Расчет распылительной сушилки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Сушка - процесс удаления влаги из материалов путем испарения и отвода паровой фазы.

В процессах сушки в основном удаляется влага, связанная лишь механически. Влага испаряется с поверхности материала за счет энергии, подводимой к нему теплоносителем.

Сушка - один из самых распространенных и в то же время энергоемких и дорогостоящих способов консервирования, так как удаление влаги способствует подавлению действия микроорганизмов, значительно сокращаются расходы на транспортировку и хранение, так как резко уменьшается вес и объем продукта.

Сухое молоко представляет собой растворимый порошок, получаемый высушиванием нормализованного пастеризованного коровьего молока. Обычно разводится в тёплой воде и употребляется в качестве напитка, при этом сохраняет все полезные свойства свежего пастеризованного молока. Имеет широкое применение в кулинарии. Входит в состав многих видов детского питания.

Изготовление сухого молока обусловлено более длительным сроком хранения данного продукта по сравнению с обычным молоком.

Коровье молоко нормализуют, пастеризуют и сгущают. Затем производят гомогенизацию сгущённого молока и его сушку на распылительных или вальцовых сушилках.

На распылительных установках молоко сушат при температуре 150--180 °C.

Распылительные сушилки пользуются большей популярностью у производителей из-за высокой производительности и постоянного качества сухого молока.

Первоначально для сушки молока использовались преимущественно вальцовые сушилки, основанные на методе кондуктивной сушки.

Обычно на вальцовую сушилку поступает концентрат цельного молока после мультициклонных выпарных аппаратов с содержанием сухих веществ около 40 %. Готовый продукт имеет остаточную влажность около 3 %. Сухое молоко, производимое на вальцовых сушилках, имеет особые органолептические свойства. При соприкосновении сгущёного молока с нагретой поверхностью барабана происходит его карамелизация. Таким образом, молоко, высушенное на вальцовых сушилках, имеет своеобразный привкус карамели. Сухое молоко вальцовой сушки имеет большое количество свободных жиров, поэтому является незаменимым ингредиентом в шоколадной промышленности, позволяющим значительно сократить количество дорогого масла какао. Существенным недостатком такого вида сушки является малая производительность: в зависимости от величины вальцовой установки до 1000 кг/ч.

После сушки молоко просеивают и охлаждают.

Для увеличения срока годности продукта производят его фасовку в вакуумные пакеты или используют инертные газы.

Сухое молоко производится в соответствии с ГОСТ 4495--87 «Молоко цельное сухое» и ГОСТ Р 52791-2007 «Консервы молочные. Молоко сухое. Технические условия».



1. Расчет распылительной сушилки

Производительность по сухому материалу GF = 0,49 т/ч.

Начальная влажность высушиваемого материала Wн = 52%; конечная Wк = 4,9%. Температура воздуха на входе в сушилку t1 = 180°C, температура воздуха на выходе из сушилки t2 = 90°С. Температура материала на входе в сушилку O = 60°С. Потери тепла qn = 8.0%. Высушиваемый материал - обезжиренное молоко.

1.1 Материальный баланс сушилки

Массу влажного продукта, загружаемого в сушилку, определяем по формуле

, (1)

где G2 - масса продукта, полученного после сушки, кг; - процентное содержание влаги в сухом продукте, %; - процентное содержание влаги во влажном продукте, %;

.

Количество влаги, подлежащей выпариванию W, кг/ч, определяем по формуле

, (2)

.



1.2 Геометрический расчет сушильной башни

Определим внутренний объем по формуле

, (3)

где А - напряжение башни по влаге, А = 3,33 кг/м3,

.

Определим диаметр башни по формуле

, (4)

где К - отношение высоты башни к ее диаметру, К = 1,15.

.

Высота башни определяется по формуле

, (5)

1.3 Расчет теплопотерь при сушке на 1 кг испаренной влаги

Определим теплопотери в окружающую среду , кДж/кг, принимая теплопотери с 1 м2 равными 4,18 кДж/ч, по формуле

, (6)

Определим теплоемкость высушенного материала , кДж/(кг•К), по формуле

, (7)

где - теплоемкость абсолютно сухого материала, кДж/(кг•К);

.

Теплопотери на нагрев продукта определяем по формуле

, (8)

где - температура продукта на входе в камеру, = 20°С, - температура продукта на выходе из камеры, = 60°С;

.

Сумма теплопотерь определяется по формуле

, (9)

.

1.4 Аналитический расчет сушильного процесса в распылительной башне

Влагосодержание наружного воздуха , г водяного пара/кг сухого воздуха, определяется по формуле

, (10)



где - относительная влажность наружного воздуха; - давление насыщенного водяного пара при температуре , при , при (для Воронежа); - барометрическое давление на входе в сушилку,

зимой:

;

летом:

.

Теплоемкость влажного воздуха С, кДж/(кг•К) на 1 кг сухого воздуха определяется по формуле

, (11)

где - теплоемкость сухого воздуха, кДж/(кг•К); - теплоемкость насыщенного сухого водяного пара, кДж/(кг•К);

зимой:

;

летом:

.

Теплосодержание водяного пара на выходе из башни i, кДж/кг, определяется по формуле

, (12)

где - полная теплота водяного пара при 0°С; - температура воздуха на выходе из сушильной башни, .

.

Влагосодержание наружного воздуха d2, г водяного пара/кг сухого воздуха, на выходе из сушильной башни определяется по формуле

, (13)

где - температура на входе в сушильную башню, °С.

зимой:

,

летом:

.

Относительная влажность воздуха на выходе из башни определяется по формуле

, (14)

где - давление насыщенного пара при , Па, Па.

зимой:

,

летом:

.

Относительный расход абсолютно сухого воздуха на сушку , кг сухого воздуха/кг испарен влаги, определяется по формуле

. (15)

зимой:

,

летом:

.

Расход тепла на сушку определяется по формуле

, (16)

где - температура наружного воздуха, °С.

зимой:

,

летом:

.

Расход воздуха в сушильной башне за 1 час работы сушилки L, кг сухого воздуха/ч, рассчитывается по формуле

. (17)

зимой:

,

летом:

.

Расход тепла в сушильной башне за 1 час работы сушилки , кДж/ч, рассчитывается по формуле

. (18)

зимой:

,

летом:

.



2. Расчет сушки с предварительным обезвоживанием в контактном испарителе

Принимаем, что в испарителе молоко подогревается с C до С, температура воздуха, поступающего из сушильной башни, с C понижается до С.

2.1 Аналитический расчет сушильного процесса в испарителе

Теплоемкость поступающего в испаритель воздуха с, кДж/(кг•К), рассчитывается по формуле

. (19)

зимой:

,

летом:

.

Полная теплота водяного пара i, кДж/кг, на выходе из испарителя рассчитывается по формуле

, (20)

где - температура воздуха на выходе из испарителя, °С.

.

Теплопотери в испарителе на подогрев продукта на 1 кг испаренной в установке влаги , кДж/кг испаренной влаги, определяется по формуле

влага башня сушка молоко



, (21)

где - теплоемкость влажного материала, кДж/(кг•К), определяется по формуле

(22)

,

.

Теплопотери в испарителе в окружающую среду принимают, учитывая температурный режим, равными 0% от теплопотерь башней, т.е. .

Суммарные теплопотери в испарителе определяются по формуле

(23)

.

Часть влаги х, испаряемой из продукта в испарителе, определяется по формуле

(24)

зимой:

,

летом:

.

Влагосодержание воздуха на выходе из испарителя , г водяного пара/кг сухого воздуха, определяется по формуле

(25)

зимой:

,

летом:

.

Относительная влажность воздуха на выходе из испарителя рассчитывается по формуле

, (26)

где - давление насыщенного пара при , Па, Па.

зимой:

,

летом:

.

Количество испаренной воды в сушильной башне , кг/ч, определяется по формуле

(27)

зимой:

,

летом:

.

Количество испаренной воды в испарителе , кг/ч, определяется по формуле

(28)

зимой:

,

летом:

.

Относительная влажность материала на выходе из испарителя , %, рассчитывается по формуле

(29)

зимой:

,

летом:

.

Проверка расчетов по формуле

(30)

зимой:

,

летом:

.

Расход воздуха , кг сухого воздуха/ч, определяется по формуле



(31)

зимой:

,

летом:

.

Расход тепла , кДж/ч, определяется по формуле

(32)

зимой:

,

летом:

.

2.2 Экономия расходов

Экономия в расходах по сравнению с сушкой без предварительного обезвоживания составит:

тепла зимой:

,

тепла летом:

,

воздуха зимой:

,

воздуха летом:

.

Полученные величины, являющиеся коэффициентами экономии, представляют собой ту часть влаги, которая испаряется из продукта в испарителе.

Производительность сушильной установки будет больше и составит по выпаренной влаге по формуле

(33)

.

т.е. увеличится на 16,5% при тех же расходах воздуха и тепла, что были определены для сушилки без предварительного обезвоживания.



3. Расчет рукавных фильтров

Фильтрующая поверхность F, м2, определяется по формуле

(34)

где - производительность 1 м2 фильтрующей поверхности рукавов в 1 ч/м2; - коэффициент, определяющий единовременно работающую часть фильтра, .

.

Количество рукавов n, шт., определяется по формуле

(35)

где - диаметр рукава, м; ; - рабочая длина рукава, м; .

Потерю напора или сопротивление , Па, рассчитываем по формуле

, (36)

где - опытный коэффициент, справедливый для определенной ткани, ; - опытный показатель степени, .



4. Расчет калорифера

Калорифер рассчитывают при оптимальной стоимости его эксплуатации на зимнее время работы.

Рассчитаем и подберем калорифер для подогрева наружного воздуха от -9,8°С до 180°С.

Коэффициент экономических характеристик А определяется по формуле

(37)

где - стоимость 1 кВт/час электроэнергии, руб., ; - стоимость 1 м2 поверхности теплопередачи калорифера, руб.,; - годовая стоимость амортизации и ремонта калорифера в долях единицы от начальной стоимости, ; - число часов работы калорифера в сутки, ; - количество рабочих дней в году, ; - плотность воздуха, ; - КПД электродвигателя, ; - КПД вентилятора, .

.

Оптимальная массовая скорость воздуха , , определяется по формуле

(38)

где - коэффициент опытных величин калорифера, для калорифера марки КФБ ; - коэффициент отношений поверхности теплопередачи к живому сечению калорифера, для модели КФБ ; m - коэффициент калорифера опытный, для модели КФБ .

.

Подберем калорифер, обеспечивающий оптимальную или ей близкую объемную скорость , , по формуле

(39)

где - живое сечение калорифера, м2, ; - количество калориферов, установленных параллельно,

Эту скорости применяют в дальнейших расчетах.

Коэффициент теплопередачи К, , определяется по формуле

(40)

где и - опытные коэффициенты, для марки КФБ

.

Поверхность теплопередачи F, м2, определяется по формуле

(41)

где - средняя разность температур пара и воздуха, которая определяется по формуле

(42)

где - начальная температура наружного воздуха, °С; - конечная температура наружного воздуха, °С; - температура пара, °С.

Количество калориферов x, установленных последовательно, определяется по формуле

(43)

где - поверхность передачи одного калорифера, для марки КФБ

.

Установочная поверхность рассчитывается по формуле

(44)

Сопротивление калорифера , Па, рассчитывается по формуле

, (45)

где , - опытные коэффициенты, для марки КФБ ; 9,8 - перевод мм.рт.ст. в Па.

Сопротивление калориферной станции , Па, определяется по формуле

(46)

Стоимость эксплуатации калориферной станции определяется по формуле

(47)



5. Расчет вентилятора

Часовую производительность вентилятора, установленного за сушилкой и рассчитанного на отсос обработанного воздуха , м3/ч, определяется по формуле

, (48)

где - плотность воздуха в зависимости от места установки вентилятора, рассчитывается по формуле

, (47)

где - давление воздуха на выходе из сушилки, ; - влагосодержание отработавшего воздуха, кг вод. пара/ кг сухого воздуха; - температура отработавшего воздуха,°С.

,

.

По полученной производительности выбираем вентилятор ВР 140-40.

Мощность двигателя данного вентилятора

Напор вентилятора - H = 900 Па.



Заключение

В ходе расчета и проектирования сушилки для сушки молока производительностью 800 кг/ч получены следующие значения:

- расход тепла в сушильной башне за 1 час работы сушилки

.

- техническая производительность по сырому продукту

.

Габариты сушильной башни

- высота … 6240 мм

- диаметр … 5430 мм

Подобран калорифер марки КФБ-6, годовая стоимость эксплуатации которого составляет 2513718,167 руб/год.

Рассчитано количество рукавных фильтров, которое составило 12 шт.

При расчете процесса сушки с предварительным обезвоживанием в испарителе было определено, что производительность сушильной установки увеличится на 16,5% при тех же расходах воздуха и тепла, что и для сушки без предварительного обезвоживания.

В результате произведенных расчетов можно сделать вывод, что данная рассчитанная сушильная установка соответствует технологии производства сухого молока по расходам тепла и воздуха, а также габаритные размеры сушильной башни соответствуют выпускаемым.



Список использованной литературы

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Издание 8-е, пер. и доп. Л., (Химия), 1976 - 552 с.

2. Логинов А.В., Остриков А.Н., Красовицкий Ю.В.Практикум по гидравлике. Руководство по изучению курса: уч. пособие.- Воронеж: ВГТА, 2009. 352 с.

3. Машины и аппараты пищевых производств. В 2 кн. Кн. 2: Учеб. для вузов/ С.Т. Антипов, И.Т. Кретов, А.Н. Остриков и др.; под ред. акад. РАСХН В.А.Панфилова. - М.: Высш. шк., 2001. - 680 с.: ил

4. Лыков, М.В. Распылительные сушилки. Основы теории и расчета [Текст]/ М.В. Лыков, Б.И. Леончик - М.: Машиностроение, 1966г. 331 с

Размещено на Allbest.ur