Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Задание на проектирование «Распылительная сушильная установка»
• Введение
• 1. Состав и физико-химические свойства исходного сырья.
• 1.1 Состав
• 1.2 Физико-химические свойства
• 2. Сыворотка
• 3. Оборудование для проведения технологических операций, предшествующих сушке
• 4. Оборудование для сгущения молока и молочных продуктов
• 5. Установки для сушки молока
• 6. Механическая обработка молока
• 7. Тепловая обработка молока
• 8. Сгущение молока
• 9. Классификация схем технологических процессов
• 10. Технология сушки обезжиренного молока
• 10.1. Основные параметры влажного материала
• 10.2. Материальный баланс по твердому материалу
• 10.3. Материальный баланс по сушильному агенту
• 10.4. Тепловой баланс
• 10.6. Расчет распылительной сушильной установки
• 10.7. Расчет калориферов
• 10.8. Расчет и подбор вспомогательного оборудования
• 10.8.1 Расчет циклонов
• 10.9.Выбор точек контроля и управления работой установки
• Вывод
• Список используемой литературы
• Задание на проектирование «Распылительная сушильная установка»
• Исходные данные
• 1. Производительность установки по испарению влаги: W=1800 кг/ч;
• 2. Содержание сухих веществ в материале:
• - начальное: x_н=49%
• - конечное: x_к=96%
• 3. Температура воздуха:
• - на входе в сушильную камеру: t₁=175°С
• - на выходе из сушильной камеры: t₂=80°С
• 4. Температура материала:
• - начальная: и_н=41
• - конечная: и_к=65
• 5. Продукт: молочная сыоротка
• Город: Новгород t₀=17,6°С
• относительная влажность воздуха ц₀=78%
• Подлежащие разработке вопросы:
• 1. Технологическая схема сушильной установки.
• 2. Материальный баланс установки по продукту.
• 3. Тепловой баланс сушильной установки.
• 3.1. Определить расход теплоты на сушку.
• 3.2. Определить расход греющего пара в калорифере.
• 4. Изобразить процесс сушки на диаграмме i-x и сравнить результаты аналитического расчета с расчетами по диаграмме.
• 5. Определить основные геометрические размеры сушильной камеры.
• 6. Выполнить расчет распыляющего устройства.
• 7. Проведение расчетов и выбор вспомогательного оборудования (калориферная батарея, вентиляторы, пылеуловители, емкостное оборудование для жидких материалов и сухого продукта).

Введение

В последние годы наблюдается тенденция увеличения выпуска сухого молока и различных сухих молочных продуктов. Особо быстрыми темпами увеличивается производство сухого обезжиренного молока и сухой сыворотки. Эти продукты отличаются высокой транспортабельностью и длительными сроками хранения.

За рубежом первый патент на способ получения сухого молока был выдан в 1855г. По этому способу в молоко добавляли соду и сахар, и затем его выпаривали до получения тестообразной массы, которую высушивали и растирали в порошок. Позже, в 1889 и в 1895 гг., за рубежом были описаны способы сушки молока после его выпаривания с сахаром.

В 1893г. Штрауф запантетовал способ сушки молока путем распыления его в камерах при подаче горячего воздуха. В 1912г. Джаст получает патент на сушку молока паровым способом, который заключается в том, что молоко тонким слоем наносили на барабан, обогреваемый изнутри паром. Сушка распылением и пленчатым способом лежит в основе современных промышленных установок для производства сухих молочных продуктов. В настоящее время проблемами, связанными с разработкой сушильных установок и совершенствование технологии процесса сушки молока и молочных продуктов, постоянно занимаются отраслевые научно-исследовательские институты. Проводятся обширные исследования по совершенствованию технологии сушки, а также по созданию быстрорастворимых сухих молочных продуктов. Всестороннему изучению в настоящее время подвергается состав, свойства и структура сухих молочных продуктов, предопределяющих их способность к восстановлению и пищевую ценность восстановленных молочных продуктов.

1. Состав и физико-химические свойства исходного сырья

1.1 Состав

Состав исходного сырья имеет большое значение при производстве молочных продуктов. Это объясняется тем, что все сухие вещества, содержащиеся в исходном сырье, при сушке переходят в готовый продукт. Из основных компонентов молока наибольшее значение имеет молочный жир, белок, молочный сахар и минеральные вещества. Из всех пищевых жиров молочный - наиболее ценный. Свойства жира существенно влияют на количество сухих молочных продуктов. Молочный жир характеризуется его дисперсным состоянием, которое имеется в процессе обработки молока. В молоке жир содержится в виде жировых шариков, диаметр которых колеблется от 0,5 до 15 мкм. Установлено, что чем меньше жировые шарики в молоке, тем лучше качество сухого продукта. По аминокислотному составу белки молока принадлежат к белковым веществам, имеющим наибольшее значение для питания людей. По сравнению со всеми известными белками растительного и животного происхождения они обладают наибольшей усвояемостью. В состав молочного сахара входят свыше 30 различных углеводов и других углеводосодержащих веществ. Главные из них - лактоза, глюкоза, галактоза, фруктоза. Установлено, что специфический запах готового сухого продукта при хранении обусловлен взаимодействием лактозы и белков. В молоке содержатся важные минеральные вещества, содержащие натрий, калий, кальций, фосфор, магний, железо, кобальт, хром, олово, титан, ванадий, серу, хлор, медь, серебро, марганец, йод. Соотношение их в молоке зависит от корма, покупаемого животным. Следует отметить, что содержание некоторых минеральных веществ в молоке после его получения может увеличиться вследствие попадания их извне. Это обстоятельство необходимо иметь в виду и предпринимать меры к недопущению попадания в молоко минеральных веществ, сопутствующих при переработке, транспортировке и хранении.

1.2 Физико-химические свойства

При производстве сухих молочных продуктов физико-химические свойства молока представляют особый интерес в связи с тем, что от них зависят режимы обработки молока на различных этапах технологического процесса.

Плотность молока.

С повышением содержания жира она понижается, а с увеличением содержания белков повышается. Плотность молока колеблется в пределах 1027-1033 кг/м³ . Заготовленное молоко плотностью ниже 1027 кг/м³ следует проверять на фальсификацию.

Вязкость молока.

С повышением содержания жира вязкость молока возрастает, с уменьшением - снижается. При постоянном содержании жира, но при уменьшении среднего размера жировых шариков вязкость повышается.

Кислотность молока.

Это один из важных показателей, характеризующих качество молока. Кислотность свидетельствует о свежести молока, что необходимо учитывать при его переработке. В среднем кислотность свеженадоенного молока составляет 16-18°Т. Согласно технологической документации (ГОСТ 13264-70) для выработки сухих продуктов можно использовать молоко не ниже 2 сорта, т.е. кислотность не более 20°Т.

2. Сыворотка

Сыворотка - вторичный продукт, получаемый при производстве сыра, творога и казеина. Из белковых веществ в ней преобладают альбумин и другие сывороточные белки. В настоящее время сыворотку, особенно подсырную, во все больших количествах, подвергают сушке.

Сушка сыворотки является одним из перспективных направлений ее промышленной переработки.

3. Оборудование для проведения технологических операций, предшествующих сушке

Для первичной обработки молока и молочных продуктов на предприятиях, если считать началом технологического процесса транспортировку, применяют оборудование для доставки, приемки, резервирования и хранения молока.

Для доставки молока используют главным образом автоцистерны, а на крупных молочно-консервных предприятиях с большой зоной заготовок молока также и железнодорожные цистерны. В отдельных случаях молока транспортируют во флягах.

К основному оборудования для приемки молока относятся различные весы и счетчики, с помощью которых определяют количество молока или других жидких молочных продуктов, поступающих на завод. Наибольшее распространение получили так называемые рычажные весы.

К основному оборудованию для механической обработки молока можно отнести сепараторы - молокоочистители, сепараторы - сливкоотделители, сепараторы - нормализаторы, устройства и системы для нормализации с применением сепараторов - сливкоотделителей, гомогенизаторы. молоко сушка установка калорифер

К основному оборудованию для тепловой обработки молока и других молочных продуктов, применяемому на молочно - консервных комбинатах, а также на других предприятиях, могут быть отнесены охладители, пастеризаторы, универсальные (комбинированные) установки.

Тепловые аппараты, применяемые на предприятиях молочной промышленности, можно разделить на пластинчатые и трубчатые. В них продукт и охлаждающий или греющий агент движутся в закрытых каналах.

Пастеризация молока осуществляется на установках с непосредственным паровым нагревом, т.е. вследствие введения очищенного пара в молоко. При использовании таких пастеризаторов, необходимо обращать особое внимание на качество пара, который не должен содержать примесей.

На отдельных молочно-консервных комбинатах для пастеризации молока используются вертикальные трубчатые пастеризаторы, входящие в общий комплект вакуум-выпарных установок.

Работу автоматизированной пластинчатой охладительной установки можно описать следующим образом: в первой секции продукт охлаждается холодной водой, во второй - рассолом. Работа установки рассчитана на следующий температурный режим: температура поступающего молока 30-35°С; температура воды 12°С; рассола - 5°С. При таких температурах на входе в аппарат молоко после первой секции имеет температуру 20-22°С, после рассольной 2-6°С.

Теплообменные аппараты, которые применяются только для пастеризации или охлаждения молока, крайне невыгодны. В целях резкого сокращения расхода теплоты в молочной промышленности применяют так называемые регенераторы, или рекуператоры. В этих теплообменных аппаратах поступающий на пастеризацию продукт нагревается за счет теплоты пастеризованного молока. Наиболее часто регенераторы входят в состав универсальных или комбинированных пастеризационных установок. В них должно быть не менее 4х секций: пастеризации, регенерации, охлаждения холодной водой, охлаждения рассолом или ледяной водой. В молочно-консервной промышленности применяют пяти- и шестисекционные универсальные аппараты, в которых может быть по 2 секции регенерации.

Принцип работы универсального пластинчатого пастеризационного аппарата состоит в следующем: молоко, подлежащее тепловой обработке, поступает в уравнительный бак, откуда оно насосом подается в первую секцию регенерации. Из первой секции регенерации молоко направляют в молокоочистители, откуда оно переходит во вторую секцию регенерации. Далее молоко попадает в секцию пастеризации, затем проходит перепускной клапан. Если температура нагревания молока достигла требуемой, то оно из перепускного клапана поступает в выдерживатель. Если температура пастеризации ниже заданной, то молоко направляется в уравнительный бак, откуда поступает на повторную пастеризацию. Из выдерживателя молоко переходит сначала во вторую, а затем в первую секцию регенерации. Далее молоко поступает в секции охлаждения водой, ледяной водой или рассолом.

Как уже указывалось, в качестве охлаждающего агента используют кроме рассола ледяную воду. Ее применение увеличивает долговечность работы пластин. Однако следует указать, что применение ледяной воды не всегда целесообразно, если требуется охладить молоко до низких температур.

4. Оборудование для сгущения молока и молочных продуктов

Вакуум - выпарные установки, применяемые в молочно-консервной промышленности весьма разнообразны. Физическая сущность работы всех ВВУ заключается в том, что молоко сгущается в результате удаления пара из кипящего продукта. Продукт кипит благодаря искусственно создаваемому вакууму или температурам, значительно меньшим, чем температура кипения при атмосферном давлении.

В многокорпусных вакуум-выпарных установках расход греющего пара меньше, чем в однокорпусных. Количество корпусов ограничивается температурным режимом выпаривания. В каждом корпусе разность между температурой греющего пара и температурой кипения раствора должна быть не менее 5-7°С. В молочной промышленности применяют установки, имеющие от 2 до 6 корпусов.

Среди многокорпусных вакуум-выпарных установок можно выделить два основных типа: циркуляционные и пленочные.

Циркуляционная многокорпусная установка имеет ряд недостатков. Основные из них заключаются в том, что она имеет большой рабочий объем сгущаемого продукта, и характеризуется многократной его циркуляцией при выпаривании. Продолжительность пребывания сгущаемого продукта в этом аппарате велика - до 30-40 минут, а в отдельных случаях и более. Кроме того, в аппаратах подобного типа не удается регулировать продолжительность теплового воздействия на продукт. Отмеченных недостатков нет в выпарных аппаратах пленочного типа. В них объем сгущаемого продукта невелик, сгущение осуществляется за один проход продукта через греющую камеру (калоризатор). Это значительно сокращает продолжительность его пребывания в аппарате и одновременно позволяет контролировать и регулировать продолжительность теплового воздействия на продукт.

К недостаткам пленочных вакуум-выпарных установок следует отнести необходимость точной регулировки подаваемого молока в трубки калоризаторов. При нарушении равномерного распределения молока по трубкам происходит забивание некоторых из них пересгущеным продуктом и прогоркание его.

Отечественная вакуум-выпарная установка производительностью 8000кг испаренной влаги в час работает следующим образом: молоко, предназначенное для сгущения и сушки, поступает в приемный бак, откуда насосом подается в подогреватели, которые оно проходит последовательно. Подогреватели обогреваются вторичным паром, поступающим в калоризатор первого корпуса. Затем молоко переходит в высокотемпературный подогреватель и далее поступает в самоиспаритель. Здесь происходит частичное удаление влаги, в результате чего молоко охлаждается. Далее молоко насосом подается в распределительное устройство первого корпуса калоризатора. При этом из молока удаляется влага. Подсгущенное молоко попадает в сепаратор, откуда оно насосом направляется в калоризатор I корпуса и т.д. Из калоризатора III корпуса молоко насосом подается в промежуточный резервуар для последующего направления на сушку.

5. Установки для сушки молока

По способу сообщения теплоты продукту все установки, применяемые для сушки жидких молочных продуктов, можно подразделить на два типа: кондуктивные (контактные) и конвективные. Кондуктивные сушильные установки бывают вальцовые и ленточные. Вальцовые сушилки можно подразделить на атмосферные (продукт сушится при атмосферном давлении) и вакуумные (продукт сушится при пониженном давлении). По количеству вальцов различают одно- и двухвальцовые сушилки. К конвективным сушилкам, применяемым для сушки жидких молочных продуктов, относятся распылительные сушилки, в которых продукт распыляется (диспергируется) в атмосферу горячего воздуха.

По способу распыления сушильные установки подразделяют на дисковые и форсуночные. В дисковых сушилках продукт распыляется под действием центробежной силы дисками, в форсуночных - форсунками.

По способу подачи воздуха в сушильную камеру и направлению его движения в ней различают распылительные установки противоточные, прямоточные, смешанного типа, комбинированные.

Противоточные сушилки практически не используют в молочной промышленности. Это обусловлено тем, что при противотоке сухие частицы продукта контактируют с горячим воздухом, что может вызвать ухудшение качества продукта.

Прямоточные распылительные сушильные установки. Сушилка имеет циклоны и вертикальную цилиндрическую сушильную камеру с коническим днищем. В центре верхней части сушильной камеры смонтированы воздухораспределительное устройство и распылитель. Подаваемое насосом с регулируемой производительностью сгущенное молоко распыляется центробежным диском. Воздух, подаваемый в сушилку, нагревается в паровом калорифере.

После прохождения калорифера воздух нагревается до 180-200°С и сосредоточенно подается в основание факела распыла. Частицы продукта, утратив высокую начальную скорость, совместно с потоком теплоносителя движутся по нисходящей спиралеобразной траектории. Отработавший воздух, имеющий температуру 85-96°С, выводится из сушильной камеры в батарею циклонов для очистки. Сухое молоко по коническому днищу сушильной камеры ссыпается в вибролоток, откуда подается в пневмотранспортную линию. Пневматическая транспортировка сухого молока осуществляется с помощью воздуха. В процессе пневматической транспортировки молочный порошок охлаждается до температуры на 10-15°С выше температуры засасываемого воздуха. В пневмотранспортную линию поступает также молочный порошок из циклонов. Сухой продукт из сушильной камеры и циклонов направляется по пневмотранспортной линии в разгрузочный циклон, откуда подается в бункер-накопитель. Посредством шлюзового затвора, установленного под бункером-накопителем, сухое молоко выгружают из установки и фасуют в крафт-мешки.

6. Механическая обработка молока

Очистка молока. В настоящее время для очистки молока применяют главным образом сепараторы - молокоочистители. Очищают как холодное, так и нагретое молоко. Очистка холодного молока эффективнее только в том случае, если оно безупречно по физико-химическим и микробиологическим показателям.

Сепарирование молока. Сепарирование молока является одним из основных технологических процессов, обеспечивающих получение сливок и обезжиренного молока, используемых на молочно-консервных комбинатах для сушки. Как правило, сепарирование, как и очистку молока, следует проводить при 40-45°С. При этом выделяются механические примеси и часть микроорганизмов. В тех случаях, когда сепарируют все молоко, поступающее на молочно-консервный комбинат, его не требуется подвергать центробежной очистке.

7. Тепловая обработка молока

Пастеризация является основным видом тепловой обработки молока и других видом молочных продуктов, предназначенных для сушки. При пастеризации молока тщательно измеряются его физико-химические свойства. На качество, состав и свойства сухих продуктов наибольшее влияние оказывают изменения состояния белковых и жировых фракций, а также минеральных веществ молока. Кроме того, пастеризация существенно влияет на ферменты молока.

При производстве сухих молочных продуктов для обеспечения их стойкости режим пастеризации следует выбирать таким, чтобы основные ферменты молока остались инактивированы. Из ферментов на качество сухого молока наибольшее влияние оказывают протеазы и липазы. Протеаза весьма устойчива к нагреванию. Активность ее снижается при температуре нагревания 77°С, но сама протеаза не разрушается даже при 93°С. Липаза полностью разрушается при температуре тепловой обработки 93 и 105°С. С повышением температуры пастеризации увеличивается размер казеиновых частиц. Одновременно с этим изменяется вязкость молока. При пастеризации существенно изменяются сывороточные белки. Легкая изменчивость этих компонентов и быстрая денатурация объясняются их гидратационными свойствами. Значительная часть сывороточных белков денатурирует и выпадает в осадок. В связи с тем, что состав и состояние минеральных веществ молока находится в определенной взаимосвязи со степенью дисперсности белков, то изменение структуры белковых фракций сопровождается изменениями состава молока. Так, при пастеризации количество растворимых форм кальция уменьшается примерно на 20%, фосфорной кислоты на 20-25% и лимонной кислоты на 30% и более. В результате пастеризации происходят некоторые изменения структуры жировых клеток и их оболочек. В незначительной степени меняется и дисперсность жировых шариков. Стойкость обезжиренного сухого молока при хранении ухудшается, если в исходном молоке большая часть сывороточных белков остаются в неденатурированном состоянии. При производстве сухих продуктов оптимальной температурой пастеризации молока является 95°С. При этом особо следует подчеркнуть, что температура пастеризации молока не должна быть ниже 90°С.

8. Сгущение молока

Степень и температура сгущения. При производстве сухих молочных продуктов сушке предшествует процесс сгущения. Это объясняется, во-первых, тем, что при сушке на удаление 1кг влаги расходуется примерно в 10 раз больше теплоты, чем при сгущении, во-вторых, сухое молоко, получаемое из молока без предварительного сгущения, по качеству хуже, чем сухой продукт, выработанный из сгущенного.

При производстве сухих молочных продуктов степень и температура сгущенного молока является важнейшими технологическими параметрами. Общей закономерностью является снижение растворимости сухого молока при повышении температуры сгущения. Температура сгущенного молока зависит в значительной степени от вида или типа используемых вакуум-выпарных установок и необходимой степени сгущения.

Физико-химические свойства сгущенного молока. Изменение вязкости образцов сгущенного молока обезжиренного сгущенного молока при температуре от 10 до 30°С, содержащих 26,24 и 36,72% сухих веществ показали, что вязкость сгущенного молока, содержащего 26,24% сухих веществ, при нагревании снижается в 2,5 раза, а содержащего 36,72% сухих веществ - в 8,1 раза. При сгущении молока изменяются его плотность и кислотность. В процессе сгущения обезжиренного молока до содержания сухих веществ 47% плотность повышается в 1,16 раза, кислотность в 5,7 раз.

9. Классификация схем технологических процессов

Независимо от способа сушки и аппаратного оформления процесса, технологические схемы производства сухих молочных продуктов можно подразделить на две группы: для сушки цельного молока и молока с наполнителями; для сушки молочных продуктов, полученных после переработки молока, т.е. для сушки сливок, а также вторичных продуктов (обезжиренного молока, пахты, сыворотки). Принципиальное отличие этих технологических схем заключается в том, что в первом случае для сушки и качество сырья используют цельное молоко. При этом все технологические процессы, начиная с приема цельного молока, осуществляются на молочно-консервном комбинате. Во втором случае технологические схемы включают в себя в качестве первоначального процесса получение исходного продукта для сушки. В этом случае на молочно-консервный комбинат, где осуществляется сушка, поступает не только цельное молоко, но и сливки, обезжиренное молоко, пахта, сыворотка, предназначенные для сушки. Все технологические процессы производственного цикла получения сухих продуктов можно подразделить на 2 группы. К первой группе относятся процессы обработки исходного сырья для сушки, ко второй - все последующие процессы, начиная с сушки. Технологические процессы 1 группы являются общими для производства многих молочных продуктов, 2 группы - специфическими, т.е. характерными только для производства сухих продуктов.

Схемы технологического процесса производства сухой сыворотки.

Технологический процесс производства сухой сыворотки, в которой лактоза находится в аморфном состоянии, включает следующие стадии:

Приемка сырья
Пастеризация
Сгущение
Сушка
Охлаждение
Фасовка и Упаковка
Хранение

рис. 1

10. Технология сушки сыворотки

Независимо от вида продукта, предназначенного для сушки, существует ряд общих условий, выполнить которые необходимо при производстве сухих продуктов.

Сгущенный продукт на выходе из вакуум-выпарной установки следует профильтровать. Продолжительность выдержки сгущенного молока перед сушкой на практике выбирают исходя из непрерывной работы сушилки в течение 20-30 минут. Материал, поступающий в сушилку, подается на листы из пористого материала. Листочная сушилка является сушилкой непрерывного действия с перекрестным потоком материала и воздуха. Шахтные сушилки применяются для сушки продуктов: зерна, овощей, угля. Движение материала происходит за счет силы тяжести.

Распылительные сушилки для сушки жидких продуктов: молока, яиц, желатина. Материал, поступающий в сушку, распределяется в верхней части сушилки. Капли опускаются, и при этом создается контакт между материалом и сушильным агентом, поступающим в нижнюю часть сушилки. Диспергирование материала достигается путем раздробления через фракции или центробежным распылением. Благодаря высокой дисперсности материал имеет громоздкую поверхность контакта с сушильным агентом, поэтому сушка велика. Сушильный агент имеет маленькую скорость, но увлекает за собой мелкие частицы материала. Для их улавливания воздух пропускается через фильтры. Высушенный материал падает на дно камеры и продвигается к шнеку, который отводится из сушилки. Могут работать как при прямотоке, так и при противотоке. На основе технологических параметров и характеристик различных типов сушилок для заданного материала целесообразно применить распылительную сушилку с коническим диском, с дисковым способом распыления и прямоточным способом движения воздуха и частиц молока.

Описание технологической схемы

В сушильной камере, выполненной в виде вертикального цилиндра с коническим днищем, непрерывно поступающий жидкий продукт быстро вращающимся диском распыляется, диспергируется на малейшие капельки. С помощью воздухораспределительного устройства в зону распыления подается сушильный агент, который предварительно очищается от пыли фильтром и нагревается в калорифере. За счет теплоты, передаваемой от сушильного агента к каплям, последние теряют влагу и падают на дно камеры в виде мелких твердых частиц, которые по всему диаметру сушилки истираются в вибролотке, откуда попадают в пневмотранспортную линию, где перемещаются потоком холодного воздуха. В процессе транспортирования продукт охлаждается. В пневмотранслинию поступает продукт из батареи циклонов, в которых осуществляется очистка отработанного сушильного агента, а также воздуха из пневмотранспортной линии. Выгрузка готового продукта производится с помощью разгрузочного циклона. Перед тем, как отправить сгущенный продукт на сушку необходимо подготовить сушильные установки. В случае использования распылительных сушильных установок сушильную камеру 15 минут прогревают, затем включают в работу распылитель и получают горячую воду в течение 5-7 минут. Во время работы распылительной сушильной установки следят за температурным режимом сушки. Основным показателем его является температура входящего и выходящего воздуха.

10.1 Основные параметры влажного материала

конечная влажность

Uк=100 - Xк=100 - 96=4%

начальная влажность

Uн=100 - Xн=100 - 49=51%

10.2 Материальный баланс по твердому материалу

Производительность по готовому продукту (кг/ч):

а) W=Gн*(Uн - Uк/100 - Uк) > Gн=W*(100 - Uк/ Uн - Uк)

Gн=3676 кг/ч

б) W=Gк*(Uн - Uк/100 - Uн) > Gк= W*(100 - Uн/ Uн - Uк)

Gк=1876,6 кг/ч

Производительность по абсолютно сухому исходному материалу:

Gc=(100 - Uн/100)*Gн

Gc=(100 - 49/100)*3676=1874,76 кг/ч

Удельная масса влаги, удаленная из 1кг готового продукта:

Wуд=W/Gк

Wуд=1800/1876,6=0,96 кг влаги/кг продукта

10.3 Материальный баланс по сушильному агенту

Влагосодержание воздуха, кг влаги/кг абсолютно сухого воздуха

Xо=0,622*(ц_0*P_н/П-ц_0*P_н),

где ц₀ - относительная влажность воздуха;

P_н =2 кПа-давление насыщенного пара при температуре сушильного агента t₀;

П=99,1 кПа - барометрическое давление;

При t=23,1°С и p=2 кПа

Xо=0,622*(0.885/97.68)=0.0091 кг/кг

10.4 Тепловой баланс

Энтальпия воздуха, i, кДж/кг абсолютно сухого воздуха:

i=(Cв + Cп*x)*t + r₀*x

где Cв=1,01 кДж/кг*К - средняя удельная теплоемкость водяного пара;

x - влагосодержание воздуха, кг влаги/кг абсолютно сухого воздуха;

t - температура воздуха ( по сухому термометру) С;

r₀ = 2493 кДж/кг*К - удельная теплота парообразования воды при 0 С

а) энтальпия воздуха, поступающего в калорифер:

i₀=(1,01 + 1,97x₀)*t₀ + 2493x₀;

i₀=(1,01 + 1,97*0,0091)*17,6 + 2493*0,0091=40,78 кДж/кг

б) энтальпия воздуха, выходящего из калорифера:

i₁=(1,01 + 1,97x₀)*t₁ + 2493x₀;

i₁=(1,01 + 1,97*0,0091)*175 + 2493*0,0091=202.57 кДж/кг

Расход теплоты на нагревание материала:

q_m=(Gк*Cк*(и₂-и₁))/W - C_воды*и₁

где Cн, Cк, C_воды - удельные теплоемкости исходного материала, высушенного продукта, воды, кДж/кг*К;

и₂, и₁ - начальная и конечная температуры материала.

| q_m |=|-141,1 кДж/кг|=141,1 кДж/кг

Потери теплоты в окружающую среду можно принять равными 10% от расхода теплоты на нагрев высушенного материала до конечной температуры материала и на испарение влаги:

qґ_пот=0,1(qґ_m + q_исп), где qґ_m= (Gк*Cк*(и₂-и₁))/W = 27,73 кДж/кг

q_исп= r_и1 + Cп*(t₂ - и₁) = 2431,18 кДж/кг

r_и1 - удельная теплота парообразования

Cп=1,97 кДж/кг - средняя удельная теплоемкость водяного пара

qґ_пот=0,1*(28,64 + 2563,9)= 245,9 кДж/кг

Разность удельных расходов теплоты в действительной и теоретической сушилке:

Д=УQ/W= q_пот + q_m, где

q_пот, q_m - расходы теплоты на нагрев материала, потери в окружающую среду кДж/кг испаренной влаги.

Д = 144,1 + 245,9=390 кДж/кг

Влагосодержание на выходе из сушилки:

x₂=(i₁ + x₀*Д - t₂*1,01)/(1,97*t₂ + Д + 2493)=0,041кг/кг

Энтальпия воздуха на выходе из сушилки кДж/кг

i₂=(1,01 + 1,97*x₂)*t₂ + 2493*x₂; i₂= 189,5 кДж/кг

Баланс влаги в сушильной установке

L*x₂=L*x₀ + W,

где L - расход абсолютно сухого воздуха, кг/ч;

x₂ - влагосодержание сушильного агента на выходе

Расход абсолютно сухого воздуха, кг/ч:

L=W/(x₂-x₀)=56426,33 кг/ч

Удельный расход воздуха, кг абсолютно сухого воздуха/кг испаренной влаги

l=L/W=1/( x₂-x₀) =31,3 кг/кг

Относительная влажность уходящего воздуха в процентах:

ц₂=x₂*П*100/Pн(x₂ + 0,622),

где Pн - давление насыщенного пара при температуре уходящего сушильного агента t₂, кПа

ц₂=0,041*99,1*100/47.4*(0,045 + 0,622)=12.9%

Объем влажного воздуха на выходе из сушилки,м³/ч:

V= (L*Rг*(273 +t₂))/100000*(1 - ц₂); V= 65655 м³/ч;

где t₂ - температура уходящего сушильного агента

Rг - газовая постоянная для воздуха, равная 287 Дж/кг*К

Удельный расход теплоты в теоретической сушилке при том же конечном состоянии воздуха, что и в действительной:

q_т=(i₂ - i₀)/(x₂ - x₀)= 4662 Дж/кг

Разность удельных расходов теплоты в действительной и теоретической сушилке:

q - q_т=(i₂ - i₁)/(x₂ - x₀)=Д

Удельный расход теплоты в действительной сушилке, кДж/кг испаренной влаги

q=Q/W==(i₁ - i₀)/(x₂ - x₀)=l*( i₁ - i₀)=5064 Дж/кг

Д=402

Тепловой коэффициент полезного действия сушилки: з=r/q, где r - удельная теплота парообразования воды, определяемая по температуре материала при сушке (температура мокрого термометра), кДж/кг; удельный расход теплоты в действительной сушилке, кДж/кг испаренной влаги.

и_н=41 C; r=2405,7 кДж/кг

з=(2405,7/5064)*100=0,475*100=47,5%

10.6 Расчет распылительной сушильной установки

Рабочий объем сушильной камеры V, м³

Vp=W/A,

где W- производительность по испаренной влаге, кг/ч

А - влагосъем с 1м³ рабочего объема камеры, кг/м³*ч

Значение А определяем по графику, указанному на рис.5 в «Методических указаниях по курсовому проектированию конвективной сушильной установки» как функцию разности температур, ДТ[3];

V=1800/3.6=500м³ А=3.6

Средний объемно-поверхностный диаметр капель при диспергировании центробежными дисковыми распылителями:

d₀=0,24*(1/n)^0,6*(1/с)^0,3*(Gн*х/Dд)^0,2*(у/y)^0,1,

где d₀ - средний объемно-поверхностный диаметр капли, м

n - частота вращения распыливающего диска, 800 с^-1;

Dд - диаметр распыливающего диска, 0.12м;

y - смоченный периметр распыливающего диска, 0,04м;

Gн - массовый расход исходного материала, 0,03кг/с;

с - плотность исходного материала, 800кг/м³;

х - кинематическая вязкость материала, 0.4*10^-6м²/с;

у - коэффициент поверхностного натяжения исходного материала, 6*10^-2Н/м.

d₀=0,24*(1/800)^0,6*(1/800)^0,3*(0,03*0.4*10^-6/0,12)^0,2*(6*10^-2/0,04)^0,1= 4,91*10^-5м

Радиус факела распыления Rф, м:

Rф=0,33* d₀*(с/с_г)*Re^0,35*Gu^-0,4*Ko^-0,2,

Re=u₀*d₀/х_г=98,2

Gu=(0,5*(t₁ + t₂) - t_м)/(273 + t₁) =0.19

Ko=((273 + 0,5*(t₁ + t₂))*Cг)/r*(Uн - Uк)=0.697

где Re, Gu, Ko - соответственно критерии Рейнольдса, Гухмана, Косовича.

с - плотность материала

с_г - плотность сушильного агента

u₀ - окружная скорость распыливающего диска

х_г - кинематическая вязкость сушильного агента

t₁, t₂ - температуры сушильного агента на входе и выходе сушилки;

t_м - температура мокрого термометра, °С;

Cг - теплоемкость сушильного агента,

r - теплота парообразования при t_м,

Uн, Uк - влажность исходного материала и готового продукта, кг/кг;

Rф=0,33*0,0000023*2000*3.37*1.96*1.066= 0.23м

D=2,5*Rф=2,5*0,23= 0,529м

По полученному объему и ГОСТу определяем тип и размер сушильной камеры, ее диаметр D, тип РФ 6.5-600, внутренний диаметр сушильной камеры равен 6500мм, высота цилиндрической части сушильной камеры равна 18000мм, рабочий объем сушильной камеры 600м³, производительность по испаренной влаге равна 1200-21000кг/ч.

10.7 Расчет калорифера

При теплоносителе паре рекомендуется применять одноходовые калориферы. При теплоносителе паре (перегретом или насыщенном) расчет следует производить на разность между температурами насыщения пара и средней температурой воздуха.

Расчет площади поверхности нагрева калорифера, систем вентиляции и кондиционирования воздуха, совмещенных с воздушным отоплением и запрограммированным для подачи наружного воздуха в количествах, необходимых для вентиляции в течении холодного периода года в пределах, ограниченных расчетными параметрами А, рекомендуется производить:

При теплоносителе паре - по суммарной потребности в тепле на отопление (при расчетной температуре наружного воздуха в холодный период года, соответствующей расчетным параметрам Б) и на вентиляцию (при наружной температуре, соответствующей расчетным параметрам А).

Действительное количество тепла, подводимого к калориферу, следует определять по сумме расходов тепла на отопление (соответствующих расходу при расчетной температуре наружного воздуха в холодный период года по расчетным параметрам Б) и на вентиляцию (по расчетным параметрам А).

Количество теплоносителя нужно определять с учетом условной потребности тепла.

1) задаваясь массовой скоростью воздуха хг, кг/м²*ч, определяем необходимую площадь фронтального сечение, м², калориферов по воздуху:

f₁=G/3600* хг,

где G - расход нагревающего воздуха, кг/ч, принимаем

хг=14 кг/м²*с

f₁=28213/3600*14=0,55м²

2) пользуясь техническими данными и исходя из необходимой f₁, выбираем калорифер марки КВБ-10

3) объемный расход теплоты на нагревание воздуха:

Q=q*W=5064*1800= 9115200 Вт

Коэффициент теплопередачи калорифера К=37,8 Вт/м²*с

4) необходимая площадь поверхности нагрева, м²:

Fґ_y=Q/K*(Tср - ((t_н - t_в)/2))=2170285/34.2*(180 -((175 + 80)/2))= 1068,85м²

5) общее число установленных калориферов:

nґ= Fґ_y/ 4*F_к ; nґ= 6

где F_к- площадь поверхности нагрева одного калорифера.

6) действительная площадь поверхности нагрева установки:

F_y= F_к*n=1147,2

8) аэродинамическое сопротивление калориферной установки:

Hв=7.5 кг/м²

H^восств= Hв*n=7.5*7=52.5 кг/м²

10.8 Расчет и подбор вспомогательного оборудования

10.8.1 Расчет циклонов

Зная расход абсолютно сухого воздуха L=15,67кг/с, задаваясь скоростью цилиндрических циклов 3,5 м/с:

L=w*S=w*(р*d²/4)= >d=0,59м

Выбираем одиночный циклон ЦН-11, D=0,49м, в количестве 3х штук.

Определяем гидравлическое сопротивление циклонов:

Дp=е*с*w²/2

Дp=68Па

Гидравлическое сопротивление всей линии на выходе из сушилки с учетом пневмотранспортной, сопротивления трубопровода и разгрузочного циклона, принимаем:

Дp_уст= Дp_общ + H^восств + 10=52.5+60+10=170.4кг*с/м²

10.8.2 Выбор вентиляторов

По заданным значениям производительности и давлению выбираем вентилятор типа Ц4-70, марки Б16-7 с числом оборотов n_в=650 об/мин, электродвигателем N=22кВт и з=77%.

10.9 Выбор точек контроля и управления работой установки

№ п/п	Обозначение	Прибор
1		Прибор для измерения давления
2		Прибор для измерения температуры
3		Прибор для измерения уровня

Вывод

Был выполнен проектный расчет сушильной установки, исходя из заданной производительности установки по испаренной влаге W=1800 кг/ч.

Основные показатели режима сушки, осуществляемой в сушильной установке: температура воздуха на входе в сушильную камеру t₁=175°С, на выходе из сушильной камеры t₂=80°С. Данная установка предназначена для сушки обезжиренного молока с начальной температурой и_н=54°, и конечной температурой и_к=65°. Содержание сухих веществ в исходном продукте Xн=54%, в конечном - 95%. Так как продукт является высоко влажным, была выбрана и спроектирована распылительная сушилка с коническим дном. Сушильная установка состоит из сушильной камеры, распылителя, воздухораспределительного устройства, вытяжного вентилятора, разгрузочного циклона, пневмотранспортной линии, вибролотка, парового калорифера, насоса, бака, а также устройств, измеряющих температуру на входе и выходе из сушильной камеры, уровень в баке, давление в насосе. Все вспомогательные приборы были выбраны в соответствии с заданными параметрами.

Список используемой литературы

1. Н.Н. Липатов, В.Д. Харитонов «Сухое молоко» Н: Легкая и пищевая промышленность, 1981

2. ГОСТ 18906-80 Сушилки распылительные. Типы, основные параметры и размеры. М: Госком СССР по стандартам.

3. К.М. Федоров «Процессы и аппараты пищевых производств» Методические указания по курсовому проектированию для студентов всех специальностей всех форм обучения. Ч.2 - СПб: СПбГУНиПТ, 2008

4. Справочник проектировщика. Ч.2 (под редакцией И.Г. Староверова-М: Стройиздат,1978)

5. К.М. Федоров, Н.И. Лукин, В.Б. Тишин, А.Н. Жариков, А.Г. Новоселов, М.М. Беззубцева «Процессы и аппараты пищевых производств. Методические указания к лабораторным работам для всех специальностей» - СПб: СПбГУНиПТ,2001

Размещено на Allbest.ru