Расчет пневмотрубы
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
Могилевский
государственный университет
Кафедра тепло
хладотехники
Расчет пневмотрубы
Курсовая работа
по дисциплине «Процессы и аппараты пищевых производств»
Специальность 1-49 01 02 «Технология хранения и переработки животного сырья»
Специализация
1-49 01 02 01 «Технология мяса и мясных
продуктов»
Руководитель проекта
доцент кафедры
ТХТ
___________ В.М.
Лустенков
«___»_______________2011г.
Могилев 2011
Содержание
расчетно-пояснительной записки
Введение
1. Состояние вопроса
2. Технические описания и расчеты
2.1 Описание принципа работы технологической схемы
2.2 Описание принципа работы проектируемого аппарата
2.3 Материальный расчет установки
2.4 Тепловой расчет аппарата
2.5 Тепловые расчеты комплектующего оборудования
2.6 Гидравлический расчет продуктовой линии и подбор нагнетательного оборудования
2.7 Подбор комплектующего оборудования и конструктивный расчет проектируемого аппарата
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Многие виды сырья для пищевых производств содержат значительное количество воды. При протекании технологических процессов нередко происходит увлажнение полупродуктов производства. Влагу можно удалять из материалов механическими способами (отжимом, отстаиванием, фильтрованием, центрифугированием). Однако более полное обезвоживание достигается путем испарения влаги и отвода образующихся паров, т. е. с помощью тепловой сушки.
Этот процесс широко используется в химической технологии. Он часто является последней операцией на производстве, предшествующей выпуску готового продукта. При этом предварительное удаление влаги обычно осуществляется более дешевыми механическими способами (например, фильтрованием), а окончательное - сушкой. Такой комбинированный способ удаления влаги позволяет повысить экономичность процесса.
В химических
производствах, как правило, применяется
искусственная сушка материалов
в специальных сушильных
Процесс сушки
характеризуется рядом
Основным
параметром, определяющим процесс сушки,
является конечная влажность продукта.
Однако в настоящее время промышленных
влагомеров, работающих в потоке, мало,
поэтому для правильного
Сушка - это процесс удаления влаги из твердого или пастообразного материала путем испарения содержащейся в нем жидкости за счет подведенного к материалу тепла.
При сушке обычно удаляется из продукта жидкий компонент, которым в большинстве случаев является вода, однако часто приходится удалять и органические растворители. При сушке изменяется теплопроводность материала, снижается его объемный вес и повышается прочность. Чем выше качество материала, тем больше возможность его использования. Это может быть обеспечено при соответствующем режиме процесса сушки, который должен проводиться при определенных температуре, давлении и относительной влажности теплоносителя. Режим сушки зависит от свойств высушиваемого материала.
Сушка широко применяется в химической, химико-фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности.
По своей физической сущности сушка является сложным диффузионным процессом, скорость которого определяется скоростью диффузии влаги из глубины высушиваемого материала в окружающую среду. Удаление влаги при сушке сводится к перемещению тепла и вещества (влаги) внутри материала и их переносу с поверхности материала в окружающую среду. Таким образом, процесс сушки является сочетанием связанных друг с другом процессов тепло- и массообмена (влагообмена).
Различают
следующие способы подвода
конвективную сушку, проводимую путем непосредственного контакта материала и сушильного агента. Подвод теплоты осуществляется газовой фазой (воздух или смесь воздуха с продуктами сгорания топлива), которая в процессе сушки охлаждается с увеличением своего влагосодержания;
контактную (кондуктивную) сушку, которая реализуется путем передачи теплоты от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку;
радиационную сушку, при которой тепло передается тонкому слою материала, либо поверхности его, покрытой лаками или красками, от электрических или газовых инфракрасных излучателей. Сушка протекает интенсивно. Сушилки отличаются малой инерционностью;
сублимационную сушку, при которой влага удаляется из материала в замороженном состоянии (обычно в вакууме). Чаще применяется в пищевой, чем в химической промышленности, с целью сохранения объёма, цвета, запаха, вкусовых и биологических свойств материала. Оборудование для этого метода сушки отличается сложностью;
диэлектрическую
сушку, при которой материал высушивается
в поле токов высокой частоты. Применяется
для сушки древесины, пенопласта, искусственного
волокна и т.д.
1.Состояние вопроса
Принципиальная схема сушильной установки
Принципиальная
схема сушильной установки
Высушиваемый материал поступает в сушилку 3, где его влажность снижается от (начальная) до (конечная). В сушилке материал, либо находится в неподвижном состоянии (на противнях, вагонетках), либо движется (на транспортерных лентах, сетках, при помощи гребков, пересыпается при вращении сушилки). Сушка производится за счет тепла, вырабатываемого в генераторе тепла 2, куда теплоноситель может подаваться вентилятором 1. Генератором тепла могут служить паровые или газовые калориферы, топки, работающие на твердом, жидком или газообразном топливе, инфракрасные излучатели и генераторы электрического тока. Выбор генератора тепла обычно определяется схемой и методом сушки, физическими свойствами высушиваемого материала и требуемым режимом сушки. Иногда в сушильной камере устанавливается дополнительный подогреватель 2'.
1- вентилятор; 2 - генератор тепла; 3 - сушилка;
4 - пылеулавливающее устройство; 5 - отсасывающее устройство.
Рисунок 1.1- Принципиальная схема сушильной установки
Существуют различные типы сушилок:
1.Камерные сушилки являются аппаратами периодического действия и применяются преимущественно для сушки штучных изделий и материалов в плотном неподвижном слое (так сушат, в частности, сухари, макароны, овощи, фрукты, мармелад, пастилу). Сушильная камера имеет прямоугольную форму. Высушиваемый материал в камере обычно размещается на противнях (решетах), установленных на стеллажах.
2.Туннельные (коридорные) сушилки. Сушильная камера туннельной сушилки представляет собой удлиненную камеру (туннель), в которой в продольном направлении перемещаются вагонетки с материалом. Высушиваемый материал помещают в вагонетки в сетчатых противнях (кассетах). Загружают и выгружают материал в разных концах камеры через определенные промежутки времени. Таким образом, перемещение вагонеток осуществляется периодически, а горячий воздух подается непрерывно. Направление движения воздуха и материала может быть прямоточным и противоточным, а в установках с промежуточным подогревом воздуха используется поток, перекрестный к направлению движения материала.
3.Конвейерные сушилки являются аппаратами непрерывного действия. Высушиваемый материал перемещается в них с помощью несущего конвейера в вагонетках.
4.Ленточные сушилки применяются для сушки хлеба, макаронных изделий, овощей, фруктов, крахмала. Основной элемент ленточной сушилки – горизонтальная бесконечная лента, движущая в сушильной камере. Лента, выполненная из пористого материала (ткани, металлической сетки), натянута между ведущим и ведомым барабанами. В одноленточной сушилке материал поступает на один конец ленты и выходит с другого, в многоленточной сушилке он непрерывно подается на верхнюю ленту и пересыпается затем с одной ленты на другую, благодаря чему улучшается его контакт с воздухом. Перемещение воздуха и материала в ленточных сушилках может быть прямоточным и противоточным, но чаще всего используется перекрестный ток, когда воздух проходит перпендикулярно плоскости ленты: вверх или вниз. Между холостой и рабочей ветвью ленты устанавливается калорифер для промежуточного подогрева воздуха (в многоленточных сушилках).
5.Барабанные сушилки применяют для сушки зерна, сахара, жома, крахмала, казеина и других материалов. Основной их элемент – горизонтальный или слегка наклонный (0,5-5°) в сторону движения материала барабан, вращающийся с частотой 1-8 Внутри барабана в зависимости от вида высушиваемого материала устанавливаются разного типа насадки или лопасти, способствующие лучшему контакту материала и сушильного агента. Высушиваемый материал и воздух могут перемещаться в барабане в прямоточном и противоточном направлениях.
6. Распылительные
сушилки в пищевой
2. Технические описания, принцип работы проектируемого аппарата
Рисунок 1.2
Пневматическая труба-сушилка
Схема трубы сушилки приведена на рисунке 1.2
- Вентилятор; 2-калорифер;
3-затвор-мигалка;4-питатель;5-
пневмотруба;
6- циклон;
Влажный материал питателем 4 подается в трубы. Греющий пар при температуре 160 подается в калорифер 2, чтобы подогреть греющий агент (воздух) до температуры 92℃, который поступает в нижнюю часть пневматической трубы 5 и со скоростью, превышающую скорость витания крупных частиц, подхватывают материал и транспортируют его, а в нижней части калорифера 2 отводится конденсат.
В процессе
транспортировке происходит интенсивная
сушка материала. Далее греющий агент
и высушенный материал поступают в циклон
пылеотделитель 6, где продукт улавливается,
а очищенные газы, имеющие температуру
68℃
на выходе, выбрасываются в атмосферу.
Если сушку проводят при высоких температурах
греющего агента, нижнюю часть трубы 5
футеруют жаропрочным бетоном. Для удаления
отделившихся от потока комков материала
предусмотрен затвор-мигалка 3.При сушке
веществ, вызывающих эрозию аппаратуры,
участок изгиба трубы АВ бронируют специальным
материалом. Сушка работает при разрежении.
Оптимальное
значение скорости газов в трубах-сушилках
зависит от ряда факторов. Во-первых,
скорость газов должна быть больше
скорости витания наиболее крупных
частиц (это условие является необходимым,
но недостаточным). Скоростью надежного
транспортирования зависит от концентрации
материала и от диаметра трубы. Чем
выше концентрация, тем больше должна
быть скорость транспортируемого воздуха.
При одинаковых значениях концентрации
скорость газа должна быть ниже, чем
меньше диаметр трубы.
2.1 Описание
принципа работы
Работа технологической схемы начинается с того, что греющий пар при температуре 160 ͦС поступает в калорифер, где подогревает воздух до температуры 92 ͦС, а воздух поступает в пневмотрубу, где подхватывает влажный материал и со скоростью превышающую скорость витания частиц, переносит материал, нахождение материала доли секунд и удаление влаги незначительное, а в нижней части калорифера отводится конденсат. Если сушку проводят при высоких температурах греющего агента, нижнюю часть трубы футеруют жаропрочным бетоном. Для удаления отделившихся от потока комков материала предусмотрен затвор-мигалка .При сушке веществ, вызывающих эрозию аппаратуры, участок изгиба трубы АВ бронируют специальным материалом. Сушка работает при разрежении.
Влажный материал из бункера Б1 дозатором подается в питатель. Из питателя волчком подается в трубы. В процессе транспортировке происходит интенсивная сушка материала. Далее греющий агент и высушенный материал поступают в циклон, где продукт улавливается, и высушиный материал поступает в бункер Б2, из бункера Б2 высушиный материал поступает на ленточный транспортер, где далее идет на производство. Газы поступают в мокрый пылеуловитель, пройдя который выбрасываются в атмосферу. Из мокрого пылеуловителя влажный материал поступает в отстойник. В отстойнике шнек отправляют в бункер влажного материала Б1, который повторяет технологический процесс.
Процесс сушки выполняется при:
оптимальном
значение скорости газов в трубах-сушилках,
которое зависит от ряда факторов. Во-первых,
скорость газов должна быть больше скорости
витания наиболее крупных частиц (это
условие является необходимым, но недостаточным).
Скоростью надежного транспортирования
зависит от концентрации материала и от
диаметра трубы. Чем выше концентрация,
тем больше должна быть скорость транспортируемого
воздуха. При одинаковых значениях концентрации
скорость газа должна быть ниже, чем меньше
диаметр трубы.
2.3 Материальный расчет установки
По условию дано:
Количество удаляемой влаги: W=50кг/ч=0,014кг/с
Влажность продукта:
начальная =25%
конечная = 4%
Расчеты:
- Производительность (кг/с) по исходному продукту равна:
=
(1)
===0.064кг/с
Где W- количество удаляемой влаги из фарша (кг/с)
-начальная влажность фарша (%)
-конечная
влажность фарша
(%)
- Производительность (кг/с) по готовому продукту равна:
=
(2)
==0.064-0.014=0.05кг/с
- Годовая производительность сушилки G (т) по готовому продукту:
G= (3)
=0,05кг/с=180кг/ч
b=1год=330 суток=330*22=7260 часов
Из формулы (3) находим:
G==180*(22*7260) =28749600кг =28749,6т
где - часовая производительность по готовому продукту
а - число часов работы сушилки в сутки, обычно принимают при непрерывном производстве 22 часа.
b – число рабочих
дней в году, иногда принимают 7000-8000 рабочих
часов в году.
2.4 Тепловой расчет аппарата
Для испарения
влаги и проведения совместно
с сушкой других термических процессов
к материалу необходимо подвести
тепло. Его можно подводить различными
способами в зависимости от способа
сушки. Если на основании опытных
данных известен режим процесса, то
из теплового баланса можно
- Суммарный расход теплоты в сушилке:
Σ = + + + + (4)
где , - расход теплоты соответственно на испарение влаги и нагревание материала;
и - потери теплоты соответственно в окружающую среду и с отходящими газами;
- расход теплоты на
нагревание дополнительно
вводимых сред (пара,
сжатого воздуха и транспортных
средств. Расчет производиться
не будет, так как в технологической схеме
нет топки, вместо нее калорифер.
Для непрерывно действующих сушилок рассчитывают часовой расход теплоты, для сушилок периодического действия - расход теплоты на один цикл сушки.
- Расход теплоты (кДж/ч) на испарение жидкости:
= W () (5)
=62,85 кДж/кг [8,таблица LVI, c 548]
=2620 кДж/кг [8, таблица LVI, с 548]
= W ()=50*(2620-62,85)=127857,5 кДж/ч
где:
– энтальпия жидкости при начальной температуре материала;
– энтальпия перегретого
пара жидкости при температуре отходящих
газов;
- Расход теплоты на нагревание высушенного материала (кДж/ч):
= ( - ) (7)
где:
W- количество удаляемой влаги;
W=50кг/ч=0,014кг/с (по условию);
-производительность (кг/с) по готовому продукту;
=0,05кг/с
– температура материала, уходящего из сушильной камеры, принимается за температуру на 2℃ ниже температуры греющего агента (воздуха) на выходе (К);
-температура материала входящего в сушильную камеру, принимается за температуру на 2℃ ниже, температуры окружающей среды.
=66℃=339
=15℃=288
- теплоемкость высушенного материала, кДж/(кг · К).
=2,8кДж/(кг · К). [5,таблица II-96]
Подставим в формулу (7):
=
( -
)=0,05*2,8 (339-288)/0,014=7,14 кДж/ч
- Потери теплоты сушилкой в окружающую среду (кДж/ч):
=*W (8)
где:
- удельная потеря теплоты кДж/кг,
W- количество
удаляемой влаги,
=0,055* (9)
где:
- удельный расход теплоты кДж/кг,
примем удельную
потерю теплоты в размере 5,5% от .
= = =7102,80 кДж/кг (10)
значения , ,находим по графику Рамзина:
На графике находим точку пересечения по температуре 17℃ и влажности φ=72%, этим значениям соответствует степень сухости =0,0033 кг/кг и энтальпия , по температуре греющего агента на входе в сушилку 92℃ и на выходе 68℃ при пересечении находим энтальпию и степень сухости кг/кг. Данные представлены на рисунке 1.3
Рисунок 1.3
Диаграмма Рамзина для влажного
воздуха
Подставляем в формулу (9):
=0,055*7102,80 =39,094 кДж/кг
Подставляем в формулу (9):
=*W=39,094*50=1954,7кДж/кг
- Подставляем значения в формулу (4):
Σ
= + + + + =127857,5+7,14+1954,7=129819,
- Запишем уравнение внутреннего теплового баланса сушилки:
(11)
где:
Δ- разность
между удельными приходом и
расходом тепла
c- теплоемкость влаги во влажном материале при температуре , кДж/(кг*К);
c= 4,19 кДж/(кг*К)[9,таблица IV с 68]
- удельный дополнительный подвод тепла в сушильную камеру, кДж/кг влаги; при работе сушилки по нормальному сушильному варианту ;
- удельный подвод тепла в сушилку с транспортными средствами, кДж/кг влаги; в рассматриваемом случае ;
- удельный подвод тепла в пневмотрубу с высушиваемым материалом, кДж/кг влаги равен:
=( - )/W
– температура материала, уходящего из сушильной камеры, принимается за температуру на 2℃ ниже температуры греющего агента (воздуха) на выходе (К);
=66℃
=15℃
- теплоемкость высушенного материала, кДж/(кг · К).
=2,8кДж/(кг · К). [5,таблица II-96]
- производительность (кг/с) по готовому продукту равна;
=0.05кг/с =180кг/ч
По формуле (12) удельный подвод тепла в пневмотрубу равен:
=0,05 *2,8(66-15)/50=510кДж/кг
Из формулы (9):
=0,055*7102,80 =39,094 кДж/кг
Уравнение внутреннего теплового баланса сушилки из формулы (11)равно:
=4,19*17+0-(0+510+39,094)=-
- Запишем уравнение рабочей линии сушки:
