Реферат на тему: Процессы в пищевой технологии в большинстве своем сложны и зачастую представляют собой сочетание

Введение

Процессы в пищевой технологии в большинстве своем сложны и зачастую представляют собой сочетание гидродинамических, тепловых, массообменных, биохимических и механических процессов. Технологический процесс в пищевой технологии необходимо анализировать, рассчитать его, определить оптимальные параметры, разработать и рассчитать аппаратуру для его проведения. Процессы, скорость протекания которых определяется скоростью подвода или отвода называются тепловыми.

Тепловая сушка, или просто сушка, представляет собой процесс удаления влаги из твердых влажных материалов путем ее испарения и отвода образующихся паров. Сушка является наиболее распространенным способом удаления влаги из твердых и пастообразных материалов. Типовой сушильный аппарат может быть использован для сушки различных продуктов, сходных по своим структурно-механическим свойствам, но различающихся химическим составом, содержанием влаги, ее связью с материалом, допустимой температурой нагрева и временем сушки. Поэтому выбор сушильного аппарата в каждом конкретном случае определяется расчетом.

Барабанные сушилки находят широкое применение в промышленности для сушки кусковых, кристаллических, зернистых, порошкообразных материалов, как правило, в крупнотоннажных производствах, что обусловлено экономичностью, большой производительностью одного аппарата, высокой надежностью в эксплуатации.

Одним из основных требований, предъявляемых к сушилкам, является обеспечение полного сохранения, а в необходимых случаях и улучшения качества продукта в соответствии с его назначением. В связи с этим, конструкция сушилки должна, прежде всего, обеспечивать равномерный нагрев и сушку материала при надёжном контроле температуры и влажности его в процессе сушки. При этом должны быть исключены потери вещества, связанные с его уносом с отработавшим агентом сушки.

Реализацию этих мероприятий можно осуществить за счёт новых конструкционных решений, автоматизированных методов расчёта, перспективных материалов повышенной прочности, новых экономических профилей проката и т.п.

В данном проекте ставится задача расчета оптимальной конструкции барабанной сушилки для сушки сахарного-песка, позволяющей эффективно решать проблему ее комплексной переработки.

1. Технологическая линия производства сахара-песка и ее описание

1.1 Процесс получения сахара-песка

Процесс получения сахара-песка складывается из следующих стадий:

1. подача свеклы и очистка ее от примесей;

2. получение диффузионного сока из свекловичной стружки;

3. очистка диффузионного сока;

4. сгущение сока выпариванием;

5. варка утфеля и получение кристаллического сахара;

6. сушка, охлаждение и хранение сахара-песка.

Линия начинается с комплекса оборудования для подготовки свеклы к производству, состоящего из свеклоподъемной установки, гидротранспортера, песколовушки, ботволовушки, камнеловушки и водоотделителя, а также свекломоечной машины. Ведущий комплекс оборудования линии состоит из конвейера с магнитным сепаратором, свеклорезки, весов, диффузионной установки, шнекового пресса и сушилки для жома. Следующий комплекс оборудования представляют фильтры с подогревательнми устройствами, аппараты предварительной и основной дефекации, сатураторы, отстойники, сульфитаторы и фильтры.

Завершающий комплекс оборудования линии состоит из виброконвейера, сушильно-охладительной установки и вибросита.

1.2 Устройство и принцип действия линии

Сахарная свекла подается в завод из бурачной или с кагатного поля. По гидравлическому конвейеру она поступает к свс - клонасосам и поднимается на высоту до 20 м. Дальнейшее перемещение ее для осуществления различных операций технологического процесса происходит самотеком. По длине гидравлического конвейера 1 последовательно установлены соломоботволовушки 2, камнеловушки 4 и водоотделители 5. Это технологическое оборудование предназначено для отделения легких (солома, ботва) и тяжелых (песок, камни) примесей, а также для отделения транспортерно-моечной воды. Для интенсификации процесса улавливания соломы и ботвы в углубление 3 подается воздух. Сахарная свекла после водоотделителей поступает в моечную машину 6. Моечная машина предназначена для окончательной очистки свеклы (количество прилипшей земли составляет при ручной уборке 3…5% свеклы, а при механизированной уборке комбайнами - 8… 10%). Количество воды, подаваемой на мойку свеклы, зависит от степени ее загрязненности, конструкции машины и в среднем составляет 60… 100% к массе свеклы. В сточные воды гидравлического конвейера и моечной машины попадают отломившиеся хвостики свеклы, небольшие кусочки и мелкие корнеплоды (всего 1…3% к массе свеклы), поэтому транспортерно-моечные воды предварительно направляются в сепаратор для отделения от них хвостиков и кусочков свеклы, которые после обработки поступают на ленточный конвейер 14.

Отмытая сахарная свекла орошается чистой водой из специальных устройств 7, поднимается элеватором 8 и поступает на конвейер 9, где электромагнит 10 отделяет металлические предметы, случайно попавшие в свеклу. Затем свеклу взвешивают на весах 11 и из бункера 12 направляют в измельчающие машины-свеклорезки 13. Стружка должна быть ровной, упругой и без мезги, пластинчатого или ромбовидного сечения, толщиной 0,5… 1,0 мм. Свекловичная стружка из измельчающих машин с помощью ленточного конвейера 14, на котором установлены конвейерные весы, подается в диффузионную установку 15.

Сахар, растворенный в свекловичном соке корнеплода, извлекается из клеток противоточной диффузией, при которой стружка поступает в головную часть агрегата и движется к хвостовой части, отдавая сахар путем диффузии в движущуюся навстречу экстрагенту высолаживающую воду. Из конца хвостовой части агрегата выводится стружка с малой концентрацией сахара, а экстрагент, обогащенный сахаром, выводится как диффузионный сок. Из 100 кг свеклы получают приблизительно 120 кг диффузионного сока. Жом отводится из диффузионных установок конвейером 16 в цех для прессования, сушки и брикетирования.

Диффузионный сок пропускается через фильтр 17, подогревается в устройстве 28 и направляется в аппараты предварительной и основной дефекации 27, где он очищается в результате коагуляции белков и красящих веществ и осаждения ряда анионов, дающих нерастворимые соли с ионом кальция, содержащимся в известковом молоке (раствор извести). Известковое молоко вводится в сок с помощью дозирующих устройств.

Дефекованный сок подается в котел первой сатурации 26, где он дополнительно очищается путем адсорбции растворимых несахаров и особенно красящих веществ на поверхности частиц мелкого осадка СаСОз, который образуется при пропускании диоксида углерода через дефекованный сок. Сок первой сатурации подается через подогреватель 25 в гравитационный отстойник 24. В отстойниках сок делится на две фракции: осветленную (80% всего сока) и сгущенную суспензию, поступающую на вакуум-фильтры 23. Фильтрованный сок первой сатурации направляется в аппараты второй сатурации 22, где из него удаляется известь в виде CaCO3. Сок второй сатурации подается на фильтры 21. Соки сахарного производства приходится фильтровать несколько раз. В зависимости от цели фильтрования используются различные схемы процесса и фильтровальное оборудование.

Отфильтрованный сок из фильтра 21 подается в котел сульфитации 20. Цель сульфитации - уменьшение цветности сока путем обработки его диоксидом серы, который получают при сжигании серы. Сульфитированный сок направляют на станцию фильтров 19, а затем транспортируют через подогреватели в первый корпус выпарной станции 18. Выпарные установки предназначены для последовательного сгущения очищенного сока второй сатурации до концентрации густого сиропа; при этом содержание сухих веществ в продукте увеличивается с 14… 16% в первом корпусе до 65…70% (сгущенный сироп) в последнем. Свежий пар поступает только в первый корпус, а последующие корпуса обогреваются соковым паром предыдущего корпуса. Площадь поверхности нагрева выпарной станции сахарного завода производительностью 5000 т свеклы в сутки составляет 10 000 м2.

Полученный сироп направляется в сульфитатор 29, а затем на станцию фильтрации 30. Фильтрованный сироп подогревается в подогревателе 31, откуда поступает в вакуум-аппараты первого продукта 32. Сироп в вакуум-аппаратах уваривается до пересыщения, сахар выделяется в виде кристаллов. Продукт, полученный после уваривания, называется утфелем. Он содержит около 7,5% воды и около 55% выкристаллизовавшегося сахара. Сироп уваривают в периодически действующих вакуум-аппаратах. Утфсль первой кристаллизации из вакуум - аппаратов поступает в приемную утфелемешалку 33, откуда его направляют в распределительную мешалку, а затем в центрифуги 34, где под действием центробежной силы кристаллы сахара отделяются от межкристальной жидкости. Эта жидкость называется первым оттеком. Чистота первого оттека 78%, что значительно ниже чистоты утфеля.

Чтобы получить из центрифуги белый сахар, его кристаллы промывают небольшим количеством горячей воды - пробеливают. При пробеливании часть сахара растворяется, поэтому из центрифуги отходит оттек более высокой чистоты - второй оттек. Второй и первый оттеки подают в вакуум-аппарат второй (последней) кристаллизации, где получают утфсль второй кристаллизации, содержащий около 50% кристаллического сахара. Этот утфель постепенно охлаждают до температуры 40°С при перемешивании в утфелемешапках - кристаллизаторах. При этом дополнительно выкристаллизовывается еще некоторое количество сахара. Наконец, утфель второй кристаллизации направляется в центрифуги, где от кристаллов сахара отделяется меласса, которая является отходом сахарного производства, так как получение из нее сахара путем дальнейшего сгущения и кристаллизации нерентабельно. Желтый сахар второй кристаллизации рафинируют первым оттеком, полученный утфель направляется в распределительную мешалку, а затем в центрифуги. Полученный сахар растворяется, и сок поступает в линию производства.

Белый сахар, выгружаемый из центрифуг 34, имеет температуру 70°С и влажность 0,5% при пробеливании паром или влажность 1,5% при пробеливании водой. Он попадает на виброконвейер 35 и транспортируется в сушильно-охладительную установку 36.

После сушки сахар-песок поступает на весовой ленточный конвейер 37 и далее на вибросито 38. Комочки сахара отделяются, растворяются и возвращаются в продуктовый цех.

Товарный сахар-песок поступает в силосные башни 39 (склады длительного хранения).

Рис. 1 Машинно-аппаратурная схема линии производства сахара-песка из сахарной свеклы

1.3 Описание конструкции барабанной сушилки

Основной элемент барабанной сушилки (рисунок 2) - сушильная камера - представляет собой наклонный цилиндрический сварной вращающийся барабан 1, на корпус которого надеты два бандажа 10 и зубчатый венец 7.

Бандажами барабан опирается на свободно вращающиеся ролики, установленные на рамках опорной 4 и опорно-упорной станций 5. Два упорных ролика на раме опорно-упорной станции ограничивают осевое смещение барабана. Барабан вращается вокруг своей оси со скоростью 0,5...8 об/мин. Вращение барабану передаётся от электродвигателя 15 через редуктор 16, смонтированных на общей раме (приводная станция 6), и зубчатую передачу. Зубчатая передача закрыта кожухом 9.

По обоим концам барабана устанавливают камеры, необходимые для загрузки 2 и выгрузки материала 3, а также для подвода и отвода сушильного агента. Сочленение вращающегося барабана с загрузочной и разгрузочной камерами осуществляется через ленточные уплотнения 14, которые предотвращают большие подсосы воздуха извне и уменьшают расход энергии на вентилятор. У одного из концов вращающегося барабана устанавливается питающее устройство, а у другого - разгрузочное устройство для ввода и вывода из аппарата обрабатываемого твёрдого вещества.

Внутри корпуса со стороны загрузочной камеры на длине, равной 800мм, размещается распределительная, насадка 12 в виде шести винтовых лопастей, за которой на всём протяжении барабана располагается основная насадка 13 . Насадки способствуют равномерному распределению и перемешиванию высушиваемого материала по сечению барабана, а также его тесный контакт с сушильным агентом при пересыпании. Форма основной насадки соответствует свойствам высушиваемого материала. Для хорошо сыпучих материалов с частицами средним размером менее 2 мм, к которым, в частности, относится и сахарный песок, в качестве основной насадки применяют подъемно-лопастную насадку, исходя из свойств высушиваемого материала.

У разгрузочного конца барабана имеется подпорное устройство, назначение которого состоит в поддержании определенной степени заполнения барабаном материала.

1-корпус; 2-загрузочная камера; 3-разгрузочная камера; 4-опорная станция; 5-опорно-упорная станция; 6-приводная станция; 7-венцовая шестерня; 8-подвенцовая шестерня; 9-защитный кожух; 10-бандаж; 11-течка; 12-распределительная насадка; 13-подъёмно-лопастная насадка; 14-ленточное уплотнение; 15-электродвигатель; 16-редуктор.

Рисунок 2 - Барабанная сушилка

Рассмотрим конструкцию основных элементов барабана подробнее.

Бандажи.

Бандажи служат для передачи давления от веса всех вращающихся частей аппарата на опорные ролики. Бандажи представляют собой кольца прямоугольного сечения. В проектируемой барабанной сушилке применяется свободное крепление бандажей из-за возможного значительного теплового расширения барабана. Кроме того, свободно надетые бандажи являются наиболее экономичными. При этом бандажи надеваются на башмаки, повернутые головками в разные стороны для предупреждения аксиального смещения бандажей. Бандаж надевается не непосредственно на кожух, а между ними прокладываются подкладка и от одной до трёх прокладок толщиной 10... 20 мм каждая, которые образуют кольцо жёсткости, не допускающее смятие кожуха в местах опоры. Подбором толщины регулирующих подкладок достигается совмещение центров барабана и бандажа. Башмаки крепятся к барабану сваркой.

Опорные ролики.

Ролики опорных станций принимают на себя нагрузку от веса всех вращающихся частей. Ролики закрепляются на валу, лежащем в двух подшипниках. Подшипники роликов делаются скользящими перпендикулярно к оси сушилки и соответственно устанавливаются на салазках. Причина этого в следующем. При двух бандажах последние должны опираться в четырёх точках, что не всегда легко осуществить без регулировки положения подшипников. Кроме того, износ роликов или возможная осадка фундамента под одним и бандажей может привести к частичной разгрузке одних роликов за счёт других. Наличие скользящих подшипников даёт возможность компенсировать все указанные недостатки. Подшипники каждого ролика устанавливаются на одной общей раме, сваренной из фасонных профилей, покрытой стальными листами. Прорези в последних для болтов подвижных подшипников делаются продолговатыми. Кроме того, подвижные подшипники упираются в упорные болты.

Венцовые шестерни.

Передача вращающего момента от мотора через редуктор к барабану осуществляется с помощью цилиндрической зубчатой передачи. Вращение передаётся от малой шестерни, сидящей на выходном валу редуктора, к основной, так называемой венцовой шестерне, смонтированной на барабане. Она представляет собой весьма ответственную деталь, работающую при высоких напряжениях. Венцовая шестерня отливается из двух половин, соединяемых призонными болтами. В виду отсутствия опасности появления больших температурных напряжений венцовая шестерня крепится жёстко к корпусу барабанной сушилки. Центрирование венца производится с помощью регулирующих подкладок, помещённых между шестерней и башмаками.

Башмаки крепятся к барабану болтами (что несколько облегчает смену венца) с простыми головками, размещёнными с внутренней стороны барабана.

1.4 Выбор конструкционных материалов

Среда внутри барабанной сушилки представляет собой паро-воздушную смесь. Процесс протекает при температуре 60-120 °С при атмосферном давлении. Тогда в соответствии с [3] выбираем материал для барабана сушилки и конструктивных элементов, которые непосредственно контактируют со средой при температуре не выше 300°С,-сталь СтЗспЗ ГОСТ 380-94.

Сталь СтЗспЗ - это углеродистая сталь обыкновенного качества. Сталь в заданной среде при рабочих параметрах химически и коррозионно-стойка, обладает хорошей свариваемостью, хорошими прочностными и пластическими характеристиками в рабочих условиях, допускает холодную и горячую механическую обработку, весьма распространенна в пищевой промышленности, и, значит, не является дефицитной.

Бандажи изготавливают из качественных углеродистых сталей для того, чтобы обеспечить долговечность, так как смена бандажей барабанов чрезвычайно трудна. По [3] выбираем сталь 35Л ГОСТ 977-86 применяемую для изготовления деталей, к которым предъявляются требования повышенной прочности и высокого сопротивления износу, работающих под действием средних статических и динамических нагрузках. Отливки подвергаются термообработке: улучшение (нормализация при температуре 860...880 °С и отпуск при температуре 600...630 оС [3]). Сталь флокенонечувствительная и не склонна к отпускной хрупкости [3].

Венцовая шестерня представляет собой весьма ответственную деталь, работающую при высоких напряжениях. Поэтому венцовые шестерни отливаются из стали и зубья их фрезеруются. По [3] выбираем сталь 45Л ГОСТ 977-86 применяемую для изготовления деталей, к которым предъявляются требования повышенной прочности и высокого сопротивления износу, работающих под действием средних статических и динамических нагрузок. Сталь флокеноночувствительная и не склонна к отпускной хрупкости [3]. Твёрдость рабочих поверхностей зубьев венцовой шестерни ННв2=235...262 НВ, подвенцовой шестерни Ннв1=269...302 НВ [7]. Для обеспечения требуемой твёрдости рабочих поверхностей зубьев колёса и шестерни назначается термообработка-улучшение (нормализация при температуре 860...880 оС и отпуск при температуре 600...630 °С [3]). Применение шестерён с твёрдостью ННв<350 НВ позволяет производить чистовое нарезание зубьев после термообработки. При этом можно получать высокую точность без применения дорогих отделочных операций (шлифование, притирка и т.п.). Колёса этой группы хорошо прирабатываются и не подвержены хрупкому разрушению при динамических нагрузках. Технологические преимущества материала при НВ<350 НВ обеспечили ему широкое применение в передачах с большими колёсами, термическая обработка которых затруднена [3].

Ролики изготавливаются из материала менее прочного, чем бандаж. Ролики лишь в ответственных случаях делаются стальными, обычно же отливаются из чугуна и потом обтачивают. Применение более мягкого материала и большее число оборотов ролика приводят к ускоренному износу и меньшей долговечности роликов по сравнению с бандажами. Такое нарушение принципа равнопрочности делается сознательно. Дело в том, что смена бандажа или даже его проточка чрезвычайно трудоёмки и требуют длительных остановок вращающихся барабанных аппаратов, не говоря уже о том, что бандажи стоят дорого. Выгоднее сохранить бандаж и обеспечить его долговечность. Смена же изношенных роликов гораздо более проста, да и сами ролики намного дешевле бандажей. В соответствии с рекомендациями принимаем чугун СЧ 20 ГОСТ 1412-85.

Валы представляют собой детали к несущей способности и долговечности цапф предъявляются повышенные требования, поэтому в качестве материала вала и осей принимаем средне-углеродистую низколегированную сталь с улучшением 40Х ГОСТ 4543-71 [3]. Твёрдость рабочих поверхностей вала ННв=212.. .248 НВ. Для обеспечения требуемой твёрдости рабочих поверхностей вала назначается термообработка, закалка при температуре 840...860 оС в масле и высокий отпуск при температуре 550.. .600 °С с охлаждением на воздухе [3]).

В качестве материала крепёжных деталей в виде болтов, шпилек, гаек и других деталей, предназначенных для закрепления аппарата на опорах, различных узлов и деталей, принимаем конструкционную углеродистую сталь - сталь 35 ГОСТ 1050-74.

В качестве материала ленточного уплотнения места сопряжения сушильного барабана с камерами загрузки и выгрузки принимаем резину листовую техническую по ГОСТ 7338-77

2. Основные расчеты. Расчет вспомогательного оборудования

2.1 Материальный расчет

Задание на расчёт

Тип сушилки - барабанный

Для нагревания воздуха перед сушилкой использован калорифер КФБО

Тип циклона для очистки отработанного воздуха СК-ЦН-34М

После циклона воздух направляется на очистку в скруббер

Производительность установки по исходному продукту - G1=1080 кг/ч

Влажность продукта:

Начальная - u1= 11%

Конечная - u2=2%

Параметры воздуха на входе в калорифер

Температура t0 = 12 оС

Влажность φ0 = 78%

Температура воздуха на выходе из калорифера t1 = 120 оС

Температура воздуха на выходе из сушилки t1 = 60 оС

Массовый расход удаленной влаги (W)

Производительность сушилки по сухому сахару (G2)

Проверка по расходу удаленной влаги (W)

G1=1080 кг/ч=0,3 кг/с

Используя I - x диаграмму Рамзина для влажного воздуха, определяем начальное (x0) и конечное (x2) влагосодержание воздуха, а также характерные энтальпии. На пересечении линии t0 и φ0 находим точку А, характеризующую начальное состояние наружного воздуха, а также характерные энтальпии. Из точки А, опустив перпендикуляр на ось х, находим значение х0 = 0,0063 кг/кг. Через точку А проходит линия постоянной энтальпии (изоэнтальпа) I0=28кДж/кг. Из точки А, поднявшись по перпендикуляру до пересечения с изотермой t1=120°С, находим точку В, характеризующую состояние воздуха на выходе из калорифера перед подачей в сушильную камеру. От точки В движемся вниз по изоэнтальпе I1=140 кДж/кг до пересечения с изотермой t2=60°С, получив точку С. Из точки С, опусы перпендикуляр на ось x, находим значение х2 = 0.03 кг/кг.

Определяем теоретический удельный расход воздуха l0 в сушилке.

Рассчитываем теоретический абсолютный расход воздуха в сушилке

2.2 Тепловой расчет

Составляем уравнение теплового баланса для сушильной камеры.

где - Qп тепловые потери, которые с учётом правильно наложенной изоляции принимаем 5% от тепла, поступившего с горячим воздухом.

ϴ1 - температура сахара, поступающего в сушильную камеру, ϴ1 = 30°С;

ϴ2 - температура сухого сахара-песка, выходящего из утильной камеры. ϴ2 = 50°С.

Определяем для сахара значения теплоёмкостей:

с1 = 1480 кДж / кг град; с2 = 1160 кДж / кг град.

Из уравнения теплового баланса определяем затраты тепла на сушку в сушильной камере и тепловую поправку.

где - алгебраическая сумма абсолютных теплот в сушильной камере, Вт.

Δ - тепловая поправка на действительный (реальный) сушильный процесс, кДж/кг.

Рассчитываем

Рассчитываем тепловую поправку Δ

Определяем I2

Корректируем расход воздуха на действительна сушильный процесс.

Находим точку С1 на пересечении изоэнтальпы I2 и изотермы t2. Соединяем прямой точки В и С1. Имеем ломаную линию ABC1, характеризующую действительный сушильный процесс. Из точки С1, опустив перпендикуляр на ось х, определяем действительное влагосодержание воздуха на выходе из сушильной камеры х2 = 0,0265 кг/кг.

Тогда действительный удельный расход воздуха определится:

Рассчитываем действительный абсолютный расход воздуха в сушилке.

2.3 Конструктивный расчет

Определим время сушки сахара (τ, мин)

где β - коэффициент заполнения материала, показывающий отношение площади сечения барабана, заполненного материалом, к площади поперечного сечения барабана. Выбираем подъёмно-лопастную насадку с β = 0,2.

р1 - насыпная плотность влажного сахара при u1 = 11%. р1 = 960 кг/м3.

Рассчитываем предварительный объем сушильного барабана (Vб')

Уравнение неразрывности для барабана при движении горячего воздуха в ходе сушки

где Vс - объемный расход воздуха, м3/с; Vс = L/рВ = 1.366/0,979 = 1.396 м3/с;

рВ =0,5 (рВ1 + рВ2) =0,5*353*(1/Т1+ 1/Т2) = 176.5* (1/393 + 1/333) = 0.979 кг/м3

vВ - средняя скорость воздуха, м / с; vВ = 0,75 м / с;

Dб - внутренний диаметр барабана, м;

(1-β) - величина, показывающая, что не всё сечение барабана является пропускным для воздуха по причине задержки части воздушного потока массой сахара.

Из уравнения неразрывности (расхода) определяем внутренний диаметр барабана (Dб)

Принимаем из стандартного ряда Dб = 1800 мм.

Определим длину барабана (Lб), исходя из конструктивного соотношения Lб/Dб = 3,5 - 7,0.

Принимаем из стандартного ряда Lб = 6000 мм.

Рассчитываем объем барабана по стандартным Dб и Lб

Определяем объемную массу влажного сахара (VВЛ)

Уточняем время сушки сахара (τ, мин)

2.4 Динамический расчет

Определяем число оборотов барабана в минуту (n)

где m - коэффициент типа насадки; для подъёмно-лопастной m = 0.6;

к - коэффициент характера движения воздуха и материала; к = 2.0;

Рассчитываем мощность, необходимую для вращения барабана (N)

где σ = 0,071 - коэффициент мощности.

N=0,078*1,83*6*960*0,071*0,28=52,09 кВт

Принимаем N = 55 кВт.

Барабан рассматриваем как балку, свободно лежащую на двух опорах. Вес барабана, насадки, бандажей, загружаемого материала и изоляции представляет собой равномерно распределенную нагрузку по длине барабана, вес венцовой шестерни - сосредоточенною силу.

Определяем толщину стенки барабана (δ)

Принимаем δ = 12 мм

Вес барабана (Gб):

Вес изоляции (Gиз):

Вес влажного материала (GВЛ):

Определим суммарную нагрузку (G):

Удельная нагрузка (q):

Определим изгибающий момент от равномерно распределенной нагрузки (М1)

Определим изгибающий момент от сосредоточенной нагрузки венцовой шестерни (М2)

Суммарный изгибающий момент (Ми)

Ми=М1+М2=74343,75+9900=84244 Н*м

Крутящий момент (Мкр)

Расчетный приведенный момент (Мрас)

Принимаем Мрас = 0,085 МН*м

Момент сопротивления сечения кольцевой стенки барабана (W):

Определяем напряжение в стенке барабана (σ):

Проверяем соблюдение условия прочности на совместную деформацию ил изгиба и кручения барабанной сушилки при работе:

По справочным таблицам находим для стали 35Х ГОСТ 4543-71 допустимое напряжение при совместной деформации изгиба и кручения [σ] = 736 МПа.

σ = 2.74 МПа < [σ] = 736 Мпа - условие прочности соблюдается.

2.5 Расчет калорифера

Сушильная установка комплектуется необходимым оборудованием, в том числе калориферами для подогрева воздуха. В настоящее время в основном применяют пластинчатые калориферы, огреваемые паром или водой. Цель расчёта - определение площади теплопередачи калорифера и выбор его типоразмера по каталогу.

Рассчитываем тепловую нагрузку калорифера (Qк) в кВт

Определяем коэффициент теплопередачи К для калорифера (КФБО).

Рассчитываем температуру греющего пара

Большая разность температур

Меньшая разность температур

Средняя логарифмическая разность температур между греющим паром и нагреваемым воздухом

Суммарная площадь теплопередачи калорифера

Площадь теплопередачи одного калорифера

Принимаем Калорифер КФБО-11 с Площадью теплопередачи 63,5 м2.

Число параллельно установленных калориферов

Число последовательно установленных калориферов

Установочная площадь калориферной станции

Сопротивление (потери напора) калорифера hк

Сопротивление (потери напора) калориферной станции hk0

Уточняем скорость воздуха, проходящего через калориферную станцию vк*

Коэффициент теплопередачи

Начальная плотность воздуха

Конечная плотность воздуха

Средняя плотность воздуха

Окончательно определяем коэффициент теплопередачи

Расхождение с рассчитанными в п. 2.5.2. К-30 Вт/м - град составляет ΔК более 10%, поэтому производим повторный расчет основных параметров с новым приближением.

Площадь теплопередачи всех калориферов

Площадь теплопередачи одного калорифера

Установочная площадь калориферной станции

Сопротивление (потери напора) калорифера hк

Сопротивление (потери напора) калориферной станции hk0

Уточняем скорость воздуха, проходящего через калориферную станцию vк*

Коэффициент теплопередачи

2.6 Изоляционный расчет

По правилам противопожарной безопасности температура наружной поверхности корпуса не должна превышать t2 = 40 0С. По нормам БЖД температура воздуха в цехе в среднем должна составлять tв = 22 0С.

Толщина слоя тепловой изоляции должна быть такой, чтобы потери тепла, происходящие в результате конвекции и лучеиспускания, были минимальными и не превышали 5% от тепла, поступающего с греющим паром, что соответствует технико-экономическим требованиям, предъявляемым к тепловому оборудованию.

В качестве изоляционного материала выбираем совелит, имеющий коэффициент теплопроводности 2 = 0,1 Вт/м*град. Наружная поверхность изоляции будет покрашена масляной краской светлых тонов толщиной δ2 = 1 мм с 3 = 0,233 Вт/м*град.

Рассчитываем коэффициент теплоотдачи (αк) конвекцией при свободном движении газов (воздуха) от наружной поверхности изоляции к воздуху в цехе. С этой целью решаем критериальное уравнение Нуссельта, предварительно принимая турбулентный режим движения воздуха.

Nu = 0,15 * (Gr * Рr)0,333,

где Nu - критерий Нуссельта, характеризующий интенсивность теплоотдачи конвекцией.

Gr - критерий Грасгофа, характеризующий подъемную силу при конвекции воздушных потоков.

Рr - критерий Прандтля, характеризующий физические свойства воздуха.

где l - определяющий линейный размер для потока воздуха.

β - коэффициент температурного расширения воздуха

∆t - средний температурный напор между поверхностью и воздухом

ѵ = 15,1*10-6 м2/с - кинематический коэффициент вязкости воздуха при tв = 12 0С

По таблице физических свойств воздуха при tв = 12 0С находим Рr = 0,722.

Произведение (Gr * Рr) = (18*109 * 0,722) = 18,5*109 1*109. Следовательно, имеем турбулентный режим движения воздуха. Поэтому используем критериальное уравнение Нуссельта вида

При этом

откуда коэффициент теплоотдачи конвекцией:

Рассчитываем коэффициент теплоотдачи лучеиспускания (αл) от наружной поверхности сушилки.

Действительная константа лучеиспускания (с):

Температурный коэффициент (β):

Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием:

Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи (α)

Средняя разность температур греющего пара и воздуха в цехе

Удельные потери теплоты в окружающую среду (q)

Коэффициент теплоотдачи от пара к воздуху (К)

Рассчитываем толщину слоя изоляции (δ2)

Принимаем δ2 = 53 мм.

2.7 Расчет теплопотерь

Определяем изолированную боковую поверхность барабанной сушилки (Fбок)

Определяем потери теплоты с изолированной поверхности пастеризатора (Qизпот)

Коэффициент теплоотдачи от неизолированной поверхности (αн)

Определяем потери теплоты с неизолированной поверхности (Qнпот)

потери теплоты по всей поверхности теплообменника

Относительные потери теплоты составляют (Qотн)

2.8 Расчёт циклона

Тип циклона для очистки отработанного воздуха СК-ЦН-34М

- расход газа при нормальных условиях Vс = 1,396 м3/с;

- плотность газа при рабочих условиях ρ0 = 0,898 кг/м 3 ;

- температура газа Т = 60 °С;

- вязкость газа μ = 24,8*10-6 Па*с;

- барометрическое давление Р6ар = 101,3 кПа;

- разрежение в циклоне Рг = 100 Па;

- начальная концентрация пыли в газе С = 25 г/м 3 ;

- характеристика дисперсного состава пыли: dm = 10 мкм; lg σч = 0,7;

- плотность частиц ныли ρч = 1577 кг/м 3

Диаметр циклона при оптимальной скорости Wопт=3,5м/с

Принимаем ближайший размер 700 мм

Действительная скорость газа в циклоне

Ввиду того что скорость отличается менее чем на 15% (3,7%) остановимся на выбранном диаметре циклона.

Вычислим коэффициент сопротивления циклона:

Гидравлическое сопротивление циклона:

2.9 Экономический расчет

Целью расчет является определение основных затрат на установку и эксплуатацию барабанной сушилки.

Стоимость производственной площади, занимаемой пастеризатором

где ι, b - длина и ширина производственной площади, м2;

cпл - нормативная стоимость 1м2 производственной площади,

cпл= 906050 руб./м2

Стоимость амортизации и ремонта установки

где са - стоимость амортизации и ремонта 1 м2 площади теплопередачи, са = 724850 руб./м2;

а - годовая норма амортизации и ремонта аппарата, а = 0,2;

F - площадь теплопередачи, F = 63,5 м2

Стоимость электроэнергии годовая

где сэл - нормативная стоимость 1 кВт*часа электроэнергии, сэл = 1600 руб./кВт*ч;

N - установленная мощность электродвигателя, N = 70 кВт;

Θ - число часов работы сушилки в сутки, Θ = 8 ч;

Z0 - среднее число рабочих дней в году, z = 260.

Стоимость теплоэнергии годовая

где ст - стоимость 1Гкал теплоты, ст = 144950 руб. / Гкал;

Q - тепловая нагрузка сушилки, Q = 10,611 кВт;

1Гкал=1162,8 кВт*ч

Стоимость теплоизоляции, включающая доставку, наложение, обслуживание

где сиз - нормативная удельная стоимость теплоизоляции, сиз= 181250 руб./м3;

аиз - норма амортизации по наложению и обслуживанию теплоизоляции, аиз = 0,3

Суммарная годовая стоимость эксплуатации и ремонта установки

Оглавление

- Введение

- Выводы

- Список литературы

- Приложение

Заключение

Теплообменные аппараты составляют многочисленную группу теплового оборудования, занимая значительные производственные площади и превышая зачастую 50% стоимости общей комплектации в пищевой промышленности, и ряде других отраслей. Поэтому правильный выбор сушилок представляется исключительно важной задачей.

В ходе проведения расчетных работ (гидродинамический расчет, тепловой расчет, конструктивный расчет, изоляционный расчет, расчет теплопотерь, расчет насоса, экономический расчет) выбраны конструктивные единицы, подтверждена механическая надежность, экономически обоснованный выбор (материал труб, длина и т.д.), конструктивное совершенство аппарата. Эти факторы являются основными для высокопродуктивной, бесперебойной работы оборудования в промышленных условиях.

В процессе выполнения проекта разработана конструкция барабанной сушилки для сушки сахара-песка и проведены расчеты, подтверждающие работоспособность аппарата.

Таким образом, разработанная конструкция барабанной сушилки для сушки сахарного песка является оптимальной, и проведенные расчеты обеспечивают надежность работы аппарата.

Список литературы

1. Проектирование процессов и аппаратов пищевых производств/ А.Е. Еренгалиев, С.Л. Масленинков, А.К. Какимов, Н.О. Тусипов. Учебное пособие. - Семей, СГУ им. Шакарима, 2008.-208 с.

2. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств/ В.И. Соколов. - М.: Машиностроение, 1983.-447 с.

3. Процессы и аппараты пищевых производств/ Г.Д. Кавецкий, А.В. Королев. - М.: Агропромиздат, 1991.-432 с.

4. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учеб. Пособие для вузов Под ред. П.Г. Романкова. 10- изд. - Л.: Химия, 1987. - 576 с.

5. Примеры и задачи по курсу "Машины и аппараты химических производств" (технологические расчеты): Учеб. пособие/ В.М. Ульянов, А.А. Иванов, А.А. Сидягин, А.И. Пронин, В.А. Диков; Под ред. В.М. Ульянова; Нижегород. гос. техн. ун-т. Н.Новгород, 2003.356 с.

6. Остриков А.Н., Парфенопуло М.Г., Швецов А.А. Практикум по курсу " Технологическое оборудование" / Воронеж. гос. технол. акад. - Воронеж, 1994. - 424с.

7. Чернавский С.А. Проектирование механических передач. М.: Машиностроение, 1984.

8. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств: Примеры и задачи: Учеб. пособие для студентов втузов / М.Ф. Михалев, Н.П. Третьяков, А.И. Мильченко, В.В. Зобнин; Под общ. ред. М.Ф. Михалева. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984. - 301 с ., ил.

9. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ие, 1981. - 382 с., ил.

Размещено на Allbest.ru

Размещено на Allbest.ru