Двухкорпусная выпарная установка

Двухкорпусная выпарная установка

Содержание:

Введение

Задание №1. Проектный расчет двухкорпусной выпарной установки с барометрическим конденсатором

. Расчет двухкорпусной выпарной установки

. Расчет барометрического конденсатора

Задание №2. Проектный расчет туннельной сушилки

. 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;

.        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

. Определяем количество выпариваемой воды. Количество воды, выпаренной в двух корпусах установки, определяем по формуле:

;

W = 2,0×(1− 5/20) = 1,5 кг/с.

. Выбираем и обосновываем выбор соотношения выпариваемой воды по корпусам установки.

1: 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:

=W1+W2=1+0,5 = 1,5 кг/с.

. Определяем расход продукта поступающего во второй корпус. Расход продукта G1, перетекающего из первого корпуса во второй:

= G - W1=2,0 - 1 = 1 кг/с,

а конечного (сгущенного) продукта G2:

= G - W= 2,0 - 1,5 = 0,5 кг/с.

. Определяем конечную концентрацию сгущенной массы. Определяем конечную концентрацию сгущенной массы в каждом корпусе по формуле:

к=G×Хн/(G-W1-…Wn);

в I корпусе:кI = 2,0 · 5/(2,0 − 1) = 10 %;

во II корпусе:кII = 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

-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:

Δф-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:

Δф-х II = 0,025 ∙ 201,1 ∙ 130,17 = 1,04°С,

следовательно, по двум корпусам:

åΔф-х = 0,65 + 1,04 = 1,69°С.

Температурные потери от гидростатической депрессии примем равными

,5 °С на каждый корпус. Тогда для двух корпусов:

åΔг-с = 1,5 ∙ 2 = 3°С.

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

åΔг = 1 ∙ 2 = 2°С.

Сумма всех температурных потерь на выпарной установке равна:

Δ = 1,69 + 3 + 2 = 6,69°С.

. 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:

Δtполн = 106,89 - 50,86 = 56,03 °С.

Полезная разность температур:

Δtполезн = 56,03 − 6,89 = 49,14 °С.

°С.

°С.

. Рассчитываем коэффициенты теплопередачи по корпусам.

= α1 ×α2/(α1+α2);

где α1 - коэффициент теплоотдачи от греющего пара к стенке труб;

α2 - коэффициент теплоотдачи от кипящего раствора к стенкам труб.

Коэффициент теплоотдачи α1 для I корпуса при tгр.п. = 106,89°С (табл.1.1) определяем по формуле  и он составит:

α1 = 1163(1,9 + 0,04 · 106,89) = 7182,22 Вт/(м2К)

Для определения α2, 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:

α2 = 479,45 · (45,63)0,6 = 4745,64Вт/(м2·К);= 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:

α1 = 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:

α2 = 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/(м2×К).

. 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:

= W1×r1· 1,05;= 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/(кг×К) - теплоемкость томатной массы.

. Определяем расход греющего пара поступающего только в I корпус:

. Определяем удельный расход пара приходящейся на 1 кг выпаренной воды:

= D1/W= 1,05 / 1,5 = 0,7 кг на 1 кг воды.

. 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:

ΔtполезнI = [( 49,14 · 2395,84∙ 103 / 2857,53 ) / [(2395,84· 103 /2857,53 ) + ( 1120,86 · 103 / 1319,7 )] = 24,41 °С.

Для II корпуса:

ΔtполезнII = [(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:

ΣΔtполезн = ΔtполезнI + ΔtполезнII = 24,73 + 24,41 = 50,86°С.

Что указывает на правильность ее распределения.

. 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:= 1120,86 · 103 / ( 1319,7∙ 24,73) = 34,35 м2.

Расчет барометрического конденсатора

. Определяем термодинамические параметры воды и водяного пара. Температуру воды на входе в барометрический конденсатор принимаем tвх.к=15 ºС. Температуру воды, уходящей из корпуса конденсатора, принимаем на 3 º ниже температуры насыщенного пара (табл.1.1), уходящего из конечного корпуса выпарной установки, т.е.

вых,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/кг×К.

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:= 2592,61 кДж/кг.

. 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.

. Определяем объем пара. Объем пара, проходящего через конденсатор,

находим по формуле:

где ρ - плотность пара, кг/м3, рассчитываем методом интерполяции (табл. Приложение 8)

4.    Рассчитываем диаметр корпуса. Задаем скорость движения пара в корпусе конденсатора ωп = 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.

. Определяем высоту слоя воды. Высоту слоя воды на полке рассчитываем по формуле:

где b - ширина полки конденсатора, определяемая по формуле:

.

. Определяем начальную скорость истечения воды. Начальная скорость истечения воды с первой полки определяется:

,

где ρв - плотность воды (кг/м3) (табл. Приложение 4)

. 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.

. Определяем эквивалентный диаметр струи. Эквивалентный диаметр струи рассчитывается:

где м.

. Определяем температуру воды, уходящую с первой полки. Температуру воды, уходящую с первой полки, tв.1, находим из уравнения:

=

==

=

 ºС.

. Определяем число необходимых ступеней конденсации. Число необходимых ступеней конденсации рассчитываем по формуле:

.

Число полок в конденсаторе принимаем на единицу больше, т.е. 19.

. Определяем внутренний диаметр барометрической трубы. Внутренний диаметр барометрической трубы определяем по формуле:

,

. Определяем высоту барометрической трубы:

где Pразр - разряжение в конденсаторе (Pразр = Ратм - Рконд), кПа,

Ратм - атмосферное давление, кПа;

Σξ - сумма коэффициентов сопротивления местных потерь напора (принимается 1,5);

λ - 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.

. Определяем количество воздуха. Количество воздуха, откачиваемого из конденсатора вакуум-насосом определяем по эмпирической формуле:

. Определяем температуру воздуха. Температуру воздуха определяем по формуле:

. Определяем парциальное давление воздуха в конденсаторе. Согласно табл. Приложение 5 и 8, при температуре воздуха 22,29ºС 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.

. 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:

) перемещение влаги из глубины тела к поверхности (процесс влагопроводности);

) парообразование на поверхности материала (процесс влагоотдачи);

) 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

. 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

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

Расход продукта на выходе из второй зоны:

 кг/ч.

Расход продукта на входе в третью зону:

н3=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:

. 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);

τ - 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.

. Определяем число вагонеток в зонах. Число вагонеток (n), находящихся в зонах сушки вычисляют по формуле:

где qг - вместимость вагонетки по высушенному материалу:

 кг;

 - 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:

. 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 второй зоны:  

Длина туннеля третьей зоны: м.

Длину сушильной камеры для размещения каналов всех зон подбирается по максимальному значению, т.е. 24.05 м.

. 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:

. 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/кг×К;

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/(кг×К);

cсух.вещ. - удельная теплоемкость сухого вещества материала (из условия задачи);

WК - влажность продукта после сушки, %.

б) Находим, предварительно, теплоемкости материала по зонам

сушки, кДж/(кг×К):

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 Dt равной Dt1 = 3 °С; Dt2 = 2,5 °С; Dt3 = 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:

. 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/(кг×К);

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:

;

t - 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.

. Определяем поправки расхода теплоты. Этот расчет поправки расхода теплоты, т.е. дополнительный ее расход D 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, оСд - 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.м, qтр - удельные расходы теплоты на нагревание материала и транспортных приспособлений, кДж/(кг исп.вл.);о.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 :

. Определяем удельное влагосодержания свежего воздуха. Удельное влагосодержание свежего воздуха хо, кг/(кг сух. возд.), находим по формуле:

где j0 - 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.

. Определяем удельное влагосодержание отработанного воздуха по зонам сушки:

для 1-ой зоны, при jК1 = 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 jК2 = 26 % и  = 22854 Па при температуре воздуха на выходе из зоны сушки 63оС, равно:

 кг/(кг сух.возд);

Для 3-ей зоны при jК3 = 10 % и  = 28561 Па при температуре на выходе из зоны сушки 68оС, равно:

 кг/(кг сух.возд).

. 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.

. 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/(кг×св.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.

. Удельную энтальпию отработавшего воздуха iк, кДж/(кг×св. воздуха) по зонам сушки, определяем по формуле:

;

для 1-й зоны сушки:

где все параметры находят при температуре 55 оС: сn =1, 92 кДж/кг×К;

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/кг×К;

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/кг×К, находим

методом интерполяции( табл. Приложение 9)

. 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.

. 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:

. 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: .

. 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/кг×К.

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:

.

. 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.

. Малахов, Н.Н. Процессы и аппараты пищевых производств/ Учебник /Н.Н. Малахов, Ю.М. Плаксин, В.А. Ларин. - Орел: ОрелГТУ, 2001. - 551с.

. 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

Приложение 2

Водяной пар на линии насыщения по давлению

Приложение 3

Зависимость коэффициента А от температуры кипения и концентрации раствора

Приложение 4

Физические свойства воды на линии насыщения

Приложение 5

Приложение 6

Физические свойства сухого воздуха при Р = 760 мм.рт.ст. = 98 кПа

Приложение 7

Максимально допустимая температура для сгущаемого продукта (температура кипения)