Чиллер для маргарина и спредов: расчёт кристаллизатора

Чиллер для линии маргарина и спредов рассчитывают по производительности кристаллизатора: горячая эмульсия 45–50 °C за секунды остывает в скребковом теплообменнике до 10–15 °C, и к теплу охлаждения добавляется теплота кристаллизации жира. Калькулятор считает холодопроизводительность по килограммам в час, жирности продукта и температурам, прибавляет привод и теплопритоки и показывает температуру гликоля.

Откуда берётся тепло

• Охлаждение эмульсии. Водно-жировая эмульсия после пастеризации приходит на кристаллизатор горячей; чем больше в продукте воды, тем выше теплоёмкость и тем больше тепла на градус.
• Кристаллизация жира. Жировая фаза при охлаждении переходит из расплава в кристаллы и отдаёт теплоту плавления; у маргарина 80 % эта доля сравнима с теплом охлаждения.
• Привод и притоки. Скребковый вал с мотором в десятки киловатт работает на продукт, и часть его мощности уходит в тепло; корпус аппарата принимает тепло цеха.

Привод и теплопритоки калькулятор учитывает надбавкой 10 %. Стенка скребкового теплообменника должна быть намного холоднее продукта, чтобы кристаллы были мелкими, поэтому в рубашку подают гликоль −8 °C; исполнение чиллера для такого режима — в справочнике о низкотемпературном гликолевом чиллере.

Формула

Q_о = G × c × (t₁ − t₂) / 3600

Q_к = G × φ × 80 / 3600

Q = (Q_о + Q_к) × 1,1 × (1 + k)

• Q_о — охлаждение эмульсии, кВт; G — производительность линии, кг/ч; c — теплоёмкость эмульсии, кДж/(кг·°C), таблица ниже; t₁, t₂ — температура эмульсии на входе и продукта на выходе, °C.
• Q_к — кристаллизация жира, кВт; φ — массовая доля жира; 80 — теплота кристаллизации жировой фазы, кДж на кг жира, ориентировочно.
• 1,1 — надбавка на привод и притоки; k — запас, доля.

Если в паспорте кристаллизатора указана холодопроизводительность, её берут как есть: изготовитель заложил в неё и кристаллизацию, и привод. Темперирование шоколадных масс считают похоже, но на воде 12–15 °C — задача о чиллере для темперирования шоколада.

Пример расчёта

Линия маргарина 80 % жирности, 1000 кг/ч, эмульсия 46 °C, продукт на выходе 12 °C, запас 15 %.

1. Охлаждение эмульсии: Q_о = 1000 × 2,2 × (46 − 12) / 3600 = 74 800 / 3600 = 20,78 кВт.
2. Кристаллизация: Q_к = 1000 × 0,8 × 80 / 3600 = 17,78 кВт.
3. Привод и притоки: (20,78 + 17,78) × 0,1 = 3,86 кВт.
4. С запасом: Q = (20,78 + 17,78 + 3,86) × 1,15 = 48,77 кВт, округлённо 48,8 кВт.

Типовые ошибки

• Забыть кристаллизацию. У маргарина она даёт почти половину нагрузки; чиллер по одному охлаждению не вытянет паспортную производительность, и продукт пойдёт мягким.
• Гликоль «потеплее», чтобы сэкономить. При −2 °C вместо −8 °C стенка кристаллизатора теплее, кристаллы крупнее, маргарин крупитчатый, а производительность падает; температуру гликоля задаёт технолог, а не холодильщик.
• Общий контур с пастеризатором на воде. Пастеризатору нужна вода 2–5 °C, кристаллизатору — гликоль −8 °C; один чиллер на обе задачи ставят на гликоле, а воду получают через теплообменник, как разобрано в справочнике о чиллере на две температуры.
• Раствор гликоля на −10 °C. При гликоле −8 °C у стенки испарителя он холоднее на 3–5 °C, и слабый раствор схватится; концентрацию берут по расчёту концентрации гликоля с запасом.

Масло перед кристаллизацией иногда выдерживают для удаления восков — задача о чиллере для винтеризации масла; смесь мороженого с похожей теплотой кристаллизации считают в задаче о чиллере для производства мороженого.