к.п.н.Тунгатарова А.Т., магистрант Курбонова Ф.П.

Таразский государственный университет имени М.Х.Дулати

Разработка математической модели пастеризатора молока

Процесс пастеризации вторичного молочного сырья обусловлен необходимостью подавить развитие нежелательной микрофлоры. Кроме того, при пастеризации подсырной сыворотки инактивируются остатки сычужного фермента, присутствие которого в ряде случаев при дальнейшей переработке молочной сыворотки нежелательно.

Пастеризацию сыворотки рекомендуется проводить «низкотемпературную», т.е. при температуре 63 - 66 °С с выдержкой 30 мин.

Пастеризация традиционно осуществлялась на современных установках с автоматическим поддерживанием температуры нагрева.

В данной работе предлагается проводить технологический процесс пастеризации молока в камере с бегущей волной (КБВ), работающей в методическом режиме (рисунок 1).

Рисунок 1. Рабочая камера СВЧ пастеризатора молока

Рабочая часть камеры представляет собой неоднородный круглый волновод с цилиндрической трубой по оси волновода, по которой протекает молоко. Профиль волновода по его длине рассчитан по соотношению:

где и – погонные активное и реактивное сопротивления молока как поглотителя СВЧ энергии; d1 – внутренний диаметр трубы камеры, рассчитанный из условий согласования круглого волновода с подводящим к нему СВЧ энергию прямоугольным волноводом.

Для пастеризатора выбрана стандартная частота 2450 МГц, так как на этой частоте минимально поперечное сечение волновода и, следовательно, расход металла, легче достигается турбулентный режим потока молока в рабочей камере.

Для повышения КПД пастеризатора молоко в нем нагревается в три этапа: сначала сырое молоко нагревается в теплообменнике за счет уже пастеризованного молока, затем оно поступает в бак, где нагревается с помощью электронагревателей (ЭК нагрев), а затем поступает в рабочую камеру, где окончательно нагревается до температуры пастеризации.

Мощность, необходимая для нагрева потока молока до температуры пастеризации Тп от температуры на входе в бак ЭК нагрева Т0 равна

,

где первое слагаемое – мощность ЭК нагревателя, а второе – мощность СВЧ генератора, t1, t2 – время нагрева молока ЭК и СВЧ методами, причем t = t1 + t2 – время пастеризации, определяющее производительность пастеризатора.

Тепловой режим рабочей камеры СВЧ пастеризатора описывается системой уравнений теплового баланса молока и диэлектрической трубы

где Θ_1,2, λ_1,2, с_1,2, ρ_1,2, S_1,2 – температурные напоры, коэффициенты теплопроводности, удельные теплоёмкости, плотности и площади поперечных сечений молока и трубы; h1,2 − коэффициенты теплоотдачи от молока к трубе и от трубы к воздуху; d2 − внешний диаметры трубы; Рn - удельная погонная мощность СВЧ, рассеиваемая в молоке, причем

.

В условии динамического равновесия в потоке, пренебрегая теплопроводностью молока и теплоотдачей от потока к диэлектрической трубе:

Предположив λ₂ = 0, получим

Обычно h1>>h2 и при d1 ≈ d2 имеем Θ2 ≈ Θ1.

«Технико-экономическое сравнение установок термообработки с разными способами энергоподвода» рассмотрены особенности процесса СВЧ термообработки и установлены основные технологические преимущества СВЧ электротермических установок.

Таким образом установлено, что выбор в пользу того или иного способа энергоподвода должен быть сделан с учетом максимального количества параметров, характеризующих работу установки. Такой выбор должен осуществляться при условии равенства производительности сравниваемых вариантов.

Литература

1. Промышленная переработка вторичного молочного сырья / А.Г. Храмцов, К.К. Полянский, С.В. Василисин, П.Г. Нестеренко. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 1986. - с.3 - 7

2. И.Г. Лернер. Использование отходов молочной промышленности. М., 1964. С.3 - 16.

3. Промышленная переработка вторичного молочного сырья / А.Г. Храмцов, К.К. Полянский, С.В. Василисин, П.Г. Нестеренко. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 1986. - с.8 - 15.

4. Промышленная переработка вторичного молочного сырья / А.Г. Храмцов, К.К. Полянский, С.В. Василисин, П.Г. Нестеренко. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 1986. - с.31 - 45.