Чиллер для охлаждения молока: расчёт холодопроизводительности

Чиллер для охлаждения молока должен успевать за потоком из доильного зала: молоко охлаждают до 4 °C прямо в потоке, пока идёт дойка. Калькулятор считает холодопроизводительность по объёму надоя и времени дойки и показывает расход гликоля.

Расчёт чиллера для охлаждения молока

Молока за дойку, л Время дойки, ч

Молоко на входе в теплообменник, °C Запас 10 % 15 % 20 % Выносной конденсатор

Требуемый чиллер

45,3

кВт

Поток молока, л/ч

2 500

Тепло от молока, кВт

39,4

Расход гликоля, м³/ч

10,3

Температура гликоля, °C

0

Подобрать чиллер на 45,3 кВт

Подбор чиллера для молока откроется на сайте производителя xiron.ru

Откуда берётся тепло

• Парное молоко. Оно выходит из доильной установки с температурой около 35 °C, а хранить его можно при 4 °C. Остудить молоко нужно не позднее чем через два часа после дойки.
• Предохлаждение водой. Пластинчатый предохладитель на скважинной воде снижает температуру молока до 15–20 °C и снимает больше половины тепла. Чиллеру остаётся вторая ступень.
• Неравномерность. Молоко идёт два-три часа, два или три раза в сутки. Запаса холода в схеме нет, поэтому чиллер должен закрыть нагрузку дойки целиком. Охлаждение на молокозаводе после пастеризатора считают отдельно — задача об охлаждении после пастеризации.

Отсюда главное правило: расчёт ведут по часовому потоку молока во время дойки, а не по суточному надою.

Чиллер охлаждает раствор пропиленгликоля до 0 °C. Молоко отдаёт тепло гликолю в промежуточном пластинчатом теплообменнике и с хладагентом не соприкасается. Как устроен такой промежуточный контур, разобрано в справочнике о теплообменниках чиллера.

Формула

Поток молока во время дойки:

G = V / τ

G — поток молока, л/ч; V — объём молока за дойку, л; τ — время дойки, ч.

Тепло, которое нужно снять с молока:

Q_м = G × 4,05 × (t_м − 4) / 3600

Q_м — тепло от молока, кВт; 4,05 — теплоёмкость литра молока, кДж/(л·°C); t_м — температура молока на входе в теплообменник, °C; 4 — температура охлаждённого молока, °C; 3600 — число секунд в часе.

Холодопроизводительность чиллера с запасом и расход гликоля:

Q = Q_м × (1 + k)

V_г = Q / (1,10 × 4)

Q — холодопроизводительность, кВт; k — запас в долях единицы, обычно 0,10–0,20; V_г — расход гликоля, м³/ч; 4 — нагрев гликоля в теплообменнике, °C; 1,10 — теплоёмкость кубометра 30 % раствора пропиленгликоля, кВт·ч/(м³·°C); концентрацию под 0 °C подбирают в расчёте концентрации гликоля.

Пример расчёта

Ферма получает 5000 л молока за дойку, дойка длится 2 часа. После предохладителя молоко имеет 18 °C, запас 15 %.

1. Поток молока: 5000 / 2 = 2500 л/ч.
2. Тепло от молока: 2500 × 4,05 × (18 − 4) / 3600 = 39,375 кВт, округлённо 39,4 кВт.
3. Холодопроизводительность с запасом: 39,375 × 1,15 = 45,28 кВт, округлённо 45,3 кВт.
4. Расход гликоля: 45,28 / (1,10 × 4) = 10,3 м³/ч.

Как выглядит установка на 45,3 кВт — компрессоры, потребление, расход, габариты и масса — показано на странице низкотемпературного чиллера 45 кВт на гликоле; температуру гликоля там задают свою.

Типовые ошибки

• Считают по суточному надою. Если разделить надой на 24 часа, нагрузка получится в несколько раз ниже, чем во время дойки. Такой чиллер не успевает за потоком, и молоко уходит в танк тёплым.
• Обходятся без предохладителя. Тогда всё тепло от 35 °C ложится на чиллер. Нагрузка получается более чем вдвое выше, чем после предохлаждения до 18 °C. Смесь мороженого после пастеризатора охлаждают тем же гликолем — задача о чиллере для производства мороженого.
• Не пересчитывают чиллер после замены доильного зала. Новая установка выдаивает то же стадо быстрее, поток молока в час растёт. Надой прежний, а чиллер уже не справляется. Охлаждение молока в танке, а не в потоке, считают по объёму и времени в расчёте времени охлаждения жидкости.
• Опускают температуру гликоля ниже нуля. Молоко замерзает чуть ниже 0 °C. Оно примерзает к пластинам теплообменника, проток падает, и линию приходится останавливать на оттайку. Уставку и защиту от замерзания задают по справочнику о защите чиллера от замерзания.