Двухкорпусная выпарная установка
В результате проведенной работы выполнили проектный расчет двухкорпусной выпарной установки с барометрическим конденсатором пара, расчет полочного конденсатора, создающего во втором корпусе выпарной установки необходимый вакуум за счет конденсации пара при его смешении с холодной водой и проектный расчет туннельной трехзонной сушилки, широко используемых в переработке продуктов питания. При… Читать ещё >
Двухкорпусная выпарная установка (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Задание № 1. Проектный расчет двухкорпусной выпарной установки с барометрическим конденсатором
1. Расчет двухкорпусной выпарной установки
2. Расчет барометрического конденсатора
Задание № 2. Проектный расчет туннельной сушилки
3. Расчет трехзонной сушилки
Заключение
Список использованных источников
Приложение
Введение
Курсовая работа по дисциплине: «Процессы и аппараты пищевых производств» включает выполнение проектных расчетов двух установок, широко используемых в переработке продуктов питания: выпарного аппарата с конденсатором и туннельной трехзонной сушилки. По каждому из этих заданий необходимо:
1. Выполнить проектные расчеты в соответствии с приведенными методическими указаниями;
2. Вычертить на листе формата А3 схемы рассчитываемых установок с указанием на них заданных и расчетных величин массовых и энергетических потоков, параметров и основных конструктивных размеров;
3. Оформить результаты расчетов в виде пояснительной записки.
В первом задании необходимо выполнить проектный расчет трехкорпусной выпарной установки с барометрическим конденсатором пара и расчет полочного конденсатора, создающего во втором корпусе выпарной установки необходимый вакуум за счет конденсации пара при его смешении с холодной водой.
Во втором задании курсовой работы необходимо выполнить проектный расчет туннельной трехзонной сушилки.
Задание № 1
Задача. Рассчитать двухкорпусную выпарную установку непрерывного действия для сгущения томатной массы в количестве G =2,0 кг/с от xн = 5% до xк = 20%. Масса поступает на выпаривание подогретой до температуры кипения. Давление пара, греющего I корпус, pг.п. = 0,13 МПа, остаточное давление вторичного пара, поступающего в барометрический конденсатор, pвт.п. = 13 кПа. Диаметр медных трубок греющей камеры принять 33×1,5 мм.
Общие сведения Выпаривание — процесс частичного удаления растворителя из растворов путем кипения последних. Выпариванию подвергают водные растворы твердых веществ, однако растворителями могут быть и другие жидкости.
Выпаривают такие водные растворы, как соки, эмульсии (молоко), суспензии и пр.
Раствор, подлежащий выпариванию, называется исходным или свежим раствором.
Получаемый в процессе выпаривания раствор называется упаренным раствором, а отводимый пар растворителя — вторичным паром, не содержащим растворенного вещества.
При выпаривании концентрация растворенного вещества (B) в растворе повышается.
При насыщении раствора происходит выпадение твердого вещества, т. е. выпаривание сочетается с кристаллизацией. Образуется неоднородная масса — смесь маточного раствора и твердых кристаллов. Концентрация и вязкость перестают быть однозначными, теперь они соответствуют каждый своей среде (твердой или жидкой).
Выпаривание ведут в технологических устройствах, называемых выпарными аппаратами, которые могут быть однокорпусными и многокорпусными.
При повышении температуры подогревателя органические вещества раствора разлагаются и портят качество конечного продукта.
Для сохранения качества продукта концентрированные растворы выпаривают при пониженных давлениях и, соответственно, меньших температурах. Этот процесс идет под вакуумом и поэтому выпарные аппараты называются вакуум-аппаратами.
Принцип работы барометрического конденсатора Вторичный пар из последнего корпуса направляется в конденсатор смешения (барометрический конденсатора) с целью создания в нем вакуума.
В конденсаторе поднимающиеся вверх пары конденсируются при прохождении через водяные завесы, создаваемые потоком охлаждающей воды, перетекающей с верхних полок на нижние.
Для увеличения поверхности контакта пара с водой в полках имеются отверстия, через которые последняя протекает, образуя струи и капли (в виде дождя).
Резкое уменьшение при конденсации пара занимаемого им объема приводит к созданию вакуума в конденсаторе, а значит, и в соединенном с ним выпарном аппарате.
Теоретически достижимый вакуум (точнее — остаточное давление) соответствует упругости водяного пара над смесью отработанной охлаждающей воды и образовавшегося конденсата.
Реально создается несколько меньший вакуум (остаточное давление на уровне 5000 — 10 000 Па), так как в конденсатор попадают неконденсирующиеся газы.
Точного метода расчета основных размеров барометрического конденсатора смешения не существует.
Его диаметр оценивают по расходу вторичного пара и его скорости в свободном сечении (10 — 15 м/с), а затем по каталогам подбирают ближайший больший (по диаметру) конденсатор.
Число каскадов принимают 5 — 7. Этого достаточно для полной конденсации вторичного пара.
Площадь сегментных вырезов для прохода парогазовой смеси с каскада на каскад составляет 40 — 50% от площади сечения конденсатора.
Расчет двухкорпусной выпарной установки
1. Определяем количество выпариваемой воды. Количество воды, выпаренной в двух корпусах установки, определяем по формуле:
;
W = 2,0(1? 5/20) = 1,5 кг/с.
2. Выбираем и обосновываем выбор соотношения выпариваемой воды по корпусам установки.
W1: W2 = 2:1.
Тогда количество воды, выпариваемой по корпусам, составит:
в I корпусе W1 = 1,5 · 2/(1 + 2) = 1 кг/с;
во II корпусе W2 = 1,5 · 1/(1 + 2) = 0,5 кг/с.
Проверяем правильность распределения расходов воды. Должен выполняться баланс:
W=W1+W2=1+0,5 = 1,5 кг/с.
3. Определяем расход продукта поступающего во второй корпус. Расход продукта G1, перетекающего из первого корпуса во второй:
G1= G — W1=2,0 — 1 = 1 кг/с, а конечного (сгущенного) продукта G2:
G2 = G — W= 2,0 — 1,5 = 0,5 кг/с.
4. Определяем конечную концентрацию сгущенной массы. Определяем конечную концентрацию сгущенной массы в каждом корпусе по формуле:
xк=GХн/(G-W1-…Wn);
в I корпусе:
xкI = 2,0 · 5/(2,0? 1) = 10%;
во II корпусе:
xкII = 2,0 · 5/(2,0 — 1 — 0,5) = 20%;
Распределение давления пара по корпусам. Найдем величину затраченного на выпаривание:
Находим величину давления по каждому корпусу:
Термодинамические параметры соответствующие найденным давлениям в корпусах установки методом интерполяции, находим в Приложение 1, 2, и результаты заносим в табл. 1.1:
Таблица 1.1
Термодинамические параметры пара по корпусам установки
Давление, Р, кПа | Температура насыщенного водяного пара, t, оС | Теплота фазового перехода, r, кДж/кг | ||
Греющий пар | 106,89 | 2238,79 | ||
I корпус | 71,5 | 90,15 | 2281,75 | |
II корпус | 50,86 | 2379,72 | ||
5−6. Рассчитываем температурные потери по корпусам. Температурные потери от физико-химической депрессии в зависимости от концентрации томатной массы и давления в корпусе определяем по формуле для томатных соков:
где xк? концентрация сухих веществ, %;
р — давление в корпусе или давление соответствующее температуре кипения раствора в корпусе, кПа.
Для I корпуса значение физико-химической депрессии для сгущаемого томатного сока:
?ф-х I = 0,025 •101,1 • 71,5 0,17 = 0,65°С.
Во втором корпусе, на момент определения депрессий примем, что давление соответствует остаточному давлению паров входящих в барометрический конденсатор, т. е. 16 кПа.
Для II корпуса значение физико-химической депрессии:
?ф-х II = 0,025 • 201,1 • 130,17 = 1,04°С, следовательно, по двум корпусам:
?ф-х = 0,65 + 1,04 = 1,69°С.
Температурные потери от гидростатической депрессии примем равными
1,5 °С на каждый корпус. Тогда для двух корпусов:
?г-с = 1,5 • 2 = 3 °C.
Температурные потери от гидравлической депрессии примем равными 1 °C на каждый корпус. Тогда для двух корпусов:
?г = 1 • 2 = 2 °C.
Сумма всех температурных потерь на выпарной установке равна:
? = 1,69 + 3 + 2 = 6,69°С.
7. Определяем полную и полезную разность температур. Полная разность температур в выпарном аппарате — это разность между температурами греющего пара и кипящего раствора, т. е.
;
В многокорпусной выпарной установке полная разность температур определяется как разность между температурами пара, греющего первый корпус, и вторичного пара, входящего в корпус конденсатора:
.
Полезная разность температур на установке меньше полной на величину температурных потерь, вызываемых физико-химической, гидростатической и гидравлической депрессиями:
.
Полная разность температур:
?tполн = 106,89 — 50,86 = 56,03 °С.
Полезная разность температур:
?tполезн = 56,03? 6,89 = 49,14 °С.
°С.
°С.
8. Рассчитываем коэффициенты теплопередачи по корпусам.
K = ?1 ?2/(?1+?2);
где ?1 — коэффициент теплоотдачи от греющего пара к стенке труб;
?2 — коэффициент теплоотдачи от кипящего раствора к стенкам труб.
Коэффициент теплоотдачи ?1 для I корпуса при tгр.п. = 106,89°С (табл.1.1) определяем по формуле и он составит:
?1 = 1163(1,9 + 0,04 · 106,89) = 7182,22 Вт/(м2К) Для определения ?2, используем формулу:
где А2 — коэффициент определяемый методом интерполяции (Приложение 3), q — удельный тепловой поток выпарного аппарата, находится по формуле:
где Wп — количество выпаренной воды в соответствующем аппарате, кг/с;
r — теплота фазового перехода, кДж/кг, определяется по табл.1., для соответствующего корпуса;
F — площадь теплообменной поверхности соответствующего выпарного аппарата Показатель А2 также находим, если воспользоваться таблицей Приложение 3, где при xкI = 10 мас. % и температуре кипения раствора tрI = 92,25 ° С используя метод интерполяции получим A2 = 479,45.
Тогда:
?2 = 479,45 · (45,63)0,6 = 4745,64Вт/(м2· К);
KI = 7182,22 · 4745,63/(7182,22 + 4745,63) = 2857,53 Вт/(м2К).
С учетом загрязнения KI = 2857,53 0,9= 2571,78 Вт/(м2К).
Для II корпуса:
?1 = 1163(1,9 + 0,04 · 90,15) = 6403,48 Вт/(м2· К).
При концентрации раствора хкII = 20 мас. % и tрII = 53,4°С, получаем А2 = 283,94, используя метод интерполяции. Тогда:
?2 = 283,94 · 23,80,6 = 1901,83Вт/(м2К)
КII = 6403,48 · 1901,83 /(6403,48 +1901,83) = 1466,33Вт/(м2К).
С учетом загрязнения:
КII =1466,33 · 0,9 = 1319,7 Вт/(м2К).
9. Определяем тепловые нагрузки по корпусам с учетом тепловых потерь. Так как томатная масса подается на выпарку подогретой до температуры кипения, тепловая нагрузка на I корпус будет:
QI = W1r1· 1,05;
QI= 1 · 2281,75 · 103 · 1,05 = 2395,84 · 103 Вт.
Во II корпус, работающий под меньшим давлением, томатная масса поступает перегретой, и при самоиспарении из нее выделяется часть воды в виде вторичного пара. Тогда тепловая нагрузка на II корпус:
=[0,5 · 2379,72 · 103 — 1 · 3150 · (92,25 — 53,4)]· 1,05= 1120,86· 103 Вт, где с = 3150 Дж/(кгК) — теплоемкость томатной массы.
10. Определяем расход греющего пара поступающего только в I корпус:
11. Определяем удельный расход пара приходящейся на 1 кг выпаренной воды:
d1 = D1/W= 1,05 / 1,5 = 0,7 кг на 1 кг воды.
12. Определяем распределение полезной разности температур по корпусам. Распределение полезной разности температур находится из условия одинаковой поверхности нагрева по корпусам. Полезную разность температур определяем по формуле:
Для I корпуса:
?tполезнI = [(49,14 · 2395,84• 103 / 2857,53) / [(2395,84· 103 /2857,53) + (1120,86 · 103 / 1319,7)] = 24,41 °С.
Для II корпуса:
?tполезнII = [(49,14 · 1120,86 · 103 / 1319,7) / [(2395,84 · 103 / 2857,53) + (1120,86 · 103 / 1319,7)] = 24,73 °С.
Проверяем общую полезную разность температур:
??tполезн = ?tполезнI + ?tполезнII = 24,73 + 24,41 = 50,86°С.
Что указывает на правильность ее распределения.
13. Определяем поверхности нагрева по корпусам выпарной установки по формул:
Для I корпуса:
FI = 2395,84 · 103 / (2857,53 · 24,41) = 45,72 м²;
Для II корпуса:
FII= 1120,86 · 103 / (1319,7• 24,73) = 34,35 м².
Расчет барометрического конденсатора
1. Определяем термодинамические параметры воды и водяного пара. Температуру воды на входе в барометрический конденсатор принимаем tвх. к=15 ?С. Температуру воды, уходящей из корпуса конденсатора, принимаем на 3? ниже температуры насыщенного пара (табл.1.1), уходящего из конечного корпуса выпарной установки, т. е.
tвых, к.= tвт.п.II -3 = 50,86 — 3= 47,86 оС .
Теплоемкость воды [св, Дж/(кг К)] при средней температуре находим из табл. Приложение 3, св=4187 Дж/кгК.
Энтальпия водяного пара (i, Дж/кг), поступающего на конденсациюопределяется по табл. Приложение 2 при давлении конденсации Рконд=Рвт.п. В нашем случае Рконд=Рвт.п. =13 кПа:
i = 2592,61 кДж/кг.
2. Определяем расход воды. Расход воды (кг/с) на полную конденсацию насыщенного пара в однокорпусном конденсаторе рассчитываем по формуле:
где Wn — количество конденсирующегося пара, поступающего из последнего корпуса выпарной установки. В нашем случае Wn = W2.
3. Определяем объем пара. Объем пара, проходящего через конденсатор,
находим по формуле:
где? — плотность пара, кг/м3, рассчитываем методом интерполяции (табл. Приложение 8)
4. Рассчитываем диаметр корпуса. Задаем скорость движения пара в корпусе конденсатора? п = 18 22 м/с и рассчитываем диаметр его корпуса по формуле:
м.
Округляем расчетный диаметр корпуса конденсатора до ближайшего большего по каталогу или по типовому ряду размеров, кратному 0,2, и получаем 0,6 м.
5. Определяем высоту слоя воды. Высоту слоя воды на полке рассчитываем по формуле:
где b — ширина полки конденсатора, определяемая по формуле:
.
6. Определяем начальную скорость истечения воды. Начальная скорость истечения воды с первой полки определяется:
где ?в — плотность воды (кг/м3) (табл. Приложение 4)
7. Определяем среднюю скорость истечения воды. Средняя скорость истечения воды с полки:
где Н — расстояние между полками и определяется, как:
Н = 0,35· dк = 0,35· 0,6 = 0,21 м.
8. Определяем эквивалентный диаметр струи. Эквивалентный диаметр струи рассчитывается:
где м.
9. Определяем температуру воды, уходящую с первой полки. Температуру воды, уходящую с первой полки, tв.1, находим из уравнения:
=
==
=
?С.
10. Определяем число необходимых ступеней конденсации. Число необходимых ступеней конденсации рассчитываем по формуле:
.
Число полок в конденсаторе принимаем на единицу больше, т. е. 19.
11. Определяем внутренний диаметр барометрической трубы. Внутренний диаметр барометрической трубы определяем по формуле:
12. Определяем высоту барометрической трубы:
где Pразр — разряжение в конденсаторе (Pразр = Ратм — Рконд), кПа,
Ратм — атмосферное давление, кПа;
?? — сумма коэффициентов сопротивления местных потерь напора (принимается 1,5);
? — коэффициент сопротивления трению на прямом участке трубы (для технически шероховатых труб принимаем 0,02 0,04);
Но — ориентировочная высота барометрической трубы (принимается 10 м);
dб — внутренний диаметр барометрической трубы, м.
м.
С учетом погружения на 1 м в сборник воды, принимаем высоту барометрической трубы 10,57 м.
13. Определяем количество воздуха. Количество воздуха, откачиваемого из конденсатора вакуум-насосом определяем по эмпирической формуле:
14. Определяем температуру воздуха. Температуру воздуха определяем по формуле:
15. Определяем парциальное давление воздуха в конденсаторе. Согласно табл. Приложение 5 и 8, при температуре воздуха 22,29?С парциальное давление водяного пара в воздухе Рпарц = 2690,3 Па, по методу интерполяции. Тогда парциальное давление воздуха в конденсаторе:
Рвозд = Рконд — Рпарц = 13 000 — 2690,3 = 10 309,7 Па.
16. Определяем объем воздуха, откачиваемого насосом:
.
Задание № 2
выпарной установка сушилка конденсатор Задача. Рассчитать трехзонную туннельную сушилку для мармелада. Производительность по готовому продукту Gк = 950 кг/ч. Удельная теплоемкость абсолютно сухого вещества в мармеладе сс.м.= 1,672 кДж/кг К. Влажность мармелада (на общую массу) начальная Wн= 33%, конечная Wк = 23%. Длительность сушки 6 часов. Сушка производится на стальных вагонетках, перемещающихся в подвешенном состоянии. На каждой из них помещается 19 решет с материалом. Масса решета 0,40 кг, масса вагонетки 21 кг. Длина вагонетки 1,30 м, высота — 1,34 м, ширина — 0,60 м.
Вместимость решета по высушенному материалу — 4,7 кг. В сушилке осуществляется переменный режим сушки по зонам. В каждой зоне происходит возврат части отработавшего воздуха и имеется самостоятельная калориферно — вентиляционная система. Температура свежего воздуха tсв = 20 оС, влажность, 60%, температура в цехе tц = 20 оС. Остальные необходимые для выполнения расчетов параметры даны в табл. П. 2.1 — П. 2.5 приложения 2, а также табл 2.1. и 2.2.
Общие определения и понятия Сушка — это процесс или способ разделения однородных или неоднородных систем, заключающийся в удалении влаги с использованием тепловых и диффузионных явлений.
В процессе сушки влага материала передается сушильному агенту и вместе с ним удаляется из рабочей зоны сушилки.
Этим сушка отличается от других способов удаления влаги — механического (отжим в прессах или центрифугах) и физико-химического, основанного на применении водоотнимающих средств.
Сушке могут подвергаться твердые материалы (кристаллические, такие, как сахар, соль и др.), коллоидно-дисперсные (эластичные и хрупкие гели и капиллярно-пористые тела).
Процесс сушки Процесс сушки включает нагревание сушильного агента и приведение его в соприкосновение с высушиваемым материалом в сушильной камере.
Процесс сушки происходит в три этапа:
1) перемещение влаги из глубины тела к поверхности (процесс влагопроводности);
2) парообразование на поверхности материала (процесс влагоотдачи);
3) перемещение пара в окружающем воздухе.
В начале сушки материал подогревается, и скорость массового потока удаляемой влаги возрастает от нуля до некоторой постоянной величины. В этот период удаляется влага, механически связанная с материалом (поверхностная и капиллярная).
Процесс продолжается. В этот период температура материала, покрытого влагой, равна температуре мокрого термометра. Во втором периоде скорость сушки (потери влаги материала) уменьшается. В этот период удаляется влага, более прочно связанная с материалом, в частности, адсорбированная.
В первом периоде сушки движущей силой процесса является разность давления насыщенного пара или давления в пограничном слое материала и парциального давления пара в окружающей среде (рн-рв). В этот период скорость диффузии не влияет на скорость сушки.
Во втором периоде сушки давление паров вблизи поверхности материала ниже равновесного, и определяющее влияние на скорость сушки оказывает диффузия влаги в нем.
Расчет трехзонной туннельной сушилки
1. Определение расхода испаренной влаги и продукта. Расход испаренной влаги по всей установке (U, кг/с):
где Gн и Gк — массовые расходы высушиваемого продукта до (в начале) и после (в конце) сушки, кг/ч (производительность сушилки):
где Wн и Wк — влажность продукта до и после сушки.
Таблица 2.1
Распределение влажности продукта по зонам сушки
Вид продукции | Параметр | Зоны сушилки | |||
Мармелад | Влажность W1 на входе | 28,5 | |||
Влажность W2 на выходе | 28,5 | ||||
Длительность сушки,, ч | 1,5 | 1,5 | |||
Расход испаренной влаги в первой зоне сушки:
кг/ч где Wн1 и Wк1 — влажность продукта на входе и выходе зоны 1 (задана в табл.2.1 и табл. П. 2.4 Приложение 2).
Расход продукта на выходе из первой зоны :
кг/ч.
Расход продукта на входе во вторую зону:
Gн2=Gк1=1023,08 кг/ч.
Расход испаренной влаги во второй зоне:
кг/ч.
Таблица 2.2.
Распределение параметров воздуха по зонам сушки
Вид продукции | Параметр | Значения параметров воздуха по зонам | ||||||
вход tН1 | выход tК1 | вход tН2 | выход tК2 | вход tН3 | выход tК3 | |||
Мармелад | Температура, оС | |||||||
Относительная влажность воздуха,, % | ; | ; | ; | |||||
Удельный расход теплоты в окружающую среду на 1 кг испаряемой влаги, q о.с. кДж/кг | ; | ; | ; | |||||
Расход продукта на выходе из второй зоны:
кг/ч.
Расход продукта на входе в третью зону:
Gн3=Gк2=962,5 кг/ч.
Расход испаренной влаги в третьей зоне:
кг/ч.
Расход продукта на выходе из третьей зоны:
кг/ч.
Проверка по общему расходу влаги:
2. Определяем габаритные размеры сушильной камеры по зонам. Определение габаритных размеров сушильной камеры зависит от производительности и длительности сушки.
Вначале определяем вместимость зон по высушиваемому материалу:
где N — число туннелей в зоне (петель-проходов одной вагонетки по зоне);
? — длительность сушки, ч (по зонам, задано).
Для 1 зоны. Принимаем N1 = 1, тогда вместимость:
кг.
Для 2 зоны. Принимаем N2 = 2 (так как вагонетка в зоне делает две петли) и вместимость равна:
кг.
Для 3 зоны. Принимаем N3 = 1 и вместимость третьей зоны:
кг.
3. Определяем число вагонеток в зонах. Число вагонеток (n), находящихся в зонах сушки вычисляют по формуле:
где qг — вместимость вагонетки по высушенному материалу:
кг;
q — масса сухого продукта на решете (из условия задачи);
nр — число решет на вагонетке (из условия задачи).
Число вагонеток в первой зоне сушилки:
Число вагонеток во второй зоне сушилки:
Число вагонеток в третьей зоне:
4. Определяем длину туннеля. Длина туннеля каждой зоны
определяется по формуле:
где l — длина вагонетки, м;
l0 — дополнительная длина туннеля, необходимая для образования зазоров между вагонетками и между вагонеткой и дверями:
м Длина туннеля первой зоны: м Длина туннеля второй зоны:
Длина туннеля третьей зоны: м.
Длину сушильной камеры для размещения каналов всех зон подбирается по максимальному значению, т. е. 24.05 м.
5. Определяем ширину туннелей. Ширину туннелей зон сушки можно определить по формуле:
где b — ширина вагонетки, м;
b0 — зазоры между вагонетками и боковыми стенками туннеля, принимается
b0 = (0,04…0,07), м;
Выбираем b0 = 0,05 м.
Для первой и третьей зоны:
Для второй зоны, имеющей две петли движения:
Ширина сушильной камеры для размещения каналов всех зон
6. Определяем высоту туннеля. Высота туннеля находится по формуле:
где h — высота вагонетки, м;
h0 — зазор между вагонеткой и потолком туннеля (определяется
конструктивными особенностями туннеля). Примем ho = 0,07 м.
Для всех зон сушки высота туннеля будет:
7. Определяем удельный расход теплоты на нагревание материала, предварительно, находим полный расход теплоты на нагревание материала в сушильной камере Qм, кДж/ч:
где Gк — расход высушиваемого материала на выходе из сушилки по каждой зоне, кг;
c — удельная теплоемкость высушиваемого материала в соответствующей зоне сушки, кДж/кгК;
t км, tнм — температуры высушиваемого продукта на входе в зону сушки (для первой зоны — температура цеха) и на выходе из нее.
а) Находим теплоемкость материала для каждой зоны:
где cв — удельная теплоемкость воды, cв =4187 Дж/(кгК);
cсух.вещ. — удельная теплоемкость сухого вещества материала (из условия задачи);
WК — влажность продукта после сушки, %.
б) Находим, предварительно, теплоемкости материала по зонам
сушки, кДж/(кгК):
для 1-й зоны:
для 2-й зоны:
для 3-й зоны:
в) Находим температуру материала на выходе из каждой зоны сушилки, оС. Допускаем, что при перекрестном движении материала и воздуха температура на (2…3) оС ниже средней температуры воздуха в зоне. Примем эту потерю t равной t1 = 3 С; t2 = 2,5 С; t3 = 2 oC.
Тогда для 1-й зоны:
;
для 2-й зоны:
;
для 3-й зоны:
;
где tН — температура воздуха выходящего из калорифера в соответствующей зоне;
tК — температура воздуха в конце зоны перед калорифером последующей зоны.
г) Находим температуру материала на входе в зону сушки:
— для 1-й зоны: С;
— для 2-й зоны: С;
— для 3-й зоны: С.
д) Находим расход теплоты на нагревание высушиваемого материала:
для 1-й зоны:
для 2-й зоны:
для 3-й зоны:
И тогда, удельный расход теплоты на нагревание материала по
зонам сушки, определяемый по формуле:
для 1-й зоны будет равен:
для 2-й зоны:
для 3-й зоны:
8. Определяем удельный расход теплоты на нагревание транспортных приспособлений. Предварительно находим полный расход теплоты на нагревание транспортных приспособлений (вагонеток и решет) по формуле:
где Gтр. — масса транспортных приспособлений проходящих через камеру сушки, кг/ч;
см.тр — удельная теплоемкость материала из которого изготовлены транспортные средства, в большинстве случаев это пищевая сталь, разрешаемая для прямых контактов с неупакованными пищевыми материалами, см. тр = 0,481 кДж/(кгК);
tК.тр, tН. тр — температуры транспортных приспособлений на входе и выходе из сушильной камеры или ее зоны. На входе в первую зону температура транспортных средств равна температуре цеха.
Для расчетов по этой формуле предварительно определяем значения следующих параметров:
а) Массу транспортных приспособлений, проходящих через камеру сушки, кг/ч:
где n — количество вагонеток в зоне, шт;
q в+р — сумма масс одной вагонетки и решет на ней, кг, определяем как:
;
— нахождение продукта в соответствующей зоне сушки, с.
Для 1-й зоны:
кг/ч;
для 2-й зоны:
кг/ч;
для 3-й зоны:
кг/ч.
б) Температуру транспортных приспособлений на выходе из каждой зоны. При перекрестном движении воздуха и продукта температура равна средней температуре воздуха в зоне:
где tH, tK — температуры воздуха на входе и выходе зоны сушки (по условию задачи).
Для 1-й зоны: С;
для 2-й зоны: С;
для 3-й зоны: С;
в) Температуру транспортных приспособлений на входах в зоны сушки:
для 1-й зоны: С;
для 2-й зоны: С;
для 3-й зоны: С;
г) Расход теплоты на нагревание транспортных приспособлений по зонам сушки:
для 1-й зоны:
для 2-й зоны:
для 3-й зоны:
д) Удельный расход теплоты на нагревание транспортных приспособлений по зонам qтр, кДж/(кг исп. влаги):
для 1-й зоны: ;
для 2-й зоны: ;
для 3-й зоны: кДж/кг.
9. Определяем поправки расхода теплоты. Этот расчет поправки расхода теплоты, т. е. дополнительный ее расход в необходим, чтобы учесть потери, связанные с конструкцией действительной сушилки:
где св — теплоемкость воды, кДж/(кг К);
t Н. м — температура материала на входе в соответствующую зону сушилки, оС
qд — добавочная теплота, вводимая в сушилку вследствие реакций в продукте в процессе сушки, кДж/(кг исп. влаги). По условию добавочная теплота в сушильную камеру не подводится.
qм, qтр — удельные расходы теплоты на нагревание материала и транспортных приспособлений, кДж/(кг исп.вл.);
qо.с — удельные потери теплоты в окружающую среду в кг/(кг исп. влаги) (по условию задачи в табл. 2.2, для курсовой работы П. 2.5 приложения 2).
Расчет поправок по зонам сушилки, кДж/(кг исп.вл.):
для первой зоны:
для второй зоны:
для третьей зоны :
10. Определяем удельное влагосодержания свежего воздуха. Удельное влагосодержание свежего воздуха хо, кг/(кг сух. возд.), находим по формуле:
где 0 — относительная влажность свежего воздуха; по условию задачи равна 65% ;
Рб — барометрическое давление, равно 98 100 Па, для всех вариантов заданий;
— давление насыщенных паров воды в воздухе, определяется по табл.
Приложение 5, = 2336,8Па при температуре 20 оС.
11. Определяем удельное влагосодержание отработанного воздуха по зонам сушки:
для 1-ой зоны, при К1 = 30% (из условия задачи табл. 2.2. и для всех
вариантов табл. Приложения 2) и = 15 740Па при температуре на
выходе из зоны сушки равной 55оС (определяется по табл. Приложение 6), равно:
кг/(кг сух.возд.);
для 2-ой зоны при К2 = 26% и = 22 854 Па при температуре воздуха на выходе из зоны сушки 63оС, равно:
кг/(кг сух. возд);
Для 3-ей зоны при К3 = 10% и = 28 561 Па при температуре на выходе из зоны сушки 68оС, равно:
кг/(кг сух. возд).
12. Определяем удельный расход свежего воздуха по зонам:
;
для 1-й зоны: кг/(кг исп. вл);
для 2-й зоны: кг/(кг исп. вл);
для 3-й зоны: кг/(кг исп. вл).
13. Определяем расход свежего воздуха по зонам:
;
для первой зоны: кг/ч;
для второй зоны: кг/ч;
для третьей зоны: кг/ч.
14. Определяем удельное влагосодержание смеси. Удельное влагосодержание смеси свежего и отработавшего воздуха по зонам определяем по формуле:
где iК — удельная энтальпия отработавшего воздуха по зонам, кДж/(кгсв.созд.);
сс.в. — удельная теплоемкость сухого воздуха, в интервале температур от 0? 70 оС теплоемкость сс.в.= 1,005 кДж/(кг· К), а от 70? 120 оС теплоемкость сс.в. = 1,009 кДж/(кг· К) ;) (табл. Приложение 7, табл. Приложение 5);
tН — температура воздуха на входе в зону сушилки, оС;
r0 — скрытая теплота парообразования воды определяется по табл. Приложение 9, в зависимости от температуры;
сn — удельная теплоемкость пара определяется по табл. Приложение 9, в зависимости от температуры воздуха.
15. Удельную энтальпию отработавшего воздуха iк, кДж/(кгсв. воздуха) по зонам сушки, определяем по формуле:
;
для 1-й зоны сушки:
где все параметры находят при температуре 55 оС: сn =1, 92 кДж/кгК;
сс.в.= 1,005 кДж/(кг· К); r0 = 2370,45 кДж/к, находим методом интерполяции
(табл. Приложение 9)
Для 2-й зоны сушки:
где все параметры находят при температуре 63 оС: сn =1, 94 кДж/кгК;
сс.в.=1,005 кДж/(кг· К); ro = 2351,02 кДж/кг методом интерполяции (табл. Приложение 9)
для 3-й зоны сушки:
где все параметры находят при температуре 68 оС :
сс.в.=1,005 кДж/(кг· К); r0 = 2338,7 кДж/кг, сn =1, 95 кДж/кгК, находим
методом интерполяции (табл. Приложение 9)
16. Определяем удельное влагосодержание смеси по зонам:
для 1-й зоны сушки:
При высчитываем методом интерполяции.
для 2-й зоны сушки:
При высчитываем методом интерполяции.
для 3-й зоны сушки:
При высчитываем методом интерполяции.
17. Определяем удельный расход циркулирующего воздуха. Удельный расход циркулирующего воздуха ln по зонам определяем по формуле:
для 1-й зоны:
;
для 2-й зоны:
для 3-й зоны:
18. Определяем расход циркулирующего воздуха. Полный расход циркулирующего воздуха по зонам сушки определяем по формуле:
Подставив ранее полученные компоненты формулы, получаем полный
расход циркулирующего воздуха по зонам сушки:
для 1-й зоны:
для 2-й зоны:
для 3-й зоны:
19. Определяем кратность смешения по зонам:
для 1-й зоны: ;
для 2-й зоны: ;
для 3-й зоны: .
20. Определяем удельную энтальпию смеси перед калорифером по зонам. Для этого сначала определяем удельную энтальпию свежего воздуха i0, кДж/(кг свеж. воздуха):
где tс.в. — температура свежего воздуха (из условия задачи), tс.в.=20 оС;
х0 — удельное влагосодержание свежего воздуха
r0 — скрытая теплота парообразования воды при температуре 20 оС, r0 = 2453,8 кДж/кг (табл. Приложение 9);
сп — теплоемкость пара при температуре 20 оС,
сп = 1,86 кДж/кгК.
Затем, находим удельную энтальпию смеси воздуха перед калорифером по зонам iНсм, кДж/(кг свеж. воздуха):
для 1-й зоны:
для 2-й зоны:
для 3-й зоны:
А также, удельную энтальпию смеси iКсм после калориферов, кДж/(кг свеж. воздуха):
для 1-й зоны:
для 2-й зоны: ;
для 3-й зоны: .
И наконец, находим удельный расход теплоты в калорифере по зонам, кДж/(кг исп. вл):
для 1-й зоны:
;
для 2-й зоны:
;
для 3-й зоны:
.
21. Определяем полный расход теплоты в калорифере по формуле:
Полный расход теплоты в калорифере по зонам:
для 1-й зоны:
для 2-й зоны:
для 3-й зоны:
Заключение
В результате проведенной работы выполнили проектный расчет двухкорпусной выпарной установки с барометрическим конденсатором пара, расчет полочного конденсатора, создающего во втором корпусе выпарной установки необходимый вакуум за счет конденсации пара при его смешении с холодной водой и проектный расчет туннельной трехзонной сушилки, широко используемых в переработке продуктов питания.
Список использованных источников
1. Малахов, Н. Н. Процессы и аппараты пищевых производств/ Методические указания по выполнению курсовой работы/Н.Н.Малахов. — Орел: ОрелГТУ, 2002.-71 с.
2. Малахов, Н. Н. Процессы и аппараты пищевых производств/ Учебник /Н.Н. Малахов, Ю. М. Плаксин, В. А. Ларин. — Орел: ОрелГТУ, 2001. — 551с.
3. Павлов, К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии / К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков. —Л.: Химия, 1976.-551 с.
Приложение 1
Водяной пар в состоянии насыщения по температуре
Температура t0С | Давление, Р, кПа | Теплота парообразования r, кДж/кг | Энтальпия пара i?, кДж/кг | Энтальпия жидкости i, кДж/кг | Плотность ?, кг/м3 | |
1,23 | 2476,9 | 2518,7 | 41,99 | 0,0094 | ||
2,34 | 2453,0 | 2536,7 | 83,86 | 0,0173 | ||
4,24 | 2429,6 | 2555,1 | 125,66 | 0,0304 | ||
7,35 | 2405,7 | 2573,1 | 167,45 | 0,0511 | ||
12,35 | 2381,8 | 2591,1 | 209,26 | 0,0830 | ||
19,92 | 2357,6 | 2608,7 | 251,09 | 0,1301 | ||
31,10 | 2332,9 | 2625,9 | 292,97 | 0,1979 | ||
47,40 | 2307,7 | 2642,6 | 334,92 | 0,2929 | ||
71,0 | 2282,2 | 2658,9 | 376,94 | 0,4229 | ||
101,30 | 2256,3 | 2675,3 | 419,06 | 0,5974 | ||
143,26 | 2230,5 | 2691,8 | 461,32 | 0,8254 | ||
198,54 | 2202,9 | 2706,6 | 503,70 | 1,1199 | ||
270,12 | 2174,4 | 2720,7 | 546,30 | 1,4959 | ||
361,36 | 2144,9 | 2734,0 | 589,10 | 1,9656 | ||
475,97 | 2114,1 | 2746,3 | 632,20 | 2,5471 | ||
618,04 | 2082,2 | 2757,7 | 675,50 | 3,2589 | ||
792,02 | 2048,9 | 2768,0 | 719,10 | 4,1276 | ||
1002,70 | 2014,0 | 2777,1 | 763,10 | 5,1596 | ||
Приложение 2
Водяной пар на линии насыщения по давлению
Давление Р, кПа | Температура t, 0С | Энтальпия пара i?, кДж/кг | Теплота фазового перехода r, кДж/кг | Энтальпия жидкости i, кДж/кг | |
45,83 | 2584,4 | 2393,6 | 191,84 | ||
54,00 | 2598,9 | 2372,6 | 225,98 | ||
60,09 | 2609,6 | 2358,1 | 251,46 | ||
64,99 | 2618,1 | 2346,1 | 271,99 | ||
69,12 | 2625,3 | 2336,0 | 269,31 | ||
75,89 | 2636,8 | 2319,2 | 317,65 | ||
81,35 | 2646,0 | 2305,4 | 340,57 | ||
85,98 | 2653,6 | 2293,7 | 359,93 | ||
89,97 | 2660,2 | 2283,4 | 376,77 | ||
93,51 | 2666,0 | 2274,3 | 391,72 | ||
96,71 | 2671,1 | 2265,9 | 405,21 | ||
99,63 | 2675,7 | 2258,2 | 417,51 | ||
111,37 | 2693,9 | 2226,8 | 467,13 | ||
118,62 | 2704,6 | 2206,8 | 497,85 | ||
120,23 | 2706,9 | 2202,2 | 504,70 | ||
127,43 | 2717,2 | 2181,8 | 535,40 | ||
133,54 | 2725,5 | 2164,1 | 561,40 | ||
138,88 | 2732,5 | 2148,2 | 584,30 | ||
143,62 | 2738,5 | 2133,8 | 604,70 | ||
147,92 | 2743,8 | 2120,6 | 623,20 | ||
Приложение 3
Зависимость коэффициента, А от температуры кипения и концентрации раствора
Температура кипения раствора, оС | Концентрация раствора, % | |||||
Приложение 4
Физические свойства воды на линии насыщения
t, oC | кг/м3 | c, кДж/кгК | Вт/мК | 106 м2/с | Pr | |
999,8 | 4,237 | 0,551 | 1,790 | 13,7 | ||
999,7 | 4,224 | 0,563 | 1,540 | 11,3 | ||
999,6 | 4,212 | 0,575 | 1,300 | 9,56 | ||
998,9 | 4,208 | 0,586 | 1,100 | 8,15 | ||
998,2 | 4,204 | 0,599 | 1,000 | 7,06 | ||
996,9 | 4,204 | 0,608 | 0,910 | 6,20 | ||
995,6 | 4,199 | 0,618 | 0,805 | 5,50 | ||
993,9 | 4,199 | 0,626 | 0,720 | 4,85 | ||
992,2 | 4,199 | 0,634 | 0,659 | 4,30 | ||
990,1 | 4,199 | 0,641 | 0,615 | 3,90 | ||
988,0 | 4,199 | 0,648 | 9,556 | 3,56 | ||
985,6 | 4,199 | 0,654 | 0,515 | 3,25 | ||
983,2 | 4,204 | 0,659 | 0,479 | 3,00 | ||
980,5 | 4,208 | 0,664 | 0,445 | 2,75 | ||
977,7 | 4,212 | 0,668 | 0,415 | 2,56 | ||
974,8 | 4,212 | 0,671 | 0,385 | 2,35 | ||
971,8 | 4,216 | 0,674 | 0,366 | 2,23 | ||
968,5 | 4,220 | 0,678 | 0,347 | 2,10 | ||
965,3 | 4,224 | 0,680 | 0,326 | 1,95 | ||
961,8 | 4,224 | 0,682 | 0,310 | 1,85 | ||
958,3 | 4,229 | 0,683 | 0,295 | 1,75 | ||
951,0 | 4,237 | 0,685 | 0,268 | 1,58 | ||
943,1 | 4,250 | 0,686 | 0,244 | 1,43 | ||
934,8 | 4,271 | 0,686 | 0,226 | 1,32 | ||
926,1 | 4,291 | 0,686 | 0,212 | 1,23 | ||
Приложение 5
Приложение 6
Физические свойства сухого воздуха при Р = 760 мм.рт.ст. = 98 кПа
Температура, оС | Плотность, кг/м3 | Теплоемкость С, кДж/(кгК) | Теплопроводность ?102, Вт/(м к) | Вязкость динамическая ?106,Па с | Число Прандтля Pr | |
— 20 | 1,395 | 1,009 | 2,28 | 16,2 | 0,716 | |
— 10 | 1,342 | 1,009 | 2,36 | 16,7 | 0,712 | |
1,293 | 1,005 | 2,44 | 17,2 | 0,707 | ||
1,247 | 1,005 | 2,51 | 17,6 | 0,705 | ||
1,205 | 1,005 | 2,59 | 18,1 | 0,703 | ||
1,165 | 1,005 | 2,67 | 18,6 | 0,701 | ||
1,128 | 1,005 | 2,76 | 19,1 | 0,699 | ||
1,093 | 1,005 | 2,83 | 19,6 | 0,698 | ||
1,060 | 1,005 | 2,90 | 20,1 | 0,696 | ||
1,029 | 1,009 | 2,96 | 20,6 | 0,694 | ||
1,000 | 1,009 | 3,05 | 21,1 | 0,692 | ||
0,972 | 1,009 | 3,13 | 21,5 | 0,690 | ||
0,946 | 1,009 | 3,21 | 21,9 | 0,688 | ||
0,898 | 1,009 | 3,34 | 21,9 | 0,688 | ||
0,854 | 1,013 | 3,49 | 23,7 | 0,684 | ||
0,815 | 1,017 | 3,64 | 24,5 | 0,682 | ||
0,779 | 1,022 | 3,73 | 25,3 | 0,681 | ||
Приложение 7
Максимально допустимая температура для сгущаемого продукта (температура кипения)
Продукт | Допустимая температура нагрева, tк, 1, оС | |
Молоко | ||
Сахарный раствор | ||
Фруктовый сок | ||
Томатная паста | ||