Проектирования сушилки для сушки молока производительностью 800 кг/ч. Расчет теплопотерь при сушке на 1 кг испаренной влаги. Расчет сушильного процесса в распылительной башне. Экономия расходов по сравнению с сушкой без предварительного обезвоживания.
Сушка - один из самых распространенных и в то же время энергоемких и дорогостоящих способов консервирования, так как удаление влаги способствует подавлению действия микроорганизмов, значительно сокращаются расходы на транспортировку и хранение, так как резко уменьшается вес и объем продукта. Затем производят гомогенизацию сгущенного молока и его сушку на распылительных или вальцовых сушилках. Массу влажного продукта, загружаемого в сушилку, определяем по формуле Относительный расход абсолютно сухого воздуха на сушку , кг сухого воздуха/кг испарен влаги, определяется по формуле Теплопотери в испарителе на подогрев продукта на 1 кг испаренной в установке влаги , КДЖ/кг испаренной влаги, определяется по формуле влага башня сушка молокоВ ходе расчета и проектирования сушилки для сушки молока производительностью 800 кг/ч получены следующие значения: - расход тепла в сушильной башне за 1 час работы сушилки Подобран калорифер марки КФБ-6, годовая стоимость эксплуатации которого составляет 2513718,167 руб/год. При расчете процесса сушки с предварительным обезвоживанием в испарителе было определено, что производительность сушильной установки увеличится на 16,5% при тех же расходах воздуха и тепла, что и для сушки без предварительного обезвоживания.
Введение
Сушка - процесс удаления влаги из материалов путем испарения и отвода паровой фазы.
В процессах сушки в основном удаляется влага, связанная лишь механически. Влага испаряется с поверхности материала за счет энергии, подводимой к нему теплоносителем.
Сушка - один из самых распространенных и в то же время энергоемких и дорогостоящих способов консервирования, так как удаление влаги способствует подавлению действия микроорганизмов, значительно сокращаются расходы на транспортировку и хранение, так как резко уменьшается вес и объем продукта.
Сухое молоко представляет собой растворимый порошок, получаемый высушиванием нормализованного пастеризованного коровьего молока. Обычно разводится в теплой воде и употребляется в качестве напитка, при этом сохраняет все полезные свойства свежего пастеризованного молока. Имеет широкое применение в кулинарии. Входит в состав многих видов детского питания.
Изготовление сухого молока обусловлено более длительным сроком хранения данного продукта по сравнению с обычным молоком.
Коровье молоко нормализуют, пастеризуют и сгущают. Затем производят гомогенизацию сгущенного молока и его сушку на распылительных или вальцовых сушилках.
На распылительных установках молоко сушат при температуре 150-180 °C.
Распылительные сушилки пользуются большей популярностью у производителей изза высокой производительности и постоянного качества сухого молока.
Первоначально для сушки молока использовались преимущественно вальцовые сушилки, основанные на методе кондуктивной сушки.
Обычно на вальцовую сушилку поступает концентрат цельного молока после мультициклонных выпарных аппаратов с содержанием сухих веществ около 40 %. Готовый продукт имеет остаточную влажность около 3 %. Сухое молоко, производимое на вальцовых сушилках, имеет особые органолептические свойства. При соприкосновении сгущеного молока с нагретой поверхностью барабана происходит его карамелизация. Таким образом, молоко, высушенное на вальцовых сушилках, имеет своеобразный привкус карамели. Сухое молоко вальцовой сушки имеет большое количество свободных жиров, поэтому является незаменимым ингредиентом в шоколадной промышленности, позволяющим значительно сократить количество дорогого масла какао. Существенным недостатком такого вида сушки является малая производительность: в зависимости от величины вальцовой установки до 1000 кг/ч.
После сушки молоко просеивают и охлаждают.
Для увеличения срока годности продукта производят его фасовку в вакуумные пакеты или используют инертные газы.
Сухое молоко производится в соответствии с ГОСТ 4495-87 «Молоко цельное сухое» и ГОСТ Р 52791-2007 «Консервы молочные. Молоко сухое. Технические условия».
1. Расчет распылительной сушилки
Производительность по сухому материалу GF = 0,49 т/ч.
Начальная влажность высушиваемого материала Wн = 52%; конечная Wk = 4,9%. Температура воздуха на входе в сушилку t1 = 180°C, температура воздуха на выходе из сушилки t2 = 90°С. Температура материала на входе в сушилку O = 60°С. Потери тепла qn = 8.0%. Высушиваемый материал - обезжиренное молоко.
1.1 Материальный баланс сушилки
Массу влажного продукта, загружаемого в сушилку, определяем по формуле
, (1) где G2 - масса продукта, полученного после сушки, кг; - процентное содержание влаги в сухом продукте, %; - процентное содержание влаги во влажном продукте, %;
.
Количество влаги, подлежащей выпариванию W, кг/ч, определяем по формуле
, (2)
.
1.2 Геометрический расчет сушильной башни
Определим внутренний объем по формуле
, (3) где А - напряжение башни по влаге, А = 3,33 кг/м3, .
Определим диаметр башни по формуле
, (4) где К - отношение высоты башни к ее диаметру, К = 1,15.
.
Высота башни определяется по формуле
, (5)
1.3 Расчет теплопотерь при сушке на 1 кг испаренной влаги
Определим теплопотери в окружающую среду , КДЖ/кг, принимая теплопотери с 1 м2 равными 4,18 КДЖ/ч, по формуле
, (6)
Определим теплоемкость высушенного материала , КДЖ/(кг•К), по формуле
, (7) где - теплоемкость абсолютно сухого материала, КДЖ/(кг•К);
.
Теплопотери на нагрев продукта определяем по формуле
, (8) где - температура продукта на входе в камеру, = 20°С, - температура продукта на выходе из камеры, = 60°С;
.
Сумма теплопотерь определяется по формуле
, (9)
.
1.4 Аналитический расчет сушильного процесса в распылительной башне
Влагосодержание наружного воздуха , г водяного пара/кг сухого воздуха, определяется по формуле
, (10)
где - относительная влажность наружного воздуха; - давление насыщенного водяного пара при температуре , при , при (для Воронежа); - барометрическое давление на входе в сушилку, зимой: ;
летом: .
Теплоемкость влажного воздуха С, КДЖ/(кг•К) на 1 кг сухого воздуха определяется по формуле
Теплосодержание водяного пара на выходе из башни i, КДЖ/кг, определяется по формуле
, (12) где - полная теплота водяного пара при 0°С; - температура воздуха на выходе из сушильной башни, .
.
Влагосодержание наружного воздуха d2, г водяного пара/кг сухого воздуха, на выходе из сушильной башни определяется по формуле
, (13) где - температура на входе в сушильную башню, °С. зимой: , летом: .
Относительная влажность воздуха на выходе из башни определяется по формуле
, (14) где - давление насыщенного пара при , Па, Па. зимой: , летом: .
Относительный расход абсолютно сухого воздуха на сушку , кг сухого воздуха/кг испарен влаги, определяется по формуле
. (15) зимой: , летом: .
Расход тепла на сушку определяется по формуле
, (16) где - температура наружного воздуха, °С. зимой: , летом: .
Расход воздуха в сушильной башне за 1 час работы сушилки L, кг сухого воздуха/ч, рассчитывается по формуле
. (17) зимой: , летом: .
Расход тепла в сушильной башне за 1 час работы сушилки , КДЖ/ч, рассчитывается по формуле
. (18) зимой: , летом: .
2. Расчет сушки с предварительным обезвоживанием в контактном испарителе
Принимаем, что в испарителе молоко подогревается с C до С, температура воздуха, поступающего из сушильной башни, с C понижается до С.
2.1 Аналитический расчет сушильного процесса в испарителе
Теплоемкость поступающего в испаритель воздуха с, КДЖ/(кг•К), рассчитывается по формуле
. (19) зимой: , летом: .
Полная теплота водяного пара i, КДЖ/кг, на выходе из испарителя рассчитывается по формуле
, (20) где - температура воздуха на выходе из испарителя, °С.
.
Теплопотери в испарителе на подогрев продукта на 1 кг испаренной в установке влаги , КДЖ/кг испаренной влаги, определяется по формуле влага башня сушка молоко
, (21) где - теплоемкость влажного материала, КДЖ/(кг•К), определяется по формуле
(22)
, .
Теплопотери в испарителе в окружающую среду принимают, учитывая температурный режим, равными 0% от теплопотерь башней, т.е. .
Суммарные теплопотери в испарителе определяются по формуле
(23)
.
Часть влаги х, испаряемой из продукта в испарителе, определяется по формуле
(24) зимой: , летом: .
Влагосодержание воздуха на выходе из испарителя , г водяного пара/кг сухого воздуха, определяется по формуле
(25) зимой: , летом: .
Относительная влажность воздуха на выходе из испарителя рассчитывается по формуле
, (26) где - давление насыщенного пара при , Па, Па. зимой: , летом: .
Количество испаренной воды в сушильной башне , кг/ч, определяется по формуле
(27) зимой: , летом: .
Количество испаренной воды в испарителе , кг/ч, определяется по формуле
(28) зимой: , летом: .
Относительная влажность материала на выходе из испарителя , %, рассчитывается по формуле
(29) зимой: , летом: .
Проверка расчетов по формуле
(30) зимой: , летом: .
Расход воздуха , кг сухого воздуха/ч, определяется по формуле
(31) зимой: , летом: .
Расход тепла , КДЖ/ч, определяется по формуле
(32) зимой: , летом: .
2.2 Экономия расходов
Экономия в расходах по сравнению с сушкой без предварительного обезвоживания составит: тепла зимой: , тепла летом: , воздуха зимой: , воздуха летом: .
Полученные величины, являющиеся коэффициентами экономии, представляют собой ту часть влаги, которая испаряется из продукта в испарителе.
Производительность сушильной установки будет больше и составит по выпаренной влаге по формуле
(33)
. т.е. увеличится на 16,5% при тех же расходах воздуха и тепла, что были определены для сушилки без предварительного обезвоживания.
3. Расчет рукавных фильтров
Фильтрующая поверхность F, м2, определяется по формуле
(34) где - производительность 1 м2 фильтрующей поверхности рукавов в 1 ч/м2; - коэффициент, определяющий единовременно работающую часть фильтра, .
.
Количество рукавов n, шт., определяется по формуле
(35) где - диаметр рукава, м; ; - рабочая длина рукава, м; .
Потерю напора или сопротивление , Па, рассчитываем по формуле
, (36) где - опытный коэффициент, справедливый для определенной ткани, ; - опытный показатель степени, .
4. Расчет калорифера
Калорифер рассчитывают при оптимальной стоимости его эксплуатации на зимнее время работы.
Рассчитаем и подберем калорифер для подогрева наружного воздуха от -9,8°С до 180°С.
Коэффициент экономических характеристик А определяется по формуле
(37) где - стоимость 1 КВТ/час электроэнергии, руб., ; - стоимость 1 м2 поверхности теплопередачи калорифера, руб., ; - годовая стоимость амортизации и ремонта калорифера в долях единицы от начальной стоимости, ; - число часов работы калорифера в сутки, ; - количество рабочих дней в году, ; - плотность воздуха, ; - КПД электродвигателя, ; - КПД вентилятора, .
.
Оптимальная массовая скорость воздуха , , определяется по формуле
(38) где - коэффициент опытных величин калорифера, для калорифера марки КФБ ; - коэффициент отношений поверхности теплопередачи к живому сечению калорифера, для модели КФБ ; m - коэффициент калорифера опытный, для модели КФБ .
.
Подберем калорифер, обеспечивающий оптимальную или ей близкую объемную скорость , , по формуле
(39) где - живое сечение калорифера, м2, ; - количество калориферов, установленных параллельно, Эту скорости применяют в дальнейших расчетах.
Коэффициент теплопередачи К, , определяется по формуле
(40) где и - опытные коэффициенты, для марки КФБ
.
Поверхность теплопередачи F, м2, определяется по формуле
(41) где - средняя разность температур пара и воздуха, которая определяется по формуле
(42) где - начальная температура наружного воздуха, °С; - конечная температура наружного воздуха, °С; - температура пара, °С.
Количество калориферов x, установленных последовательно, определяется по формуле
(43) где - поверхность передачи одного калорифера, для марки КФБ
.
Установочная поверхность рассчитывается по формуле
(44)
Сопротивление калорифера , Па, рассчитывается по формуле
, (45) где , - опытные коэффициенты, для марки КФБ ; 9,8 - перевод мм.рт.ст. в Па.
Сопротивление калориферной станции , Па, определяется по формуле
(46)
Стоимость эксплуатации калориферной станции определяется по формуле
(47)
5. Расчет вентилятора
Часовую производительность вентилятора, установленного за сушилкой и рассчитанного на отсос обработанного воздуха , м3/ч, определяется по формуле
, (48) где - плотность воздуха в зависимости от места установки вентилятора, рассчитывается по формуле
, (47) где - давление воздуха на выходе из сушилки, ; - влагосодержание отработавшего воздуха, кг вод. пара/ кг сухого воздуха; - температура отработавшего воздуха,°С.
, .
По полученной производительности выбираем вентилятор ВР 140-40.
Мощность двигателя данного вентилятора
Напор вентилятора - H = 900 Па.
Вывод
В ходе расчета и проектирования сушилки для сушки молока производительностью 800 кг/ч получены следующие значения: - расход тепла в сушильной башне за 1 час работы сушилки
.
- техническая производительность по сырому продукту
.
Габариты сушильной башни
- высота … 6240 мм
- диаметр … 5430 мм
Подобран калорифер марки КФБ-6, годовая стоимость эксплуатации которого составляет 2513718,167 руб/год.
Рассчитано количество рукавных фильтров, которое составило 12 шт.
При расчете процесса сушки с предварительным обезвоживанием в испарителе было определено, что производительность сушильной установки увеличится на 16,5% при тех же расходах воздуха и тепла, что и для сушки без предварительного обезвоживания.
В результате произведенных расчетов можно сделать вывод, что данная рассчитанная сушильная установка соответствует технологии производства сухого молока по расходам тепла и воздуха, а также габаритные размеры сушильной башни соответствуют выпускаемым.
Список литературы
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Издание 8-е, пер. и доп. Л., (Химия), 1976 - 552 с.
2. Логинов А.В., Остриков А.Н., Красовицкий Ю.В.Практикум по гидравлике. Руководство по изучению курса: уч. пособие.- Воронеж: ВГТА, 2009. 352 с.
3. Машины и аппараты пищевых производств. В 2 кн. Кн. 2: Учеб. для вузов/ С.Т. Антипов, И.Т. Кретов, А.Н. Остриков и др.; под ред. акад. РАСХН В.А.Панфилова. - М.: Высш. шк., 2001. - 680 с.: ил
4. Лыков, М.В. Распылительные сушилки. Основы теории и расчета [Текст]/ М.В. Лыков, Б.И. Леончик - М.: Машиностроение, 1966г. 331 с
Размещено на .ur
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
