Двухкорпусная выпарная установка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание:

Введение

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 х 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 - 10000 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	130	106,89	2238,79
I корпус	71,5	90,15	2281,75
II корпус	13	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°С.

Температурные потери от гидравлической депрессии примем равными 1 °С на каждый корпус. Тогда для двух корпусов:

?г = 1 • 2 = 2°С.

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 конденсацию- определяется 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 = 13000 - 2690,3 = 10309,7 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
		1	2	3
Мармелад	Влажность W1 на входе	32	28,5	24
	Влажность W2 на выходе	28,5	24	23
	Длительность сушки, , ч	1,5	3	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
		1	2	3
		вход tН1	выход tК1	вход tН2	выход tК2	вход tН3	выход tК3
Мармелад	Температура, оС	66	55	72	63	75	68
	Относительная влажность воздуха, , %	-	30	-	26	-	10
	Удельный расход теплоты в окружающую среду на 1 кг испаряемой влаги,q о.с. кДж/кг	-	320	-	600	-	960

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 98100 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 = 15740Па 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 = 22854 Па при температуре воздуха на выходе из зоны сушки 63оС, равно:

кг/(кг сух.возд);

Для 3-ей зоны при К3 = 10 % и = 28561 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
10	1,23	2476,9	2518,7	41,99	0,0094
20	2,34	2453,0	2536,7	83,86	0,0173
30	4,24	2429,6	2555,1	125,66	0,0304
40	7,35	2405,7	2573,1	167,45	0,0511
50	12,35	2381,8	2591,1	209,26	0,0830
60	19,92	2357,6	2608,7	251,09	0,1301
70	31,10	2332,9	2625,9	292,97	0,1979
80	47,40	2307,7	2642,6	334,92	0,2929
90	71,0	2282,2	2658,9	376,94	0,4229
100	101,30	2256,3	2675,3	419,06	0,5974
110	143,26	2230,5	2691,8	461,32	0,8254
120	198,54	2202,9	2706,6	503,70	1,1199
130	270,12	2174,4	2720,7	546,30	1,4959
140	361,36	2144,9	2734,0	589,10	1,9656
150	475,97	2114,1	2746,3	632,20	2,5471
160	618,04	2082,2	2757,7	675,50	3,2589
170	792,02	2048,9	2768,0	719,10	4,1276
180	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
10	45,83	2584,4	2393,6	191,84
15	54,00	2598,9	2372,6	225,98
20	60,09	2609,6	2358,1	251,46
25	64,99	2618,1	2346,1	271,99
30	69,12	2625,3	2336,0	269,31
40	75,89	2636,8	2319,2	317,65
50	81,35	2646,0	2305,4	340,57
60	85,98	2653,6	2293,7	359,93
70	89,97	2660,2	2283,4	376,77
80	93,51	2666,0	2274,3	391,72
90	96,71	2671,1	2265,9	405,21
100	99,63	2675,7	2258,2	417,51
150	111,37	2693,9	2226,8	467,13
190	118,62	2704,6	2206,8	497,85
200	120,23	2706,9	2202,2	504,70
250	127,43	2717,2	2181,8	535,40
300	133,54	2725,5	2164,1	561,40
350	138,88	2732,5	2148,2	584,30
400	143,62	2738,5	2133,8	604,70
450	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, %
	0	10	20	40	60
50	302	300	270	200	120
70	339	385	352	275	177
90	497	470	434	350	234
100	545	512	475	387	263
110	594	555	516	425	292
130	690	640	600	500	350

Приложение 4

Физические свойства воды на линии насыщения

t, oC	, кг/м3	c, кДж/кгК	, Вт/мК	106 м2/с	Pr
0	999,8	4,237	0,551	1,790	13,7
5	999,7	4,224	0,563	1,540	11,3
10	999,6	4,212	0,575	1,300	9,56
15	998,9	4,208	0,586	1,100	8,15
20	998,2	4,204	0,599	1,000	7,06
25	996,9	4,204	0,608	0,910	6,20
30	995,6	4,199	0,618	0,805	5,50
35	993,9	4,199	0,626	0,720	4,85
40	992,2	4,199	0,634	0,659	4,30
45	990,1	4,199	0,641	0,615	3,90
50	988,0	4,199	0,648	9,556	3,56
55	985,6	4,199	0,654	0,515	3,25
60	983,2	4,204	0,659	0,479	3,00
65	980,5	4,208	0,664	0,445	2,75
70	977,7	4,212	0,668	0,415	2,56
75	974,8	4,212	0,671	0,385	2,35
80	971,8	4,216	0,674	0,366	2,23
85	968,5	4,220	0,678	0,347	2,10
90	965,3	4,224	0,680	0,326	1,95
95	961,8	4,224	0,682	0,310	1,85
100	958,3	4,229	0,683	0,295	1,75
110	951,0	4,237	0,685	0,268	1,58
120	943,1	4,250	0,686	0,244	1,43
130	934,8	4,271	0,686	0,226	1,32
140	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
0	1,293	1,005	2,44	17,2	0,707
10	1,247	1,005	2,51	17,6	0,705
20	1,205	1,005	2,59	18,1	0,703
30	1,165	1,005	2,67	18,6	0,701
40	1,128	1,005	2,76	19,1	0,699
50	1,093	1,005	2,83	19,6	0,698
60	1,060	1,005	2,90	20,1	0,696
70	1,029	1,009	2,96	20,6	0,694
80	1,000	1,009	3,05	21,1	0,692
90	0,972	1,009	3,13	21,5	0,690
100	0,946	1,009	3,21	21,9	0,688
120	0,898	1,009	3,34	21,9	0,688
140	0,854	1,013	3,49	23,7	0,684
160	0,815	1,017	3,64	24,5	0,682
180	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	78
Сахарный раствор	85
Фруктовый сок	80
Томатная паста	80

Размещено на Allbest.ru