Курсовая работа: Расчет установки для сушки яблок
Курсовая работа: Расчет установки для сушки яблок
Министерство
образования Республики Беларусь
УО «Могилевский
государственный университет продовольствия»
Заочный факультет
Кафедра
«Теплохладотехники»
Курсовой проект
На тему: «Рассчитать установку для сушки
яблок»
Могилев, 2010 г.
Содержание
Введение
1
Состояние вопроса
2 Технические описания и расчёты
2.1 Описание принципа работы
технологической схемы
2.2 Описание принципа работы проектируемого
аппарата
2.3
Материальный расчет установки
2.4 Тепловой расчёт установки
2.5 Конструктивный расчёт барабанной
сушилки
2.6 Расчёт и подбор комплектующего
оборудования
2.6.1
Расчёт и подбор
калориферов
2.6.2
Расчёт циклона СКЦН-34
2.7. Гидравлический расчёт линии
воздуха и подбор вентилятора
Заключение
Список
использованных источников
Введение.
Процессы
сушки широко применяются в промышленности и сельском хозяйстве. Объектами сушки
могут быть разнообразные материалы на различных стадиях их переработки (сырьё,
полуфабрикаты, готовые изделия).
Сушкой
называется процесс удаления из материала любой жидкости, в результате чего в
нём увеличивается относительное содержание сухой части. На практике при сушке
влажных материалов, в том числе пищевых продуктов, удаляют главным образом
воду, поэтому под сушкой понимают процесс обезвоживания материалов.
Материалы
сушатся с различной целью: для уменьшения массы (это удешевляет их
транспортировку), увеличения прочности (керамические изделия, древесина),
повышения теплоты сгорания (топливо), повышения стойкости при хранении и для
консервирования (зерно, пищевые продукты, биопрепараты).
Большинство
пищевых продуктов являются влажными телами, содержащими значительное количество
воды. Вода входит в состав растительных и животных тканей и являются
необходимой составной частью пищи человека. Однако избыток воды снижает
питательную ценность пищевых продуктов, значительно удорожает их
транспортировку и может вызвать порчу продуктов вследствие жизнедеятельности
различных микроорганизмов в водной среде. Поэтому большинство пищевых продуктов
подвергают сушке, в процессе которой их влажность значительно снижается.
Процесс
тепловой сушки пищевых продуктов заключается в переводе влаги, находящейся в
них, в парообразное состояние и удаление образующегося пара во внешнюю,
окружающую продукты, среду.
По способу подвода
теплоты к материалу различают сушилки конвективные, контактные (сушка на
горячих поверхностях), с лучистым нагревом (терморадиационные), с нагревом
токами высокой частоты, акустические. Наиболее широко в пищевой промышленности
применяются конвективные сушильные установки, в которых сушильным агентом
является нагретый воздух или смесь его с топочными газами. Продукты,
используемые для питания человека, высушиваются воздухом.
Основные элементы
установки - сушильная камера, где происходит собственно сушка, калорифер, в
котором воздух нагревается перед поступлением в сушильную камеру, и вентилятор,
обеспечивающий принудительную циркуляцию воздуха.
Широко используются в
промышленности сушильные установки с возвратом (рециркуляцией) части
отработанного воздуха, в этом случае свежий воздух смешивается с частью
отработанного воздуха, поступающего из сушильной камеры, образуя смесь. Смесь
вентилятором подается в калорифер, подогревается и направляется затем в
сушильную камеру. Сушильные установки бывают с дополнительным подогревом
воздуха непосредственно в сушильной камере и с промежуточным подогревом воздуха
в калориферах, установленных в отдельных ее зонах. Сушка в этих установках
протекает при более низкой и равномерной температуре воздуха в камере.
1 Состояние вопроса
В
зависимости от свойств продукта подбирают способ подвода тепловой энергии
(конвективный, контактный, радиационный и др.), а также давление внешней среды
(атмосферное или вакуум). Широкое распространение находит как контактная, так и
конвективная сушка с механическим перемешиванием и перемещением материала.
Часто
используются барабанные сушилки, в работе и конструкции которых достигнут
значительный прогресс. Например, для сушки и охлаждения сахара используется
однобарабанная сушильная установка вместо ранее применявшейся двухбарабанной.
Большое распространение
получили различные конструкции пневматических сушилок (трубы-сушилки,
аэрофонтанные, которые нашли применение, например, в крахмальной промышленности
и при сушке зерна). Хотя эти сушилки позволяют использовать сушильный агент
высокой температуры, их недостатками являются большая высота установки и малое
время пребывания частиц в сушилке. Поэтому они используются для сушки
кристаллических продуктов, содержащих в основном легко удаляемую поверхностную
влагу.
Модификацией
пневматической сушилки, позволяющей уменьшить высоту, является сушилка с
двойными, коаксиальными трубами. Подъем горячей аэросмеси в такой сушилке
происходит по внутренней, а опускание – по внешней трубе.
Получил широкое
применение метод сушки сыпучих материалов в кипящем слое, пригодный для
высушивания материалов, содержащих связанную влагу. Установки с кипящим слоем
просты в конструктивном оформлении, в эксплуатации, легко могут быть
автоматизированы, в них можно совмещать процессы сушки и сепарации. Стоимость
сушилки кипящего слоя низка по сравнению со стоимостью барабанных и ленточных
конвейерных сушилок, а увеличенный расход энергии (по сравнению с барабанными
сушилками) окупается ее преимуществами.
Интенсивное перемешивание
в кипящем слое обуславливает высокий теплообмен и массообмен, высокую скорость
и качество сушки. Процесс может быть осуществлен как по периодической, так и по
непрерывной схеме.
Сушилки с псевдоожиженным слоем прямоугольного сечения
позволяют получать более равномерное, чем у круглых сушилок, распределение
времени пребывания продукта в сушильной камере и применяются для сушки
продуктов, которые нельзя долго подвергать действию высокой температуры. Перед
выгрузкой продукт продувается холодным воздухом.
Наряду с сушилка
аэрокипящего слоя используются вибрационные сушилки. Виброкипящий слой
создается как за счет аэродинамических свойств агента, так и воздействием на
материал вибрационных колебаний. Он пригоден для сушки различных дисперсных
материалов, в том числе для мелкодисперсных и слипающихся. Виброкипящий слой
имеет преимущества перед аэрокипящим. В нем может создаваться во всем объеме
перекрестный ток и противоток, что в аэрокипящем слое затруднительно
интенсивной циркуляцией частиц.
Патентный поиск
РЖ ИСМ 77-11-95
(19) Япония (Jp) (12) В4 (11)
5-45874
(51)
5F26B17/10,25/00,F27B15/09
(65) 63-13198 (43)
880603 (40) 930712№5-1147
(21) 61-277567 (22)
861120
(54) Сушильная
установка с кипящим слоем (рисунок 1)
(57) Установка содержит печь 4 с кипящим слоем, внутри
которой размещена газораспределительная пластина 6, а с боковой стороны
сформировано окно 7 для выгрузки изделий. В печь из воздухопровода 5 вводится
поток горячего воздуха и из питателя подаются исходные изделия. Из печи в
циклон 13 через выпускной патрубок 14 вместе с отходящими газами выгружаются
малыми порциями обработанные изделия. Установка отличается тем, что отдельно от
циклона 13 установлен вспомогательный циклон 17, соединенный с окном 7
посредством вспомогательной трубы 15 с заслонкой 16.
Переводчик С.Н. Смирнов
Рисунок 1
(19) Япония (Jp) (12) В4 (11)
5-45875
(51)
5F26B17/10,25/00,F27B15/09
(65) 63-13198 (43)
880603 (40) 930712№5-1147
(21) 61-277568 (22)
861120
(54) Сушильная
установка с кипящим слоем (рисунок 2)
(57) Установка содержит
печь 4 с кипящим слоем, внутри которой размещена газораспределительная пластина
6, а с боковой стороны сформировано окно 7 для выгрузки изделий. В печь из
воздухопровода 5 вводится поток горячего воздуха и из питателя подаются
исходные изделия. Из печи в циклон 13 через выпускной патрубок 14 вместе с
отходящими газами выгружаются малыми порциями обработанные изделия. Изделия,
выгруженные из циклона 13, подаются в пневматическую транспортировочную трубу
18 и по ней – в циклон 21, установленный отдельно от циклона 16.Установка
отличается тем, что окно 7 и средняя точка трубы 18 соединены между собой
посредством байпасной трубы 19 с заслонкой 19А. Внутри трубы 18 между точкой
присоединения трубы 19 и отверстием для выпуска воздуха установлен клапан 18В
для регулирования расхода воздуха.
Переводчик С.Н. Смирнов.
Рисунок 2
(19) США (US) (12) А (11)
5294095
(51) 5F26B17/00
(52) 266-87
(40) 940315 Том 1160 №3
(54) Сушилка
псевдоожиженного слоя с погруженными в слой инфракрасными лампами
(57) Сушилка содержит
устройство, образующее некоторый объем для размещения слоя псевдоожиженных
частиц заданной высоты. В названном объеме размещен слой псевдоожиженных частиц
заданной высоты, в которой погружены инфракрасные лампы, направляющие излучение
на окружающие их часы. Лампы разделены на несколько самостоятельно регулируемых
зон, работающих независимо одна от другой, что позволяет изменить интенсивность
ламп в различных зонах.
Переводчик Е.М.
Нечуятова.
Барабанная
сушильно-охладительная установка СБУ-1 предназначена для сушки и охлаждения сахара-песка.
Установка
СБУ-1 (рис. 3) состоит из вращающегося барабана 8, опорно-приводной станции, в
которую входит электродвигатель 18 и редуктор 20, установленные на раме 19,
загрузочной головки 1 двух неподвижных кожухов 10, трубы с дефлектором 17 для
отсоса обработавшего горячего воздуха.
Барабан
8 представляет собой стальной перфорированный цилиндр длиной около 10м,
наклоненный в сторону движения сахара. В передней части барабана имеется распределительная
царга 2 длиной 550 мм, внутри которой вварено десять лопаток 24, расположенных
под углом 45° к образующей. Царга 2 обеспечивает равномерное распределение
сахара, поступающего из загрузочной головки 1с помощью турникета 25. К торцу
распределительного устройства по периметру крепится 24 секции фигурных лопаток
(8 – по окружности, 3 – в длину).
Для
увеличения жесткости секций и предотвращения прохода воздуха вдоль секции между
фигурными лопатками ставят поперечные перегородки. Конфигурация лопаток
обеспечивает возможность прохождения воздуха внутрь корпуса и в то же время не
дает сахару просыпаться наружу. В конце барабана на фланце крепится ситовая
часть 9 корпуса, предназначенная для отделения комков сахара.
На
центральную часть перфорированного барабана надевают кожух 10, состоящий из
крышки 4 и днища 5. По краям кожуха в специальных обоймах крепят кольцевые
уплотнения из прямоугольного резинового шнура, препятствующие выходу воздуха в
атмосферу. Кроме того, с двух сторон барабана имеются продольные уплотнения,
обеспечивающие подачу воздуха только к сахару в барабане. На кожухе имеются
четыре патрубка 3 для ввода горячего и холодного воздуха. На концевую часть
барабана также ставят неподвижный кожух, имеющий сбоку патрубок для подачи
холодного воздуха и на торцевой стенке – патрубок 14 для отсоса отработавшего
воздуха. На той же торцевой стенке крепят трубу 17, проходящую через барабан до
зоны горячего воздуха. Труба служит для отсоса воздуха. В нижней части кожуха
имеются желоб 11 и турникет 15 для сухого охлажденного сахара-песка и желоб 12
и турникет 13 для вывода комков. Сушильный барабан приводится в движение через
бандажи 6, установленные на металлоконструкциях 16, 23 и фрикционных роликах
22, вращающихся с помощью валов 21.
Сахар,
загружаемый в аппарат через загрузочную головку и царгу, равномерно
распределяется по фигурным элементам внутренней поверхности барабана и
располагается сегментом, образуемым углом естественного откоса. Именно эта зона
отделена продольными уплотнениями, обеспечивающими подачу воздуха только через
слой сахара. Кроме интенсификации процессов влаго- и теплообмена, такой метод
подачи воздуха способствует образованию псевдоожиженного слоя, поддерживая
кристаллы сахара в полувзвешенном состоянии, что предохраняет их от истирания.
Горячий
воздух подается через первые два патрубка (по ходу сахара), холодный – через
два последних. Средний патрубок может быть использован или для горячего, или
для холодного воздуха, что соответственно меняет длину сушильной или
охладительной зоны.
Разделение
отсоса горячего и холодного воздуха предотвращает возможность образования
конденсационных паров и завихрений, повышающих скорость воздушного потока, в
результате чего возможен унос кристаллов сахара.
В
целях предотвращения запыления помещения нагнетание и отсос воздуха рассчитаны
таким образом, что внутри барабана поддерживается разряжение.
Рис.
3. Барабанная сушильно-охладительная установка СБУ-1
2. Технические описания и
расчёты.
2.1. Описание принципа
работы технологической схемы.
Исходный
продукт – яблоки, с содержанием влаги ωн=85% и температурой
θ1=17,5°С, из бункера Б1 подается в шкафную сушилку ШС. Снизу в сушильную камеру вентилятором В нагнетается воздух, нагреваемый в
калориферной батарее КБ. Воздух на входе
в калориферную батарею имеет температуру t0=21,6°С и относительную
влажность φ0=62 %. В калориферной батарее воздух нагревается до
температуры t1=130°С. Подогрев воздуха в калориферной батарее
осуществляется за счёт конденсации греющего пара, имеющего температуру 160°С
при давлении 0,618 МПа. Из верхней части сушильной камеры отработанный воздух с
температурой t2=49°С поступает на очистку от мелких частиц в циклон
СК-ЦН-34 и далее выбрасывается в атмосферу. Сухой продукт с содержанием сухих
веществ 92% и имеющий температуру θ2=40°С из нижней части
сушильной камеры поступает в бункер высушенного материала Б2 и далее
на ленточный транспортёр, а из циклона СК-ЦН-34 – прямо на ленточный
транспортёр.
2.2 Материальный
расчёт установки.
Из уравнения
материального баланса сушильной установки определим расход влаги W, удаляемый
из высушиваемого материала:
Gк =100 кг/ч =100/3600=0,028
кг/с,
кг/с,
где Gк
– производительность установки по сухому веществу, кг/с
ωн – начальная влажность продукта, %
ωк – конечная влажность продукта, %.
ωн=85%,
ωк=12%.
2.3 Тепловой расчёт
установки.
Определение основных
параметров влажного воздуха.
К основным параметрам
влажного воздуха относятся:
1. температура t,°С
2. относительная влажность воздуха
φ,%
3. удельное влагосодержание х, кг/кг
4. энтальпия I, кДж/кг
Температуру и
относительную влажность воздуха на входе в калорифер определяем по
климатическим таблицам, для г. Минск летние условия /10/:
1.
температура
t0=17,5°С,
2.
относительная
влажность φ0=78%.
Удельное
влагосодержание воздуха рассчитаем по формуле:
,
где 0,622
– отношение мольных масс водяного пара и воздуха,
Рн – давление
насыщенного водяного пара при данной температуре воздуха, Па
Рн=1999,5 Па при t0=17,5°С.
В –
барометрическое давление воздуха, Па. (Для Европейской части СНГ принимается 745 мм рт. ст. = 99100 Па.)
Удельное
влагосодержание воздуха на входе в калорифер:
, кг/кг
Т.к.
подогрев воздуха в калорифере происходит при неизменном влагосодержании
воздуха, то удельное влагосодержание воздуха на входе в калорифер тоже, что и
на входе в сушилку:
, кг/кг
Энтальпия
влажного воздуха представляет сумму энтальпий сухого воздуха и водяного пара,
приходящегося на 1 кг сухого воздуха:
,
где Сс.в.
– средняя удельная теплоёмкость сухого воздуха, (при t<200°С Сс.в.=1,004 кДж/(кг.К)),
t – температура
влажного воздуха, °С,
х – удельное
влагосодержание воздуха, кг/кг с.в.,
in – удельная
энтальпия перегретого пара, кДж/кг,
,
где r0
– удельная теплота парообразования воды, (при 0°С r0=2500 кДж/кг),
cn – средняя
удельная теплоёмкость водяного пара, cn=1,842 кДж/(кг.К).
Рисунок 4 – Процесс сушки
в I–x диаграмме
Энтальпия
воздуха на входе в калорифер:
, кДж/кг
Энтальпия
воздуха на выходе из калорифера (на входе в сушилку):
, кДж/кг
Удельное
влагосодержание воздуха на выходе из сушилки:
Энтальпия
воздуха на выходе из сушилки:
, кДж/кг
Для
наглядности строим процесс сушки в I-x диаграмме, которая приведена на рисунке
4. По
состоянию наружного воздуха t0 и φ0 на диаграмме
находим точку А, по следующим параметрам t0= 17,5°С и j0= 78 %, и соответствующие
ей теплосодержание I0 и влагосодержание х0. Нагревание
воздуха в калорифере происходит при постоянном влагосодержании (х0=0,0099
кг/кг) до температуры t1 (точка В, со следующей температурой t1=81°С и влагосодержанием j1≈0,6%, энтальпия I1=107,55
кДж/кг). По температуре воздуха на выходе из сушилки t2 находим
точку С окончания теоретического сушильного процесса и значение х2=0,027
кг/кг с температурой t1=37°С и влагосодержанием j2≈54%
(соответственно определенные по диаграмме).
При дальнейших расчетах используем значения и параметры, найденные
расчетным путем.
Тепловой расчёт
сушилки.
Запишем уравнение
внутреннего теплового баланса сушилки:
,
где –
разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной
камере, кДж/кг влаги;
– теплоемкость влаги во влажном материале при
температуре θ1=17,5°С, кДж/(кг.К);
=4,19 кДж/(кг.К);
qдоп. – удельный дополнительный подвод тепла в сушилку, кДж/кг влаги; при работе
сушилки по нормальному сушильному варианту qдоп.=0;
qт.
– удельный расход тепла с транспортными средствами, кДж/кг влаги; в
рассматриваемом случае qт.=0;
qм. – удельный расход тепла в сушилке с высушиваемым материалом:
, кДж/кг влаги
см - теплоемкость высушенного материала:
Страницы: 1, 2
|