Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Распылительная сушилка. 5

Содержание

Задание……………………………………………………………….. 3

Введение……………………………………………………………… 4

1. Расчет сушильной камеры……………………………………… 6

1.1. Материальный расчет сушильного процесса…………. 6

1.2. Геометрический расчет сушильной камеры..………….. 6

1.3. Расчет теплопотерь при сушке………………………….. 7

1.4. Определение расходов воздуха и теплоты…………… 8

1.5. Определение скоростей витания и осаждения высушиваемых частиц в сушильной камере..………. 10

1.6. Расчет распылительной форсунки……………………… 11

2. Расчет и подбор калорифера………………………………….. 12

3. Расчет и подбор вспомогательного

оборудования сушильной установки………………………… 14

3.1. Расчет и подбор пылеотделительных устройств……. 14

3.1.1. Расчет центробежного циклона………………... 14

3.1.2. Расчет скруббера………….……………….…….. 16

3.1.3. Расчет рукавного фильтра…………………….. 17

3.2. Расчет и подбор вентилятора…………………………… 17

Заключение……………………………………………………… 19

Список использованной литературы………………………… 20

Задание

Рассчитать и спроектировать сушильную установку непрерывного действия для высушивания влажного материала.

Производительность сушилки G1 влажного материала. Начальная влажность высушиваемого материала ω1, конечная – ω2.

Температура и влажность наружного воздуха t₀. Температура воздуха на входе в сушилку – t₁, температура воздуха на выходе из сушилки – t₂,относительная влажность на выходе из сушилки – j₂. Температура материала на входе в сушилку Q1. Теплоемкость материала Cm.

Исходные данные:

Наименование параметра	Значение
Шифр	21
G1, т/ч	0.5
ω1, %	45
ω2, %	5
t₁, ^oC	180
t₂, ^oC	90
Q1, ^oC	60
t₀, ^oC зима	-9.6
t₀, ^oC лето	18,6
φ₀, % зима	92
φ₀, % лето	77
Сm, ккал/(кг*град)	1,29
Тип сушилки	распылительная
Высушиваемый материал	сыворотка
Город	Орел

Введение.

В пищеперерабатывающей промышленности распылительные сушилки используются главным образом в тех случаях, когда желателен кратковременный контакт продукта с теплоносителем-воздухом. Например, распылительные сушилки применяют для сушки жидких продуктов (молоко, кровь, бульоны, меланж и т.п.) с превращением жидкого продукта в сухой растворимый продукт.

При использовании этого метода, подаваемый на сушку специальными риспособлениями (форсунками и центробежными дисками) жидкий продукт распыляется в сушильной камере, через которую проходит нагретый газ-теплоноситель (воздух).

Под распылением подразумевают диспергированние струи жидкости, сопровождающееся образованием большого количества полидисперсных капель. Благодаря развитой поверхности диспергированных частиц проходит интенсивный тепло- и массообмен с агентом сушки, при этом распыленные частицы быстро отдают влагу. Весь процесс сушки занимает всего несколько секунд, причем максимальная температура частиц в процессе испарения влаги в зоне повышенных температур не превышает температуры, при которой продукт сохраняет основные физико-химические свойства, что особенно ценно при сушке материалов, чувствительных к действию высоких температур.

При сушке распылением можно изменять в определенных пределах некоторые показатели получаемых порошков: величину частиц, влажность, насыпную массу. При использовании сушки методом распыления получается готовый продукт, не требующий дальнейшего измельчения. Может быть сокращен и полностью механизирован технологический цикл получения сухого продукта.

Хорошая растворимость, образующегося при сушке мелкодисперсного порошка в ряде случаев имеет большое значение (например, при разведении водой сухого молока).

К недостаткам распылительных сушилок можно отнести: большие размеры сушильной камеры вследствие малой скорости сушильного агента и, соответственно, низкого напряжения камеры по влаге; значительный расход энергии и тепла; сложное оборудование сушильной установки (распылительные и пылеулавливающие устройства).

Расчет сушильной камеры

Материальный расчет сушильного процесса

Количество выпаренной влаги определяю исходя из материального баланса сушки по формуле:

Количество высушенного материала G₂:

1.2. Геометрический расчет сушильной камеры

Объем камеры определяю по формуле:

м³,

где: W - количество выпаренной влаги, кг/час;

А = 5 кг/(м³час) - напряжение объема сушильной камеры.

м³

Камера имеет форму цилиндра с коническим дном с соотношением высоты H к диаметру D равном 1.2. Исходя из этого диаметр определяю по формуле:

При этом высота будет равна 1.2×D = 1.2×3.548 = 4.258м.

Расчет теплопотерь при сушке

Теплопотери в окружающую среду — по уравнению

принимая теплопотери с 1 м² 100 ккал/ч:

испаренной влаги

Теплопотери на нагрев продукта — по уравнению

Где - температура материала на выходе из сушилки, принимается равной полусумме температур сушильного агента.

Определяют теплоемкость материала по уравнениям:

Для сырого

Для высушенного

=1,29

Сумма теплопотерь— по уравнению

1.4. Определение расходов воздуха и теплоты

Влагосодержание:

а) наружного воздуха —по уравнению:

Летние условия.

Зимние условия

Где Pn0л, Pn0з – давление насыщенного водяного пара при t0л и t0з. P – барометрическое давление на входе в сушилку.

Потерей напора в сушильной башне при расчетах влагосодержаний и относительных влажностей пренебрегают.

б) на выходе из сушильной башни — по уравнению:

Летние условия

Зимние условия

В уравнение входят теплоемкости влажного воздуха на 1 кг сухого воздуха, рассчитанные по уравнению:

Летние условия

Зимние условия

Теплосодержание водяного пара на выходе из башни — по уравнению:

Относительная влажность воздуха на выходе из башни — по уравнению:

Летние условия

Зимние условия

Давление водяного пара (мм. рт. ст.) в зависимости от температуры принято:1.95 при -9,8° С ,17.54 при 20° С; 525.9 при 90° С.

Относительный расход абсолютно сухого воздуха на сушку по уравнению:

Летние условия

Зимние условия

Расход тепла на сушку — по уравнению:

Летние условия

Зимние условия

Расход воздуха и тепла в сушильной башне за 1 ч работы сушилки по уравнениям:

Летние условия

Зимние условия

1.5. Определение скоростей витания и осаждения высушиваемых частиц в сушильной камере

Плотность сухого молока определяют по формуле:

где: rw = 965 кг/м3 - плотность воды при температуре t2 = 90 oC.

Принимают приведенный диаметр частицы сухого молока dпр = 45 мкм. Значение критерия Архимеда определяют по формуле:

где: rwoz = 0.98 кг/м3 - плотность воздуха при температуре t2 = 90 ^оС;

μ = н*с/м² – дин. вязкость воздуха при температуре t2 = 90 ^оС.

Для предварительной оценки Re используют интерполяционную зависимость, для значений Ar<10⁸:

Для Re<2 - коэффициент сопротивления воздушному потоку. Тогда определяют Re по формуле:

Скорость витания по формуле:

Следовательно, минимальная скорость воздушного потока не должна быть меньше м/с

Для расчета скорости осаждения определим Re по форумуле:

Где b=1/13.9 n=0.6 для ламинарного режима(при Ar<3.6).

Скорость осаждения по формуле:

1.6. Расчет распылительной форсунки

Для дальнейшего расчета принимают перепад давления жидкости на форсунке ΔP = 160 атм = 16.6 МПа (из диапазона 150 - 200 атм).

Диаметр выходного отверстия форсунки определяют по формуле:

где: m = 0.6 - коэффициент расхода;[1]

r_м = 1036 кг/м³ - плотность обезжиренного молока;

Скорость выхода струи молока определяют исходя из постоянства расхода по формуле:

Максимальный диаметр капель при распылении определяют по формуле:

где: r_woz = 0.779 кг/м³ - плотность воздуха при температуре t₁ = 190 ^oC;

s = 0.006 кг/м - поверхностное натяжение молока;[1]

u_м - скорость выхода струи молока, м/с;

k = 2.5 - коэффициент, зависящий от свойств распыляемой жидкости.[1]

Для обеспечения рабочих режимов форсунки (производительность G₁ = 500 кг/ч и рабочее давление P = 160 атм.) подходит центробежный пищевой насос серии НВД 0.5, его основные характеристики:

Подача, м³/ч - 0.3 - 0.7;
напор, м 2000 ;
мощность и частота вращения э/д 4,0 / 1500 кВт/об/мин
материал - нержавеющая кислотно-стойкая сталь;
габаритные размеры (LxBxH), мм 815х555х400
масса агрегата, кг 135
взрывобезопасное исполнение.

2. Расчет и подбор калорифера

Калорифер рассчитывают при его эксплуатации на зимнее время работы.

Чтобы определить оптимальную массовую скорость, следует подобрать соответствующие коэффициенты. Для калориферов модели КФБ по табл. 37 [2]: М = 1,04; S = 110; m=1.72, b=10 n=0.42, e=0.175 Коэффициент экономических характеристик принимаем равным 568.

Средняя разность температур пара и воздуха при подогреве

в калорифере по уравнениям:

Где tp=132.9 - температура пара при p=3 атм

Оптимальная массовая скорость воздуха — по уравнению:

Затем подбирают калорифер, обеспечивающий оптимальную или близкую ей объемную скорость по уравнению

, где L_сек_{-расход
воздуха на сушку за 1
секунду.}

При у=1 и fk = 0,558 м² получают:

Эту скорость и применяют в дальнейшем расчете.

Коэффициент теплопередачи — по уравнению

Поверхность теплопередачи — по уравнению:

выбираем калорифер КФБО-6, F_k=61,2 м², x=5

Установочная поверхность:

Сопротивление калорифера — по уравнению:

Cопротивление калориферной станции:

3. Расчет и подбор вспомогательного оборудования сушильной установки

3.1. Расчет и подбор пылеотделительных устройств

3.1.1. Расчет циклона

Секундный расход воздуха по формуле:

где =1.12 м³/кг – удельный объем воздуха при t2

Действительный секундный объем газа, поступающего в циклон по формуле:

Ширина входного патрубка по формуле:

где ωvh - скорость газа во входном патрубке циклона, принимают равной 20 м/с.

Определяют основные размеры циклона по формулам:

высота входного патрубка h=3,14b=0,66*D м; h=9,562*

диаметр циклона D=4,75*b м; D=0,014

наружный диаметр выхлопной трубы D₁=2,75*b=0,58*D м; D₁=8,374*10^-3

высота цилиндрической части h₁=7,6*b=1,6*D м; h₁=0.023

высота конической части h₂=9,5b=2*D м. h₂=0.029

Определяют теоретическую скорость осаждения частиц в циклоне по формуле:

где d - поперечный размер частицы, d = 0,5 мм. = 5-10 ^-4 м;

p1 - плотность улавливаемых частиц, р1 = 1360 кг/м;

р₂- плотность газовой среды

= ';

ωg — окружная скорость газа в циклоне, ωg = 14 м/с;

υ2 - кинематическая вязкость газа, υ2=22 м²/c.

Для проверки теоретической скорости осаждения частиц используют следующим условием:

выполнено

Далее проводят уточняющие расчеты основных размеров циклона. Внутренний диаметр выхлопной трубы dt, определяют по формуле:

где ωt - скорость газа в выхлопной трубе, ωt = 8 м/с.

Наружный диаметр выхлопной трубы D1, определяют по формуле:

где δ - толщина стенки выхлопной трубы, принимаем δ = 0.0015 м.

Тогда диаметр циклона D м, будет равен:

Высоту цилиндрической части циклона h1, определяют по формуле:

Сопротивление циклона рассчитывают по формуле:

Где - условная скорость газа в сечении циклона. - уд. вес воздуха.

ξ=105 – коэффициент гидрав. сопротивления циклона к условной скорости газа

3.1.2. Расчет скруббера

Определяют сечения скруббера S по формуле:

где Vc – объемный расход очищаемого газа, м³/с; υm – скорость пропускания потока, м/с. υm=23.5 м/с

Определяют диаметра скруббера Dscr :

Определяют высоты скруббера Hscr:

Сопротивление скруббера по формуле:

3.1.3. Расчет рукавного фильтра

Фильтрующая поверхность

где V=200 — производительность м² фильтрующей поверхности рукавов в 1 ч в м³,

η= 0,85 — коэффициент, определяющий единовременно работающую часть фильтра;

Количество рукавов

где D — диаметр рукава в м, который бывает в пределах 0,2 м;

L — рабочая длина рукава, м; пределы ее значений 2,5 м.

Потеря напора — сопротивление фильтра.

где А — коэффициент, опытный, справедливый для данной ткани и учитывающий ее загрязненность, износ и т. П. n — опытный показатель степени.

3.2. Расчет и подбор вентилятора

Часовую производительность вентилятора, установленного за сушилкой и рассчитанного на отсос смеси, определяют по уравнению

при плотности сушильного агента — по уравнению

Где - средняя температура воздуха

Требующуюся мощность при напоре вентилятора H=50 мм вод. ст. и КПД ηv=0.5 рассчитывают по уравнению:

При коэффициенте запаса мощности 1,4 потребуется электродвигатель 2,072 квт.

Диаметр ротора центробежного вентилятора низкого давления типа Сирокко с характеристиками по таблице 41[2]: A=0.015, Б=55, С=10 – по уравнению:

Берут вентилятор сирокко среднего давления № 5 c диаметром ротора 0,5 м.

Число оборотов ротора вентилятора:

Заключение

В результате выполнения проекта была разработана распылительная сушильная установка обеспечивающая производительность 500 кг/ч сырой сыворотки.

Выполнен расчет основных узлов и механизмов установки, который приведен в пояснительной записке объемом 20 стр.

Графическая часть проекта состоит из листов формата А1 и А3, на которых приведены: общий вид сушильной установки и распылительной форсунки; и машинно-аппаратурная схема линии по производству сухого молока.

Список использованной литературы

1. Лыков М.В. Распылительные сушилки / М.В. Лыков, Б.И. Лернчик. – М.: Машиностроение, 1966. - 322 с.

2. Федоров Н.Е. Методы расчетов процессов и аппаратов пищевых производств. Учеб. пособ. для высших учебных заведений пищевой промышленности / Н.Е. Федоров. – М.: Пищевая промышленность, 1966. – 289 с.

3. Липатов Н.Н. Сухое молоко: теория и практика производства / Н.Н. Липатов, В.Д. Харитонов. – М.: Легкая промышленность, 1981. – 263 с.

4. Чернобыльский И.И. Машины и аппараты химических производств. Изд. 3-е перераб. и доп. / И.И. Чернобыльский, А.Г. Бондарь, Б.А. Гаевский и др. Под. ред. И.И. Чернобыльского. – М.: Машиностроение, 1974. - 456 c.

Приложения