 

Q=k*f*∆t_cp. (2.1)

 

Рисунок 1. Схема изменения температур теплоносителей при противотоке

 

На рисунке 1 представлена схема изменения температур теплоносителей при противотоке. Средний температурный напор определяется по формуле

 

∆t_cp =(∆t_max-∆t_min)/ln(∆t_max/∆t_min), (2.2)

где ∆t_max – разность конечной температуры воды и начальной температуры молока, °С;

∆t_min– разность начальной температуры воды и конечной температуры молока, °С.

 

∆t_max=t_в.к.-t_м.н.; (2.3)

∆t_min=t_в.н.-t_м.к., (2.4)

 

где t_в.н. – начальная температура воды, °С;

t_в.к. – конечная температура воды, °С;

t_м.н. – начальная температура молока, °С;

t_м.к. – конечная температура молока, °С.

Коэффициент теплопередачи зависит от коэффициента теплоотдачи от молока к стенке трубки б_м, коэффициента теплоотдачи от воды к стенке трубки б_в, термического сопротивления трубки и термического сопротивления накипи в межтрубном пространстве и определяется по формуле

 

k=1/((1/б_м)+(1/б_в)+(д_тр /л_ст)+(д_н /л_н)), (2.5)

 

где д_тр – толщина стенки трубки, м;

л_ст – теплопроводность стенки, Вт/(м*°С);

д_н – толщина накипи в межтрубном пространстве, м;

л_н – теплопроводность накипи, Вт/(м*°С).

Коэффициент теплоотдачи от молока к стенке трубки равен

 

б_м=Nu_м*л_м/l₁, (2.6)

 

где Nu_м – критерий Нуссельта для молока;

л_м – коэффициент теплопроводности молока, Вт/(м*°С);

l₁ – характерный линейный размер, равный для круглых трубок d_вн;

d_вн – внутренний диаметр трубки, м.

Коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубки равен

 

б_в=Nu_в*л_в/l₂, (2.7)

 

где Nu_в – критерий Нуссельта для воды;

л_в – коэффициент теплопроводности воды, Вт/(м*°С);

l₂ – характерный линейный размер, равный для кольцевого сечения межтрубного пространства

 

l₂=4*F_сеч/П_сеч, (2.8)

 

где F_сеч – площадь сечения межтрубного пространства, м²;

П_сеч – смоченный периметр, м

 

П_сеч=*(D_вн+d_н), (2.9)

 

где D_вн – внутренний диаметр рабочего цилиндра, м;

d_н – наружный диаметр трубки, м.