Принцип работы пластинчатого холодильника

В пластинчатом теплообменнике горячее сусло с температурой 98-95°С охлаждается холодной водой до температуры начала брожения 6-8°С, при этом холодная вода нагревается до требуемой температуры, которую мы можем регулировать с помощью объемного расхода воды

При этом происходит теплообмен между горячим суслом и холодной водой. Процесс теплопередачи зависит от многих факторов (рис. 3.105а).

Энергия горячей жидкости (1) передается холодной жидкости (2) через пластину (3). Для теплопередачи имеет значение:

· толщина стенки (3);

· материал стенки;

· коэффициент теплопроводности (λ).

Известно, что сталь проводит тепло лучше, чем нержавеющая сталь

На границе между жидкостями 1 + 2 и стенкой образуется пограничный слой (lw и 2w), в котором температура возрастает или понижается, приближаясь к температуре другой жидкости Толщина этого слоя больше для неподвижных, чем для быстро движущихся жидкостей

Для теплопередачи через стенку имеют значение также:

· коэффициент теплоотдачи от жидкости (1) к стенке (α₁)

· теплопроводность стенки и

· коэффициент теплоотдачи (α₂)от стенки к жидкости (2).

Коэффициент теплопередачи квыражается следующим образом:

Из формулы можно видеть, что определяющей величиной для коэффициента теплопередачи является наименьшая величина в знаменателе (α_1, α₂ или λ). Поэтому для улучшения коэффициента теплопередачи необходимо, чтобы:

· жидкости-теплоносители двигались по отношению друг к другу в противотоке;

· скорость движения жидкостей была высокой;

· поверхности материала стенок оставались чистыми;

· применялись пластины с хорошей теплопроводностью.

Применение нержавеющей стали, имеющей относительно плохую теплопроводность, обусловлено:

· требованиями к механической прочности пластин с учетом возникающих перепадов давлений и требованиями к коррозионной устойчивости,

· требованиями в отношении хорошей пригодности к безразборной мойке

Вместе с тем следует иметь в виду, что теплопередача оказывает на процесс охлаждения сусла существенно большее влияние, чем обусловленная материалом теплопроводность. Высокие скорости течения и большая турбулентность уменьшают требуемые размеры поверхности теплообмена, но они также требуют

· в существенного увеличения мощности насоса, а значит,

· повышенных эксплуатационных расходов.

При осуществлении процесса теплопередачи возникают две проблемы:

1. Нельзя получить температуру начального сусла ниже 10-15°С путем охлаждения обычной холодной водой, для этого требуется ледяная вода, которую должны предварительно охладить до температуры, которая не менее чем на 3 градуса ниже температуры начального сусла.

2. При охлаждении сусла холодная вода нагревается. Если вода нагрелась только до температуры 30-60°С, то ей трудно найти применение на пивоваренном производстве. Требуется по возможности максимально высокая температура воды на выходе из холодильника, чтобы иметь возможность дальнейшего использования ее высокого температурного потенциала в виде производственной горячей воды или в системах энергоснабжения.

Охлаждение сусла может осуществляться в одну или две стадии. Охлаждение в две стадии было до сих пор обычным способом, используемым на пивоваренном производстве (рис. 3.106)

В более крупной секции предварительного охлаждения сусло отдает свое тепло холодной производственной воде. В то время как сусло охлаждается до температуры на 3-4 градуса выше температуры воды, охлаждающая вода нагревается до 80-88°С. В меньшей по площади секции глубокого охлаждения сусло охлаждается ледяной водой с температурой 1-2°С до требуемой температуры начала брожения. Ледяная вода при этом несколько нагревается, но ее температура остается ниже, чем температура производственной воды, так что ее можно направить обратно в холодильник для получения ледяной воды.

Современная тенденция развития техники заключается во все большем распространении способа охлаждения сусла в одну стадию (рис. 3.107).

Здесь предварительно охлажденная до 1-2°С ледяная вода нагревается в пластинчатом холодильнике до 80-88°С, тогда как горячее сусло охлаждается с 95-98°С до температуры начала брожения Использованная здесь ледяная вода должна заменяться свежей водопроводной водой

Потребление холода при охлаждении в две стадии меньше, чем в одну (см. раздел 10.3.4.3), но для него требуется больший расход воды, тем не менее многие пивоваренные предприятия предпочитают проводить охлаждение сусла в одну стадию, так как аппараты для этого имеют более простую конструкцию, дешевле и характеризуются более низкими эксплуатационными расходами, в то же время при охлаждении сусла в одну стадию можно добиться такого же потребления энергии, как и при охлаждении в две стадии.

Допустимое рабочее давление для пластинчатого холодильника составляет обычно Р_изб = 10 бар. Разность давлений между сторонами пластин для воды и для сусла обычно составляет около 2 бар, максимально 4 бар. Эту разность давлений нельзя произвольно превышать, так как это может привести к деформациям пластин и разгерметизации уплотнений. Пластины теплообменника должны быть рассчитаны на максимально возможную разность давлений (Δр = 20 бар).