Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Рассчитать установку для сушки крахмала

Министерство образования Республики Беларусь

УО «Могилевский государственный университет продовольствия»

Заочный факультет

Кафедра «Теплохладотехники»

Курсовой проект

На тему: «Рассчитать установку для сушки крахмала»

Выполнил: студентка гр. ТРХЗ-031

Шевердо И.Н.

шифр 030370

213633, Могилевская обл.,

г. Климовичи, ул. 50-лет СССР, 2/48

Проверил: проф., д.т.н., Шуляк В.А.

Могилев, 2007 г.

Министерство образования Республики Беларусь

УО «Могилевский государственный университет продовольствия»

Заочный факультет

Кафедра «Теплохладотехники»

Курсовой проект

Пояснительная записка

На тему: «Рассчитать установку для сушки сухарей»

Выполнил: студентка гр. ТРХЗ-031

Шевердо И.Н.

шифр 030370

213633, Могилевская обл.,

г. Климовичи, ул. 50-лет СССР, 2/48

Проверил: проф., д.т.н., Шуляк В.А.

Могилев, 2007 г.

Содержание

стр.

Введение

1 Состояние вопроса

1.1 Классификация сушильных установок и способы сушки

1.2 Классификация сушильных установок

1.3 Способы сушки

1.3.1 Сушка во взвешенном слое

1.3.2 Сушка в виброкипящем слое

1.3.4 Распылительная сушка

1.3.5 Сушка инфракрасными лучами

1.3.6 Сушка токами высокой и сверхвысокой частоты

1.3.7 Сублимационная сушка

1.4 Пневматические сушилки

1.5 Патентный поиск

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 используемых источников

Введение

Сушка – один из наиболее распространенных способов удаления влаги из материала. В пищевой промышленности этот процесс применяется для уменьшения массы продуктов, повышения их транспортабельности и стойкости при хранении. Широкий ассортимент высушиваемых материалов обуславливает использование различных способов подвода теплоты и ведения процесса и, соответственно, разных типов и конструкций сушилок.

Процесс сушки связан с подводом к высушиваемому телу тепла, за счет которого происходит испарение влаги. Для отвода испаряемой влаги применяются сушильные агенты (воздух, перегретый пар, топочные газы), которые насыщаются влагой, диффундирующей с поверхности материала. Сушка является, с одной стороны, диффузионным процессом, с другой – тепловым.

Задача технологии сушки как научной дисциплины заключается в разработке методов управления процессами, протекающими в самом материале – объекте сушки, с целью получения продукта высокого качества с регламентированными физико-химическими, структурно-механическими и органолептическими показателями.

Влажные материалы как объекты сушки имеют различные специфические особенности, которые обусловлены их природой (продукты животного или растительного происхождения, минеральное сырье и т.п.) и структурой (капиллярно-пористые, коллоидные, капиллярно-пористые коллоидные), химическим составом, методами предварительной обработки и подготовки к сушке. Особо следует отметить такие свойства, как термостабильность и влагоинерционность, приводящее к быстрому нагреву продукта до предельной температуры при сравнительно малой влагоотдаче; специфические реологические свойства, вызывающие деформацию и растрескивание материала и т.д. Во влажных материалах существуют различные формы и виды связи влаги, причем в условиях «глубокой» сушки приходится удалять влагу, весьма прочно связанную со скелетом продукта.

Технологические свойства материалов могут описываться термодинамическими характеристиками (потенциал влагопереноса, удельная массоемкость, термоградиентный коэффициент, энергия связи и др.), т.е. технология сушки непосредственно увязывается с термодинамикой массопереноса.

В ряде производств роль сушки значительно расширяется в связи с использованием ее не только для обезвоживания материалов, но и с целью осуществления различных совмещенных технологических процессов и химических реакций (перемещение внутри материала водорастворимых минеральных веществ, ферментов и т.п., окисление, ускорение релаксации внутренних напряжений, обжарка и др.).

Сушка как технологический процесс во многом зависит от предварительной подготовки материала, поэтому важное значение имеет операция по подготовке продукта к сушке, в которых используются различные методы механического и физико-химического воздействия (разрыхление, диспергирование, придание рациональной формы, виброобработка пастообразных материалов, применение ПАВ и т.п.).

Таким образом, сушка влажных материалов на современном предприятии – это сложный технологический процесс, в результате которого изменяются свойства материала. В пищевой промышленности сушка является одним из основных процессов и применяется почти в любом производстве.

1 Состояние вопроса

1.1 Классификация сушильных установок и способы сушки

В пищевой промышленности применяются разнообразные сушилки. Конструкция сушилки должна, прежде всего, обеспечить равномерный нагрев и сушку продукта при надежном контроле его температуры и влажности.

Сушилки должны иметь достаточно высокую производительность, но при этом должны быть экономичными по удельным расходам теплоты и электроэнергии, иметь, возможно, меньшую металлоемкость.

Современные сушилки должны быть универсальны, в части возможности сушки различных материалов.

1.2 Классификация сушильных установок

Сушильные установки классифицируются по ряду признаков:

1) по способу подвода тепла к влажному материалу – конвективные, кондуктивные (контактные), радиационные при помощи инфракрасных лучей, при помощи токов высокой (ТВЧ) и сверхвысокой частоты (СВЧ);

2) по давлению воздуха в сушильной камере – атмосферные, вакуумные и сублимационные;

3) по характеру работы – аппараты периодического и непрерывного действия;

4) по виду сушильного агента – аппараты, использующие нагретый воздух, дымовые газы, смесь воздуха с дымовыми газами или перегретый пар;

5) по циркуляции сушильного агента – установки с естественной циркуляцией и с принудительной циркуляцией при помощи центробежных и осевых вентиляторов;

6) по характеру движения сушильного агента относительно материала – прямоточные при одинаковом направлении движения сушильного агента и материала, противоточные при противоположном направлении движения материала и сушильного агента, с пронизыванием слоя материала потоком сушильного агента;

7) по способу нагрева сушильного агента – сушильные установки с паровыми, огневыми калориферами;

8) по кратности использования сушильного агента с однократным и многократным применением нагретого воздуха в различных вариантах;

9) по виду объекта сушки – для твердых (крупных, мелких, пылевидных), жидких и пастообразных материалов;

10) по конструктивным признакам – тоннельные, камерные, шахтные, коридорные, барабанные, вальцевые и др.

1.3 Способы сушки

Методы сушки различаются способами подвода теплоты. В сушильной технике применяются конвективный, кондуктивный (либо контактный), термоизлучением (при помощи инфракрасных лучей) и токами высокой и сверхвысокой частоты.

Конвективный способ сушки материалов. Этот способ сушки получил широкое распространение. Сушильный агент (нагретый воздух, перегретый пар либо смесь топочных газов) выполняет функции теплоносителя и влагопоглотителя. Простота, возможность регулирования температуры материала – преимущества этого метода. Но при этом способе градиент температуры направлен в сторону, противоположную градиенту влагосодержания, что тормозит удаление влаги из материала. Другим недостатком конвективного способа сушки являются относительно, небольшие величины коэффициента теплоотдачи от сушильного агента к поверхности материала.

Возможности интенсификации конвективной сушки связаны с увеличением тепломассообмена между материалом и сушильным агентом путем повышения скорости и температуры сушильного агента либо уменьшения размера частиц.

Сушка материалов в неподвижном слое. В камерных, ленточных конвейерных, тоннельных и шахтных сушильных установках процесс осуществляется в неподвижном слое.

Тоннельные сушильные установки используют для сушки плодов. Для их установки характерны простота конструкции, надежность в работе. Применение смеси топочных газов с воздухом в них хотя и экономично, но существует опасность возникновения канцерогенных веществ. В связи с этим в современных тоннельных сушильных установках заменена система подготовки сушильного агента. Вместо смеси топочных газов и воздуха применяют воздух, нагретый в огневых калориферах без непосредственного контакта с топочными газами. Теплообмен между воздухом и продуктами сгорания топлива в огневых калориферах – через металлические стенки.

Основной недостаток тоннельных сушильных установок – параллельное движение воздуха и материала, что значительно уменьшает контакт и теплообмен между ними. Так, по сравнению с пронизыванием слоя материала нагретым воздухом теплообмен в тоннельных сушильных установках приблизительно вдвое меньше, а продолжительность сушки, например, яблок, в 3–4 раза больше, чем в ленточных конвейерных сушильных установках. Кроме того, обслуживание тоннельных сушилок требует больших затрат ручного труда на загрузку и выгрузку материала на сита и тележки.

Шахтные сушильные установки типов ВИС-2 и ВИС-42 с опрокидывающимися полками обеспечивают непрерывность процесса сушки. Однако продолжительность сушки пищевых материалов в этих аппаратах в 2–3 раза выше, чем в ленточных конвейерных сушильных установках.

Наиболее совершенные из них – ленточные конвейерные сушильные установки, обеспечивающие непрерывность процесса сушки. Однако они также имеют существенные недостатки: ограниченная скорость и неравномерное распределение воздуха приводят к неравномерному распределению тепла и влаги, к возможным местным перегревам материала.

1.3.1 Сушка во взвешенном слое.

Интенсификация сушки пищевых материалов во взвешенном слое объясняется гидродинамикой процесса. Сушка во взвешенном слое осуществляется в аппаратах кипящего (псевдоожиженного) и фонтанирующего слоя. Кипящий слой образуется в камере постоянного сечения, фонтанирующий — в каналах переменного сечения с постепенным расширением по ходу движения сушильного агента. В связи с этим в кипящем слое скорость воздуха в верхней части камеры выше, чем внизу, из-за стремления воздуха к расширению, и движение частиц материала начинается в верхней части слоя. При постепенном расширении канала по ходу движения воздуха в фонтанирующем слое максимальная скорость его будет в нижней части слоя, и отсюда начинается движение частиц, что исключает их слеживание.

Взвешенный слой характеризуется непрерывным хаотическим движением и перемешиванием частиц в определенном объеме по высоте, высокоразвитой поверхностью соприкосновения материала с нагретым воздухом, так как при этом способе сушки каждая частица равномерно омывается потоком нагретого воздуха со всех сторон. Это приводит к равномерному нагреву материала и срыву пограничного слоя испаряющейся влаги, что позволяет применять повышенные температуры нагретого воздуха до 110–180°С в зависимости от вида материала. В результате значительно сокращается продолжительность сушки, уменьшается воздействие теплоты на продукт, увеличивается удельная нагрузка материала, лучше сохраняются свойства продукта, чем при низкотемпературной сушке в неподвижном слое.

Начальная фаза кипящего слоя не обеспечивает движения и полного перемешивания всех частиц, поэтому сушку проводят в развитой стадии кипящего слоя, при котором высота слоя движущихся частиц вдвое превышает начальную высоту неподвижного материала.

Гидравлическое сопротивление слоя в состоянии устойчивого фонтанирования составляет 12–30% величины удельной нагрузки материала по отношению к площади поперечного сечения слоя, не зависит от вида материала, формы и размера частиц, является величиной постоянной для камеры данной конструкции и определяется углом конусности.

1.3.2 Сушка в виброкипящем слое

Виброкипящий слой образуется либо под воздействием только вибрационных колебаний, либо при совместном воздействии вибрационных колебаний и скорости воздуха. В первом случае теплоподвод осуществляется инфракрасными лучами либо контактным способом, второй случай относится к конвективному методу сушки.

Вибрация передается рабочей сетке, лотку, виброжелобу либо всей сушильной камере от специальных вибраторов: механических типа виброгрохотов, пневматических, электромагнитных. Элементы, подвергаемые вибрации, находятся под углом 8–10°, упруго подвешены к соответствующим витым пружинам, рессорам, упругим подвескам из резины.

Сушильные установки виброкипящего слоя компактны, обеспечивают хорошее перемешивание, турбулизацию пограничного слоя и транспортировку материала. В этих установках нет уноса материала, длительность пребывания материала в сушильной установке регулируют, изменяя высоту порога в конце желоба.

1.3.4 Распылительная сушка

Получила распространение при производстве сухого молока и молочных продуктов, сухих молочных смесей детского питания, сухой крови, быстрорастворимого кофе, является перспективной при производстве овощных и фруктово-ягодных порошков. Этот метод позволяет значительно интенсифицировать процесс за счет максимального уменьшения размера частиц. В этих установках создается огромная поверхность испарения мелкодиспергированных капель раствора, поэтому используют повышенные температуры сушильного агента (до 200°С) при сушке термолабильных пищевых материалов. На процесс испарения затрачивается большое количество теплоты, и температура материала регулируется по температуре уходящего воздуха (70–80°С). Невысокая температура материала и быстрая сушка (несколько секунд) позволяют получить сухой порошок практически с полным сохранением питательных и биологически активных веществ.

В качестве воздухоподогревателей применяют паровые калориферы различной конструкции: пластинчатые, ребристые, из стальных труб с приваренными прямоугольными пластинками, шайбовые с приваренными к трубам шайбами или с навитой на трубах металлической лентой. В калориферы пар подают под давлением 0,8–1,6 МПа.

Нагретый в подогревателях до 160–200°С воздух поступает в сушильную камеру. Чаще всего она имеет форму цилиндра с плоским или коническим основанием, реже – прямоугольника с двускатным дном.

1.3.5 Сушка инфракрасными лучами

Скорость сушки инфракрасными лучами (ИКЛ) увеличивается по сравнению с конвективной, но не пропорционально росту теплового потока. Так, для плодов и овощей скорость сушки инфракрасными лучами на 25—95% выше по сравнению с интенсифицированными методами конвективной сушки. Это можно объяснить тем, что скорость сушки зависит не столько от скорости передачи тепла, сколько от скорости перемещения влаги внутри материала Для сохранения высушиваемого продукта не рекомендуется применять мощные потоки термоизлучения.

Для интенсификации терморадиационной сушки необходимо, чтобы ИКЛ проникали в материал на возможно большую глубину. Это зависит как от пропускной способности материала, так и от длины волны ИКЛ. Чем она меньше, тем выше проникающая способность инфракрасных лучей. Проницаемость пищевых растительных материалов увеличивается с уменьшением толщины слоя и с понижением влажности материала. Так, проницаемость ИКЛ в сырой картофель достигает 6 мм, в сухой – 15–18 мм.

При сушке ИКЛ возникают перепады температур, под действием которых влага перемещается по направлению теплового потока внутрь материала. Кроме того, она частично испаряется с поверхности, в результате происходит возрастание градиента, влагосодержания, величина которого превышает Т, и влага начинает перемещаться к наружной поверхности. Таким образом, градиент температуры оказывает тормозящее действие на перемещение влаги.

По характеру излучателей ИКЛ различают терморадиационные сушилки с электрическим и газовым обогревом. Сушилки с электрическим обогревом компактны, просты в обращении и эксплуатации, безынерционны. Однако высокий расход электроэнергии и неравномерность сушки ограничивают их применение.

Терморадиационные сушилки с газовыми панельными излучателями более экономичны и обеспечивают более равномерную сушку, чем сушилки с электрообогревом.

1.3.6 Сушка токами высокой и сверхвысокой частоты

Основана на том, что диэлектрические свойства воды и сухих веществ пищевых продуктов различаются: влажный материал значительно быстрее нагревается, чем сухой. В процессе сушки с применением токов высокой и сверхвысокой частоты температура более влажных внутренних слоев выше, чем наружных, более обезвоженных.

При сушке органический материал помещают между обкладками конденсатора, к которым подается ток высокой или сверхвысокой частоты. Обкладки имеют противоположные заряды, причем эти заряды меняются. Электроны и ионы изменяют направление движения, в результате возникает трение с выделением теплоты. Диполи несимметричной формы приходят в колебания, при этом возникает молекулярное трение и выделяется теплота. Для полярных молекул, состоящих из упругих диполей, кроме изменения ориентации, возможны и смещения одних молекул относительно других. Возникающий при этом эффект деформации также сопровождается выделением тепла за счет трения. Энергия электромагнитных волн, затрачиваемая на продолжение этих трений, переходит в теплоту.

Под действием переменного электрического поля высокой частоты происходит регулируемый нагрев материала. Вследствие испарения влаги, тепломассообмена с окружающей средой поверхностные слои материала сильнее обезвоживаются и больше отдают теплоты, чем при кондуктивном и конвективном способах сушки. В связи с этим температура и влажность внутри материала выше, чем снаружи. Возникают градиенты влагосодержания и температуры, под действием которых влага изнутри перемещается к поверхности. При этом в отличие от конвективной сушки направление обоих градиентов совпадает, что интенсифицирует процесс сушки.

При сушке токами высокой и сверхвысокой частоты испарение происходит во всем объеме тела и внутри частицы возникает градиент давления, ускоряющий перенос влаги. Изменяя напряженность поля, можно плавно регулировать температуру материала при сушке.

Чем ниже диэлектрическая проницаемость, тем на большую глубину материала проникают электромагнитные колебания токов сверхвысокой частоты.

Угол диэлектрических потерь – мера превращения в теплоту энергии электромагнитного поля токов высокой и сверхвысокой частоты.

Преимущества сушки токами высокой и сверхвысокой частоты по сравнению с конвективной и контактной сушкой – возможность регулирования и поддержания определенной температуры материала и значительная интенсификация процесса обезвоживания, улучшение качества сушеных продуктов.

В последние годы сушка токами высокой частоты практически не применяется в промышленности из-за низких КПД ламповых и машинных генераторов, больших затрат электроэнергии (от 2,5 до 5 кВт-ч на 1 кг влаги).

Все большее распространение в сушильной технике получает применение токов сверхвысокой частоты. КПД современных генераторов таких токов – магнетронов и клистронов – от 0,55 до 0,7, затраты электроэнергии 1,2 кВт на 1 кг испаренной влаги.

1.3.7 Сублимационная сушка

Все большее развитие получает сушка пищевых продуктов в замороженном состоянии в условиях глубокого вакуума.

При сублимационной сушке отсутствует контакт материала с кислородом воздуха. Основное количество влаги (75–90%) удаляется при сублимации льда при температуре продукта ниже 0°С, и только удаление остаточной влаги происходит при нагреве материала до 40–60°С. Продукты сублимационной сушки отличаются высоким качеством, сохраняют питательные вещества, обладают повышенной восстанавливающей способностью, имеют незначительную усадку, сохраняют цвет, имеют пористое строение. С точки зрения сохранения качества, сублимационная сушка является наиболее совершенной из всех способов сушки.

Первой технологической операцией при сублимационной сушке является замораживание материала. Применяют либо быстрое предварительное замораживание в морозильных камерах, либо самозамораживание (пастообразных материалов и некоторых видов фруктов и овощей) в сублиматоре.

В процессе самозамораживания из материала испаряется 10–15% всей влаги за счет выделения теплоты плавления льда при замерзании воды. Образование кристаллов льда происходит постепенно путем углубления зоны кристаллизации. Окончание самозамораживания определяют конкретно для каждого вида материала при достижении температуры в середине частицы от -5 до -20°С. Продолжительность самозамораживания 10–15 мин. При повышении длительности этого процесса возможно образование слишком крупных кристаллов льда, которые могут разрушить клетки ткани и ухудшить качество продукта.

Предварительное замораживание проводят для жидких продуктов во избежание их вспенивания, а также для ряда кусковых материалов во избежание образования плотной корки, замедляющей последующую сушку. Замораживание ведут при температуре на несколько градусов ниже температуры сублимации, чтобы исключить оттаивание во время загрузки материала в сублиматор н при создании разрежения.

Второй период (сублимация) характеризуется постоянной скоростью сушки материала. В это время удаляется основная масса влаги (до 60% и более), происходит сублимация льда путем постепенного углубления зоны испарения. Чем больше влаги удаляется в этот период, тем лучше сохраняются свойства сырья.