Чиллер для кисломолочных продуктов: расчёт охлаждения сгустка

Чиллер для кисломолочных продуктов рассчитывают по охлаждению сгустка в резервуаре: йогурт, кефир или ряженку после сквашивания при 20–42 °C нужно за два-четыре часа остудить до 4–6 °C через рубашку, иначе кислотность продолжает расти. Калькулятор считает холодопроизводительность по массе продукта, температурам и времени охлаждения, прибавляет мешалку и теплопритоки и показывает расход гликоля.

Расчёт чиллера для охлаждения сгустка

Продукт в резервуаре, кг Охлаждение, ч

Продукт Йогурт, кефир, ряженка Сметана, сливочные продукты

Сквашивание, °C В конце, °C

Запас 10 % 15 % 20 % Выносной конденсатор

Требуемый чиллер

32,9

кВт

Тепло продукта, кВт

26,0

Мешалка и притоки, кВт

2,60

Гликоль, °C

0

Расход гликоля, м³/ч

7,48

Подобрать чиллер на 32,9 кВт

Подбор чиллера для молока откроется на сайте производителя xiron.ru

Оборудование не укладывается в калькулятор? Опишите задачу словами — ассистент посчитает нагрузку и подберёт чиллер

Что охлаждаете, сколько и при какой температуре Посчитать и подобрать

Откуда берётся тепло

• Сгусток. Основная нагрузка — физическое тепло продукта: тонны йогурта остывают на 35 °C за несколько часов, и вся эта теплота уходит в рубашку резервуара.
• Мешалка. При охлаждении сгусток осторожно перемешивают, чтобы он отдавал тепло стенке; мощность мешалки переходит в продукт.
• Теплопритоки. Резервуар и трубопроводы гликоля стоят в тёплом цехе; на изолированном танке притоки малы, на неизолированном заметны.

Мешалку и теплопритоки калькулятор учитывает надбавкой 10 % к теплу продукта. Хладоноситель — пропиленгликоль 0 °C, как и для чиллера для охлаждения молока: вода замёрзла бы в рубашке у холодной стенки.

Формула

Q_п = M × c × (t₁ − t₂) / (3600 × τ)

Q = Q_п × 1,1 × (1 + k)

V = Q / (1,10 × Δt)

• Q_п — тепло продукта, кВт; M — масса продукта в резервуаре, кг; c — теплоёмкость: йогурт, кефир, ряженка 3,9, сметана 3,3 кДж/(кг·°C).
• t₁, t₂ — температура после сквашивания и в конце охлаждения, °C; τ — время охлаждения, ч.
• 1,1 — надбавка на мешалку и теплопритоки; k — запас, доля.
• V — расход гликоля, м³/ч; Δt — нагрев гликоля в рубашке, принят 4 °C; 1,10 — теплоёмкость кубометра 30 % пропиленгликоля, кВт·ч/(м³·°C).

Резервуарный способ даёт пик нагрузки: в первый час стенка снимает тепло быстрее, чем в последний, и среднее за время охлаждения ниже пика. Запас 15 % и буферная ёмкость гликоля сглаживают его; как считать бак, показывает расчёт объёма бака-аккумулятора. Если резервуаров несколько и они охлаждаются одновременно, нагрузки складывают.

Пример расчёта

Резервуар с 2000 кг йогурта, сквашивание при 42 °C, охлаждение до 6 °C за 3 ч, запас 15 %.

1. Тепло продукта: Q_п = 2000 × 3,9 × (42 − 6) / (3600 × 3) = 280 800 / 10 800 = 26,0 кВт.
2. Мешалка и притоки: 26,0 × 0,1 = 2,60 кВт.
3. С запасом: Q = (26,0 + 2,60) × 1,15 = 32,89 кВт, округлённо 32,9 кВт.
4. Расход гликоля: V = 32,89 / (1,10 × 4) = 7,48 м³/ч.

Типовые ошибки

• Считать по суточному объёму. Если тепло всей смены разделить на 24 часа, чиллер выйдет втрое меньше нужного, а сгусток к утру перекиснет; считают по одному резервуару и его времени охлаждения.
• Вода вместо гликоля в рубашке. Чтобы остудить сгусток до 5 °C, в рубашку нужен хладоноситель около 0 °C, и вода в ней замёрзнет; концентрацию раствора считает расчёт концентрации гликоля.
• Общий чиллер с пастеризатором без запаса. Охлаждение молока после пастеризации и охлаждение сгустка совпадают по времени; нагрузки складывают — расчёт потока в задаче о чиллере для охлаждения после пастеризации.
• Не учесть время на CIP-мойку. Резервуар между партиями моют горячим раствором, и первая порция гликоля после мойки греет тёплую стенку: пик нагрузки выше расчётного, поэтому бак гликоля не уменьшают.

Если после охлаждения продукт дозревает в камере, её считают отдельно — задача о чиллере для холодильной камеры.

Вопросы и ответы

Сколько холода нужно, чтобы охладить йогурт в резервуаре?

Чтобы охладить 5000 кг йогурта с 42 до 5 °C за 3 часа, нужно около 67 кВт на продукт при теплоёмкости 3,9 кДж/(кг·°C), с надбавкой 10 % на мешалку и запасом 15 % — около 85 кВт. Чем короче время охлаждения, тем больше чиллер.

Почему кисломолочные продукты охлаждают гликолем, а не водой?

Кисломолочные продукты охлаждают пропиленгликолем 0 °C, потому что продукт нужно довести до 4–6 °C через рубашку резервуара, а вода от чиллера 5 °C не даст такой температуры, и у холодной стенки она бы замёрзла. Гликоль греется в рубашке на 4 °C.

Зачем кисломолочный продукт охлаждают быстро?

Сгусток охлаждают за два-четыре часа, потому что при температуре сквашивания кислотность продолжает расти: йогурт и ряженку сквашивают при 40–42 °C, кефир при 20–25 °C, и только при 4–6 °C процесс останавливается. Задержка даёт перекисший продукт.